제임스 웹 망원경이 심우주까지 관측할 수 있도록 도와주는 우주 등급의 IC칩

135억 년 전 태고의 별과 은하가 형성된 시대를 들여다볼 수 있는 최고 수준의 우주 망원경이 성공적으로 배치되면서 인류가 다음 세대를 위한 길을 설계할 수 있게 해준 기술이 또다시 새로운 차원에 도달했다.

"수년 전부터 제임스 웹 우주망원경 작업을 시작한 엔지니어와 과학자들이 마침내 그 노력의 결실을 보게 되었다."며, "망원경에 들어간 엔지니어링과 독창성은 가히 놀랄 만하다. 그리고 TI의 반도체 장치가 이 놀라운 망원경에서 중추 역할을 하고 있다는 사실을 깨닫는 것 또한 정말 멋지고 중요한 순간이라고 생각한다.”고 TI의 우주 및 항공 시스템 팀을 관리하는 제이슨 클라크(Jason Clark)는 말했다.

우주 역사에 대한 연구

수천 명의 과학자, 엔지니어 및 기타 전문가들이 20년에 걸쳐 개발한 웹 망원경은 우주 역사의 모든 단계를 연구하는 데 이용된다. 역사상 가장 크고 강력한 우주 망원경이 전례 없는 해상도와 감도로 태양계와 초기 우주의 가장 먼 은하에 이르기까지, 행성과 천체, 그리고 지형을 연구할 것이다.

이 망원경은 나사의 주도 아래, 유럽우주국 및 캐나다우주국의 상당한 기여로 탄생한 국제 협력 프로젝트이다. 12월 25일에 발사된 이 망원경은 6개월 동안의 시운전 과정을 거쳐 완벽히 배치되었고, 작동 온도 조절, 반사판 정렬 및 계측기 보정 등의 작업을 거쳤다. 나사는 7월 12일에 망원경의 첫 번째 풀컬러 이미지와 분광 데이터를 공개했다.

방사선을 견딜 수 있는 칩 설계

지구 상공 100만 마일 궤도를 도는 우주 망원경이나 통신 및 기타 서비스를 제공하는 일반적인 저궤도 물체에 이르기까지, 그 어떤 위성이라도 지속적인 방사선 입자로부터의 공격에의 노출을 피할 수는 없다. 이러한 입자는 반도체 칩의 성능을 방해할 수 있기 때문에 우주 애플리케이션에 사용되는 칩은 일반적으로 전 우주에서 가장 혹독한 환경 아래에서도 견딜 수 있도록 설계된다.

“우주 환경에서 고려할 점은 지구에서 중요하게 생각되었던 전기적 성능만이 아니다.”라며, "은하계의 우주선이나 태양 에너지 입자에서 나오는 중이온이 IC칩의 집적 회로에 닿으면 사소한 결함이나 영구적인 손상이 발생하여 결국 복구할 수 없는 상태에 빠질 수도 있다. 이렇듯 방사선이 IC칩에 다양한 영향을 미칠 가능성이 존재하기 때문에 방사선 환경에 대한 내구성이 IC칩에 있어서 필수적이다. 또한 앞서 제시한 위험 상황이 발생하는 경우, 아무도 우주로 위성을 고치러 직접 올라갈 수는 없기 때문에 방사선 환경에 지속적으로 노출되는 경우에도 예상대로 잘 작동하도록 칩을 설계해야 한다.” 고 TI의 우주 전력 팀을 관리하는 하비에르 발레(Javier Valle)는 말했다.

인류의 도달 범위 확장에 기여

인류의 도달 범위를 심우주까지 확장 시켜주는 웹 망원경에는 수십 개의 우주 등급, 고신뢰성 디바이스가 사용된다:

• 데이터 변환기: 정밀 데이터 변환기는 우주선의 상태를 모니터링하기 위한 원격 측정 및 전압 감지를 관리한다.

• 전력: 위성이 모든 제 기능을 수행하는 데 필요한 전력을 생성하려면 전압 조정기를 포함한 전원 관리가 매우 중요하다. 특히 이러한 유형의 장치에는 장애의 발생 가능성조차 허용되지 않는다.

• 연산 증폭기: 고속 연산 증폭기를 포함한 연산 증폭기는 이미지 어플리케이션에 사용된다.

• 디지털 신호 프로세서: DSP는 우주선 시스템의 컴퓨팅 기능 작동을 돕는다.

• 인터페이스: 트랜시버와 LVDS 수신기는 우주선의 명령 및 제어를 수행하고 망원경의 여러 계측기 간 데이터 전송에 사용된다.

• 논리 회로: 논리연산칩은 망원경 전체에 걸친 다양한 애플리케이션에 사용된다.

이러한 장치들은 다른 복잡한 시스템과 더불어 지구에서 약 1백만 마일 밖의 궤도를 도는 망원경의 전체 임무 기간 동안 작동해야만 한다. 웹 망원경의 전신인 허블 우주 망원경은 1990년 지구 저궤도에 발사된 이후 다섯 차례의 우주왕복선 임무를 통해 유지 관리되어 온 바 있다. 그러나 웹 망원경의 경우, 그 궤도는 인간이 감히 도달할 수 있는 범위를 아득히 넘어섰다.

TI가 갖춘 방사선 내구성 및 대(對)방사선 제품 및 기술 리소스는 엔지니어가 우주에서 수십 년 동안 작동할 수 있는 위성 시스템 설계에 도움을 준다. TI의 우주 등급 제품 라인업과 우주 시스템 전문 지식을 통해 엔지니어는 그들이 마주한 주요 미션의 요구 사항을 충족하는 한편, 더 높은 통합 및 전력 밀도, 최고 수준의 정밀도와 최고 대역폭을 갖춘 시스템을 제작할 수 있게 된다.

또한 칩 설계 영역의 혁신을 통해 우주용 디바이스의 경량화가 진행되고 있다.  

"위성을 우주로 쏘아 올릴 때, 궤도 진입을 위한 연료가 우주선 중량1파운드마다 필요하다.”며, “발사 비용 절감을 통해 더 많은 사람들이 우주 탐사에 도전하게 된다는 데 큰 의미가 있다. IC칩은 아주 작지만 인공위성 설계 비용에서 큰 비중을 차지한다. TI는 고객이 회로와 그 하위 시스템을 더 작고, 더 가볍게 만들 수 있도록 하기 위해 최고 수준의 기술을 제공하고 있다. 이를 통해 고객들은 위성 제작에 있어 더 많은 기능과 계측 기기를 도입하는 동시에 기술 혁신 또한 실현시킬 수 있다.”고 제이슨 클라크는 말했다.