우주의 Supelco® 제품
Voyager 1호: 태양계의 경계를 넘어
40년 이상의 1세대 탄소분자체 Carbosieve는 Voyager 탐사선에 탑재된 과학 데이터 수집을 돕고 있습니다. Supelco® 포트폴리오의 첫 번째 “우주 비행사”는 Supelco의 다양한 개발과 혁신의 토대를 마련했습니다.
Voyager 우주 탐사선 중 하나 - (크레딧: NASA)
Voyager 1호의 센서가 경보음를 울렸을 때, 캘리포니아 패서디나에 있는 NASA 제트 추진 연구소에서 사람들은 흥분을 감추지 못했습니다. 해당 우주 탐사선은 수년간 예상치 못한 신호를 전송하지 않았습니다. 그 후 2012년 8월 25일에 측정된 태양풍 입자 수가 갑자기 1,000배 급감했지만, 우주 광선에서 나온 성간 입자의 농도는 거의 10% 증가했습니다. Voyager 1호는 분명히 헬리오포즈라고 부르는 태양계의 외곽 경계를 지났습니다.
인간이 만든 다른 어떠한 물체도 지구에서 이보다 더 멀리 이동한 적은 없었습니다. 역사적인 순간이었습니다. 하지만 이 역사적인 순간이 NASA에만 있는 것은 아니었습니다. 이 우주 탐사선에는 펜실베이니아 벨폰트에 있는 Supelco® 팀이 설계한 제품도 들어 있었습니다. 과학기술 회사Merck인 Particle Design 그룹의 대표 William “Bill” R. Betz는 “Carbosieve가 여전히 흠잡을데 없이 작동하고 있는 것이 매우 자랑스럽습니다”라고 소감을 밝혔습니다.
42년 동안 작동하고 있는 탄소분자체
Carbosieve Voyager의 현미경 이미지
1970년대 초에 개발된 특수 탄소분자체는 Voyager 1호가 발사된 지 42년이 지난 오늘날에도 태양계에 대한 우리의 시야를 넓히고 우주의 본질에 대한 인간 본연의 호기심을 충족하는 데 도움이 되고 있는 과학 데이터를 제공하는데 결정적인 역할을 했습니다. Carbosieve 시리즈 1세대는 Supelco® 포트폴리오의 탄소 기반 흡착제 분야에서 많은 혁신을 선도하는 길을 열기도 했습니다.
원래 Carbosieve 시리즈에서 나온 첨단 재료는 오늘날 공기 유량계의 수집기로 사용되거나 고체상 추출 하드웨어, 퍼지 및 트랩 시스템, 가스 크로마토그래피 컬럼에서 패킹의 효율을 향상하기 위해 사용됩니다. 원조 Voyager의 후속 세대는 이제 가스 또는 액체를 정화하고 반응한 혼합물에서 합성된 화합물을 분리합니다.
원조 Carbosieve는 비슷한 임무를 수행했습니다. 하지만 현재의 기술력에 비해 선별력이 떨어지고 운동성이 부족했으며, 가끔 산소, 질소, 또는 이산화탄소 같은 비교적 큰 분자의 표면에만 부착했습니다.
초소형 분자를 위한 흡착제 연구
NASA는 Voyager 1호와 자매 탐사선 Voyager 2호를 위해 초소형 분자에도 효율적으로 사용할 수 있는 흡착제를 찾고 있었습니다. 과학자들은 주로 수소와 그 동위원소인 중수소 및 삼중수소, 그리고 빅뱅의 순간에 형성된 원소인 헬륨과 리튬-7 동위원소에 관심을 가지고 있었습니다. 무엇보다도 Voyager는 1966년에 발전된 빅뱅 이론을 테스트하기 위한 수소 동위원소 비율을 측정하기 위해 발사된 것이었습니다.
이전 우주 미션에서 연구자들은 이와 유사한 측정을 하기 위해 사용한 소형의 탄소 코팅 폴리머 비드가 부족했습니다. 그 당시 Supelco® 포트폴리오는 흡착제 개발에서 이미 유명했고, NASA는 이를 Bellefonte라고 불렀습니다. NASA는 흡착제가 분자와 함께 작동하지만 Titan Centaur 로켓이 발사되었을 때 발생하는 강한 진동력을 견딜 수 있을 정도로 충분히 안정적인 흡착제가 있는지 알고 싶었습니다.
NASA의 갑작스러운 요청
사람들은 아직도 그 전화와 본사에 있던 동료들의 놀란 얼굴에 대한 이야기를 하고 있다고 Betz는 전합니다. 자연스럽게 이 소식은 Supelco® 팀에 전달되었습니다. 당시에 Carbosieve 설계는 평균 공극 크기가 0.7나노미터로 작았기 때문에 이미 작은 분자들을 흡착할 수 있었습니다. 또한 탄소 분자체 입자는 매우 순수하고 강하며 노화의 징후를 보이지 않았습니다. "해당 흡착제는 1100바 이상의 엄청난 압력을 손상 없이 견뎌냈습니다."라고 Betz는 말합니다.
이것은 이론적으로 11,000미터 깊이의 마리아나 해구 바닥에 사용할 수 있었다는 것을 의미합니다. 이것은 NASA가 Carbosieve와 같이 올바른 궤도에 올랐다는 첫 신호이며, 결국 우주와 마찬가지로 심해에도 극한의 조건이 존재합니다. NASA는 흡착제 5g을 사서 실험을 시작했습니다. Betz는 "이것은 정확히 말해 중요한 거래는 아니었습니다"고 웃으며 얘기했습니다. "하지만 우주 탐사에서 NASA를 지원하게 된 영광은 어쨌든 우리에게 더 값진 일이었습니다.”
태양계의 화학물질 구성에 대한 중요한 통찰력
오늘날 우리가 알고 있는 Voyager 1호와 2호는 정말로 다음과 같은 과학적인 센세이션을 일으켰습니다. 이들은 모두 22개의 달을 발견했는데, 각각 목성과 토성을 중심으로 3개, 천왕성을 중심으로 10개, 해왕성을 중심으로 6개의 달을 발견했습니다. 이들은 또한 목성, 천왕성, 해왕성 주변에서 더 많은 고리를 발견했고, 우주 탐사선의 질량 분광기에서 수집 매체로써 Carbosieve를 이용해 행성 대기의 화학적 구성성분에 대한 중요한 통찰력을 제공했습니다. Betz는 아직도 수소 동위원소에 대한 첫 번째 데이터를 기억하고 있습니다. “짜릿했던 순간이었습니다.”
하지만 Supelco® 전문가는 차라리 NASA 팀에 맞춤형 탄소 분자체를 제공했을 것입니다. 결국 호기심이 가득한 채 과학적인 도전을 받아들였으며, 그 당시에도 고객이 만족할 때까지 고민했으며, 여전히 Supelco® Particle Design 그룹만의 전문성으로 남아있습니다.
장기적인 협력의 시작
이 정도까지만 말씀드립니다. 이것이 NASA가 Supelco® 팀에게 마지막으로 전화를 건 것이 아니었습니다. Particle Design 그룹은 여전히 자신들을 증명해 보일 기회가 있었습니다. 하지만 이것은 Cassini Huygens 미션과 국제우주정거장(ISS)에서 Carboxen이라고 불리는 신세대 탄소에 관한 이야기입니다. 한편 두 Voyager 탐사선은 우주의 성간에서 계속해서 데이터를 전송하고 있습니다. Supelco는 2025년까지 조금 느리게 비행하는 Voyager 2호와 접촉할 것으로 예상합니다.
그때까지 계속 데이터를 측정하려면 한두 개의 과학 기기를 제외한 모든 기기를 정지해야 합니다. 이렇게 하면 선내에 탑재된 원자 배터리의 수명을 연장할 것입니다. 하지만 두 탐사선은 마지막 미션을 위해 지구와 교신이 끊기거나 배터리가 방전되지 않아야 합니다. 각 탐사선에는 알루미늄 보호 재킷과 구리로 도금한 레코드가 들어있습니다. 각 탐사선에는 태양계의 별 지도 외에도 인사말, 음악, 소리 및 지구의 이미지가 들어 있습니다.
외계인들이 레코더에 들어있는 Chuck Berry의 노래 "Johnny B. Goode"를 정말로 좋아할 수도 있고, 10 나노미터의 정확한 공극이 있는 Carbosieve 파우더에 놀라움을 금치 못할 수도 있습니다. 탐사선이 생명체가 존재하는 장소에 도달하는 데 수십만 년이 걸릴 수도 있습니다.
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