블로그 주소는: https://ellipsoid.tistory.com 가 봐도 별거 없음 디시보다 읽기 쉬운 정도임

자료 출처: http://www.projectrho.com/public_html/rocket/spacewardetect.php#id--There_Ain't_No_Stealth_In_Space

틀린 거 있으면 지적좀

탐지

아주 큰 우주망원경이 있다고 해 보자. 그 우주망원경은 아주 차갑고 아주 낮은 반사율을 갖고 있으며 초속 수 킬로미터로 움직이는 우주선을 아주 먼 거리에서 보고 있다고 해 보자. 스텔스를 위해서는 망원경의 탐지를 회피해야 한다.

얼마나 먼 거리에서 망원경이 목표를 탐지할 수 있는가?

거리가 증가하면 역제곱 법칙에 의해 복사 강도가 제곱에 비례하여 줄어든다. 예를 들자면 21K의 온도를 가지는 물체는 제곱미터당 11 밀리와트를 복사한다. 극저온으로 냉각한 적외선 센서는 10^-19W/m^2의 민감도를 갖는다. 역제곱 법칙에 따르면 이 물체는 332000km 밖에서 탐지가 가능하다.

그러나 이 방법으로는 진짜 탐지 거리를 찾지 못한다.

우주선이 탐지될 수 있는 거리는 신호 강도와 노이즈와 관계 있다.

우주에서 망원경은 대기의 영향을 받지 않는다. 노이즈의 원천은 내부의 부품에서 나오는 광자(열복사), 회로의 저항, CCD의 양자 비효율성 같은 내부와 태양빛, 태양풍, 우주 배경 복사 등의 외부영향을 받는다.

노이즈를 줄여서 망원경의 성능을 높이는 기술은 수십 년간 개발되어왔다. 극저온 냉각, 주파수 필터, 차양막, 카본블랙 코팅, 더 큰 반사경, 긴 관측 시간 등등이 있다. 이런 물리적인 방법과 디지털 프로세싱 등의 방법을 사용해서 물체의 복사를 볼 수 있다.

사진: 망원경 온도를 낯추는 것과 효율성

이런 기술들이 사용된 망원경 중에서는 SPICA-SAFARI라는 망원경이 있는데(단순 제안으로 제작 계획 없음) CCD는 수 밀리 켈빈으로 냉각되고 광학기기도 수 켈빈으로 냉각한다. 내부 노이즈를 거의 0으로 만들고, CCD의 효율성도 100%까지 올라가서 민감도가 10^-20W/m^2 이상일 것으로 예상된다고 한다.

그러나 외부의 노이즈를 제거할 수는 없다. 멀리 고정되어 있는 별들과는 다르게 스텔스 우주선을 감지할 때 외부 노이즈는 간단히 제거할 수 없다. 그래서 망원경의 민감도가 더 나아질 수 없는 정도인 noise floor이란 걸 고려해야 한다.

noise floor

우주 배경 복사는 찰 알려진 천문 현상이다. 여러 가지 다른 파장에서 노이즈가 보인다. 우리가 탐지하고자 하는 목표는 온도가 매우 낮다. 스펙트럼 계산기로 파장을 구할 수 있다.

21K의 물체에서 나오는 스펙트럼 분포

inspirehep.net/record/1420688/plots

우주에서 오는 배경 복사의 스펙트럼과 세기

www.astro.ucla.edu/~wright/CIBR/

적외선 배경 복사의 세기

적외선 우주 배경 복사는 파장이 10~100 마이크로미터로 중적외선~원적외선을 차지한다. 빛의 세기는 10nW/m^2/sr이다.(나노와트 퍼 제곱미터 퍼 스테라디안)

스테라디안은 입체각의 각도이다. 물체가 관찰자에게 얼마나 크게 보이는지 측정할 수 있다. 1 스테라디안은 3282도 제곱이고, 구면은 41253도 제곱이다. 따라서 1 스테라디안은 구면의 7.958%이다.

noise floor을 재려면 제곱미터 당 망원경이 받는 복사 에너지를 계산해야 한다. 망원경의 시야각과 관련이 있다.

시야각은 분(arcminute)과 초(arcsecond)로 나타낸다. CCD는 사각형이기 때문에 분 X 분이나 초 X 초로 나타낸다.

시야각을 스테라디안으로 바꾸고 스테라디안 당 우주 배경 복사 강도를 곱하면 noise floor을 찾을 수 있다.

이런 센서들은 아주 작은 시야각을 갖고 있다. 취소된 우주망원경인 나사의 WFIRST(Wide Field Infrared Survey Telescope)는 2.5아크세컨드의 시야각을 갖고 있다. 아직 발사가 안되었지만 발사된다면 최고의 우주망원경이 될 제임스 웹 우주망원경은 20아크세컨드의 시야각을 갖고 있다. 대부분의 망원경들은 시야각이 1아크세컨드 이하이다.

Noise Floor =FoV * BNI

1. Noise Floor의 단위는 W/m^2이다

2. FoV는 시야각이다(Field of View 단위:스테라디안)

3. BNI는 배경 복사 강도이다.(단위: W/m^2/sr)

1아크세컨드의 시야각은 2.351^10*^-11 스테라디안이고 배경 복사의 세기는 100마이크로미터 파장일 때 2.35*10^-20 W/m^2이다.

우주선의 복사

슈테판-볼츠만 법칙을 이용한 흑체 복사 온도는 x선부터 라디오파까지 모든 스펙트럼에서의 전체 복사 온도를 알려준다. 그러나 차가운 물체는 짧은 구간의 파장(내보내는 파장의 종류가 작음)만을 복사한다. 적외선 센서는 이 영역보다 더 적은 영역의 파장만 감지할 수 있다.

스펙트럼 계산기에 완벽한 흑체(흡수율 = 1)와 30K라는 온도를 넣으면 아래 그림과 같은 결과가 나온다.

최대 복사 에너지(radiance)를 갖는 파장은 96.59 마이크로미터(원적외선)이고 주파수 대역의 복사 에너지(radiance 단위: W/m^2/sr)는 센서가 감지하는 파장에 따라 달라진다.

넓은 주파수 대역을 갖는 CCD는 다양한 파장의 광자를 감지할 수 있고, 목표에서 더 많은 신호를 감지할 수 있다.

사진: 제임스 웹 우주망원경의 CCD

그러나 CCD는 민감도 때문에 좁은 주파수 대역을 갖고 있다. 더 많은 파장을 인식한다는 것은 더 많은 노이즈를 받기 때문에 CCD는 민감도를 높이기 위해 좁은 주파수 대역만을 볼 수 있다.

주파수 대역이 1~10 마이크로미터라면 대략 5 마이크로미터의 빛이 주로 복사된다고 하면 되겠다.

이제 망원경으로 들어가는 빛을 계산해보자.

스테라디안 계산기

입체각(스테라디안): 면적/거리^2

1 제곱미터의 면적을 갖는 물체가 1000m 떨어져 있다면 1/1000^2 = 10^-6 스테라디안이다.

망원경의 주 반사경 크기를 고려하면 이런 식을 얻을 수 있다.

목표물을 망원경에서 관측한 복사 세기: BR * CSA * TCA / D^2

목표물을 망원경에서 관측한 복사 세기: W/m^2

BR: 주파수 대역의 복사 세기(radiance)(W/m^2/sr)

CSA: 전면 반사 면적(m^2)

TCA: 주 반사경 크기(m^2)

D: 거리(m)

망원경은 하늘에 있는 특정한 점을 관측하는 데 많은 시간을 소비한다. 이 방법으로 망원경은 센서의 감도를 늘릴 수 있고, 10000초 정도 같은 점만 바라보기도 한다. 그러나, 초속 수 킬로미터로 움직이는 빠른 우주선을 탐지할 때는 오랜 시간을 한 점에 낭비할 수는 없다. 그러므로 우리는 한 개의 프레임만을 고려하도록 하겠다.

탐지 방정식

위 두 개의 식은 한 개의 탐지 방정식으로 합칠 수 있다. 이제 스텔스 함선의 탐지 거리를 얻을 수 있다. 신호 대 노이즈의 비율을 10으로 두겠다. 목표물이 복사하는 신호가 노이즈보다 10배를 넘어야 탐지된다고 가정한다.

D = ((BR * CSA * TCA) / (FoV * BNI * SNR))^0.5

BR: 주파수 대역의 복사 세기(radiance)(W/m^2/sr)

CSA: 전면 반사 면적(m^2)

TCA: 주 반사경 크기(m^2)

D: 거리(m)

FoV: 시야각(Field of View 단위:스테라디안)

BNI: 배경 복사 강도.(단위: W/m^2/sr)

SNR: 신호 대 노이즈 비율 (10)

예를 들어보면 사람 몸(310K, 0.68m^2)은 근적외선(파장 10 마이크로미터)이고 2미터 직경의 적외선 망원경에 277000km 거리부터 감지된다.

ATOMSS: Advanced Triple Observalbility Mode Stealth Steamer

그럼 이제 스텔스 함선 ATOMSS을 설계해 보자

이 함선은 세 개의 스텔스 모드(헬륨, 수소, 고온)와 보온 선체, 레이더 스텔스 선체와 고확장비 노즐(아래쪽에 설명하겠음)을 갖고 있다.

세 개의 스텔스 모드는 상황에 따라 다른 스텔스 능력을 제공한다.

헬륨 모드는 완벽한 스텔스 기능을 보장한다. 어떤 상황에서도 센서가 감지하지 못한다. 이 모드는 적의 방어선 깊숙이 침투하거나 공격을 개시하거나 조밀한 센서 네트워크를 통과할 때 사용된다.

수소 모드는 행성에 접근하는 동안이나 성능이 낮은 센서 네트워크를 통과할 때처럼 스텔스가 그렇게 엄격하게 필요하지 않은 상황에서 선체가 헬륨 모드보다 약간 더 따뜻한 온도를 유지하도록 한다. 수소는 헬륨보다 열 흡수 특성이 우수하여 냉각재를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

고온 모드는 행성 간 이동에 걸리는 긴 시간 동안 우주선의 폐열을 처리하기 위해 가볍고 낮은 온도에서 작동하는 라디에이터를 사용한다. 이 모드는 냉각수를 전혀 소모하지 않고 무한대로 유지될 수 있다.

선체에 단열재가 사용된다면, 선체의 옆면이 선체의 전면에서 만들어진 그림자 때문에 아주 낮은 온도로 유지할 수 있다.

제임스 웹 우주 망원경의 차양막은 그림자를 만들어줘서 온도를 아주 낮게 유지한다.

탐지 가능한 면이 태양열을 받는 부분인 선체의 앞부분으로 줄어든다. 이 부분은 냉매를 이용해서 직접 냉각되어야 한다.

또, 레이더 탐지를 피하기 위해서 불규칙하고 울퉁불퉁한 표면을 가질 것이다.

사진 : 로켓 엔진의 확장비와 온도 관계

마지막으로, 높은 확장비를 가진 노즐을 사용하면 센서가 감지 가능한 배기 흔적을 남기지 않으면서 높은 배기 속도와 높은 원자로 온도를 얻을 수 있다(높은 원자로 온도는 높은 비추력을 가능하게 함). 셔터가 장착된 펄스 모드를 추가하면 배기 상태를 관찰하여 감지를 완전히 제거할 수 있다. 따라서 ATOMSS는 다른 우주선과 마찬가지로 태양계 주위를 빠르게 여행할 수 있다.

이제 세부 사항들을 살펴보자

헬륨 냉각

위에서 본 탐지거리 방정식에 따르면, 수소를 이용한 냉각은 커다란 우주선을 몇만 km 밖에서 탐지를 피하게 하기에는 부족하다.

무겁고 에너지 비용이 많이 드는 열펌프를 사용하지 않고도 훨씬 더 낮은 온도를 달성할 수 있는 유일한 방법은 훨씬 더 낮은 온도에서 끓는 액체의 증발을 사용하는 것이다. 이 경우 액체 헬륨이다.

아래는 헬륨의 상평형 그래프이다.

헬륨의 액화는 진공상태에서 2.17K에서 일어난다. 이를 헬륨의 람다점이라고 한다. 액체에서 기체로의 위상 변화는 20.8 kJ/kg의 열을 흡수한다.

우주선 외피를 액체 헬륨으로 냉각시키면 적외선이나 마이크로파 센서에는 사실상 보이지 않게 된다(열을 가장 많이 배출하는 파장은 1.33mm이다). 전체 100 마이크로미터의 대역폭을 가지고 있고, 선체 온도 2.17K, 단면적 1000제곱미터인 헬륨으로 냉각되는 우주선이 5미터 크기의 마이크로파 망원경을 마주 보고 있다면 43킬로미터의 거리 밖에서는 감지되지 않을 것이다.

헬륨 냉각 방식의 단점은 수소에 비해 증발열과 열용량이 낮기 때문에 같은 시간 동안 열을 식히기 위해서는 더 많은 양의 헬륨이 필요하다는 것이다. 또한 수소는 3000K의 온도로 가열하면 60MJ/kg까지 흡수할 수 있지만, 헬륨은 15.5MJ/kg밖에 흡수할 수 없다.

진공에서의 수소 기체

수소는 1 기압에서 21K에서 끓는다. 그러나, 진공 상태일 때 수소는 13.8K에 삼중점이 있다. 따라서 수소의 뛰어난 열 흡수 특성을 포기하지 않고도 스텔스 우주선의 열 배출량을 줄일 수 있다.

진공 상태의 수소를 이용한 단면적 1000제곱미터, 온도 13.8K의 함선이 지름 5m의 원적외선 망원경에 보이기 시작하는 거리는 6293km이다.

고온 모드

고온 모드에서는 면적당 질량비(kg/m^2)가 아주 낮은 라디에이터를 낮은 온도로 전개하여 행성 간 이동 중 ATOMSS가 생성할 수 있는 수십 킬로와트의 폐열을 제거한다. 이 모드의 경우 원하는 최대 감지 거리를 먼저 정하고 거꾸로 계산하여 고온 모드 전용 라디에이터의 질량을 찾을 것이다.

ATOMSS가 10 kW의 폐열을 제거해야 하고, 줄 모양 라디에이터가 사용된다고 가정하자. 줄 모양 라디에이터는 저온에서 작동하며 저밀도 재료와 중공 튜브를 사용할 것이다. 라디에이터 설계에 폭 1밀리미터의 반쯤 비어있는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 튜브를 사용하는 경우, 표면적이 0.00314m^2이면 미터당 0.38g의 질량을 갖게 된다. 카본 블랙 코팅을 한다면 라디에이터의 복사율을 거의 1로 만들 수 있다. 라디에이터는 1제곱미터당 5.67*10^-8 * T^4W의 폐열을 처리할 수 있다.

줄 모양 라디에이터의 단면적은 미터당 0.001제곱미터에 불과할 것이다.

라디에이터가 10kW의 열을 처리하기 위해서는 L: 10000/(5.67*10^-8 * T^4 * 0.00314) m의 길이가 필요하다. 그러나 이것은 10미터 크기의 망원경에 거리 D: ((BR * CSA * 78.5) / 8.46*10^-15))^0.5m에서 m에서 보일 것이다. 여기서 CSA는 라디에이터 길이 * 0.001이고, D: ((BR * L * 0.0785) / 8.46*10^-15))^0.5 이런 공식이 나온다.

30K의 온도를 방출하는 라디에이터는 69342km의 길이를 가지고 26.35t의 무게가 나갈 것이다. 25300km 밖에서 관찰할 수 있다.

10^6 킬로미터의 탐지거리는 매우 형편없게 들릴지 모르지만, 지구와 화성 사이의 평균 거리의 0.5%이다. 즉, ATOMSS는 냉각수를 소비하지 않고도 이동 시간의 최대 99.5%를 고온 모드로 보낼 수 있다. 망원경이 지구-화성 거리에 100만 km 마다 있지 않는 한(평면 위의 궤적을 덮어야 할 경우 10만 개 이상의 망원경을 배치할 수 있음), 고온 모드는 우주선의 스텔스 지속 능력을 크게 증가시킬 수 있기 때문에 유용하다.

보온 선체

개방 사이클 냉각제로 사용하기 위해서는 액체 수소 또는 헬륨이 끓는점 이하, 어는점 이상으로 유지되어야 한다. 이 온도는 센서의 감지를 방지할 만큼 낮지 않을 수도 있다.

추진제 탱크와 스텔스 우주선의 외부 선체 사이의 단열재를 사용함으로써 열전달이 제거된다. 이를 통해 그늘에 가려진 선체의 측면은 자연적으로 2.73K(우주 배경 복사 온도)까지 냉각될 수 있으며, 빈 공간의 배경 온도와 구별할 수 없다. 보온 구조는 빛을 잘 반사하고 매우 얇은 마일러 필름이 두 개 이상의 층을 가지는 모양일 것이다. 적외선 복사가 그 두 개의 층 사이의 틈을 가로지르는 것을 진공으로 분리한다.

사진: 연료 탱크를 그늘에 놓는 구조는 액체수소의 저장 방법으로 제안되었다

스텔스 우주선의 전면은 직사광선을 받으므로 능동적으로 냉각되어야 한다. 단열은 주 열원이 외부이므로 도움이 되지 않고, 전면의 최저온도는 사용 중인 냉각수(헬륨 또는 수소)의 끓는점일 것이다.

작은 전면 단면적과 간혹 보이는 후미 부분이 스텔스 우주선의 탐지를 가능하게 할 것이다. 그림자의 측면은 너무 차가워서 탐지할 수 없기 때문이다.

레이더 대응

레이더는 전파가 목표물에 도달하여 표면에 반사된 다음 안테나로 돌아오는 능동 탐지 기술이다. 특정 설계 기법을 사용하면 레이더에 대한 ATOMSS의 탐지 가능성을 줄일 수 있다.

밀리미터 라디오나 마이크로파와 같은 매우 짧은 파장은 VANTA-black 탄소나노튜브로 흡수될 수 있다. 10~100m 길이의 파장은 우주선과 상호작용하지 않고도 우주선 주위에서 회절한다. ATOMSS는 1cm ~ 1m의 파장(0.3 ~ 30GHz) 사이의 전파에 취약하다.

이상적인 레이더 접시는 최대 70 * 파장/안테나크기 도(degree)까지 전파 빔을 생성할 수 있다. ex) 10m 너비의 접시에 초점을 맞춘 파장 1cm의 전파는 0.07도의 빔 폭을 생성한다. 빔 너비는 대상이 수신하는 전파의 강도를 결정하며, 반송 신호는 다른 방향으로 다시 확산된다. 예를 들어, 빔 폭이 0.07도인 메가와트급 레이더의 신호 강도는 1,000km 거리에서 0.85W/m^2에 불과하며, 신호가 안테나로 다시 돌아온다면 평방미터당 0.72 마이크로와트로 감소한다.

사진: 레이더 반사 면적을 감소시키는 S 덕트

전파는 우주선의 표면과 만나서 상호작용한다. 레이더 흡수 물질(RAM)은 파장이 2.7mm에서 10m인 전파를 대부분 흡수할 수 있다.

평평한 표면은 무선 신호의 100%를 원래 방향으로 반사한다. 그러나 둥근 표면은 전파를 사방으로 고르게 분산시킨다. 스텔스 함선의 측면은 원통 모양으로, 평평한 표면에 비해 센서 신호가 1/3.14배 감소한다. ATOMSS의 전면은 둥글며, 신호가 1/6.28로 줄어든다.

*스텔스 기술은 현대 전투기나 함선에 적용하고 있으니까 그렇게 어렵지는 않을듯함

ATOMSS는 세 가지 효과(빔 폭, RAM 및 곡선 표면)를 사용하여 매우 강력한 레이더의 탐지에서 안정적으로 벗어날 수 있다.

노즐 확장비

열핵 로켓과 같이 원자로에 의해 가열되는 추진체는 노즐로 확장되어 배기 속도가 빨라지면서 온도와 압력이 낮아진다. 고확장비 노즐은 저온, 저압 및 최대 속도에 가까운 배기 가스를 생성한다.

고확장비 노즐은 거의 진공에 가까운 압력에서 극저온의 차가운 배기가스를 만들어 높은 속력으로 배출하는데 엔진의 길이가 매우 길어진다. 장점은 배기가스를 탐지할 수 없게 만들 수 있다고 쓸만한 비추력과 추력을 얻을 수 있다는 것이다.

이 엔진의 단점은 크기와 질량이다.

스텔스 함선의 입장에서는 일반 군함만큼 태양계를 빠르게 돌 수 있게 해 준다. 엔진의 크기와 무게는 이 함선의 임무(스텔스 침투)에 큰 영향을 주지 않는다. 직접 전투나 전술 기동을 할 이유가 없기 때문이다.

고확장비 노즐의 추가 개선 방법은 셔터를 사용하는 것이다.

사진: 펄스제트 엔진

함선 디자인 예시 *몇몇 수치는 본인이 다시 계산함

스텔스 전투함의 임무는 화성에서 출발해서 지구 궤도에 도달하고 몇 달 동안 머무르다 돌아오는 것이다.

전면은 10미터 넓이에 78.5제곱미터의 면적을 가진다.

우주선의 끝 부분은 구 모양이며 나머지 부분은 원통형이다. 전면은 헬륨, 수소, 라디에이터 등으로 냉각된다.

측면과 후면은 항상 그늘에 있고 헬륨 냉각 방식으로 2.17K를 유지한다. 펠티어 효과 장치나 magnetocalorific cooler가 우주선 뒤쪽에서 오는 열을 제거할 것이다.

임무 모듈은 미사일 188톤과 센서 2톤이다. 컨트롤 모듈에는 함선의 컴퓨터가 포함되어 있으며, 1톤의 질량과 1kW를 소비한다. 우주선이 우주를 떠돌면서 대부분 활동을 하지 않을 때 전자장비를 작동시키기 위해서는 원자로 동력 모듈이 필요하다. 최대 10kW를 생산하는 1t 원자로와 발전기가 사용될 것이다. 추가로 4톤의 극저온 냉각기와 도체가 필요하다. 이 197톤은 우주선의 뒤쪽에서 17m 길이의 튜브 안에 들어간다.

추진 모듈은 고온의 열핵 로켓이다. 고확장비 노즐을 사용하기 때문에, 더 높은 온도에서 작동하면 배기 속도를 늘릴 수 있고 수소 또는 헬륨 배기가스의 온도를 낮출 수 있다.

열핵 로켓은 추진제를 4000K 온도로 가열하고 배기가스를 최대 6.5km/s(헬륨) 또는 14km/s(수소)의 속도로 배출한다. 로켓의 모든 열은 배기가스의 흐름에 포함된다. 엔진의 질량은 20톤이며 추진력은 최대 2GW이다.

추진 모듈은 우주선의 질량 중심에 위치한다. 선체의 여러 구멍 사이를 회전하며 추력편향으로 방향 전환을 가능하게 한다. 추진부분은 길이가 5미터이다.

400톤의 14K의 수소(slush hydrogen) 탱크 한 개는 30m 길이의 두 개의 탱크로 나뉜다. 온도 2.17 K, 888톤의 액체 헬륨 탱크는 각각 39미터 길이의 탱크 두 개로 나뉜다. 액체 헬륨은 추진 모듈의 중간에 질량 중심을 유지하기 위해 탱크들 사이를 이동할 수 있다.(탱크 무게 포함)

ATOMSS의 길이는 160m이며, 1600m^2의 옆쪽 단면적을 가진다.

선체의 단열재, 냉각재, 레이더 흡수재는 선체 질량에 6톤을 더하고, 위에서 설명한 설계 중 30K의 마이크로미터 두께의 와이어 라디에이터는 30톤을 더한다.

총질량은 1548톤이며, 그중 1288톤은 소모성 냉각제이다. 추가로 563톤의 액체 수소를 드롭 탱크로 들고 다닐 수 있다.

성능

소형 망원경(주반사경 폭 2m), 대형 망원경(주반사경 폭 10m), 대형 100MW 무선 망원경(접시 폭 20m)에 대한 ATOMSS 예제 설계의 탐지 거리를 고려해보자

헬륨 모드에서는 ATOMSS의 선체 전체가 2.17 K이다. 액체 헬륨은 태양열을 흡수하기 위해 전방의 열 교환기를 통해 흐르며, 생성되는 헬륨 가스는 원자로나 엔진 노즐로 펌핑된다. 열을 가장 많이 배출하는 주파수 대역은 마이크로파로 1335마이크로미터이다. 소형 망원경은 정면에서 4.25km, 측면으로부터 13.6km의 ATOMSS를 탐지한다. 대형 망원경은 탐지 거리를 각각 20.9km와 67.9km로 향상시킬 뿐이다.

그러나 지구 궤도에서 ATOMSS는 헬륨 모드를 2일 동안만 사용할 수 있다. 전방 부분이 106.8㎾의 햇빛을 흡수하기 때문에 초당 5.14㎏의 헬륨이 증발해야 한다.

수소 모드에서는, 헬륨 가스가 전방에서 수소 탱크로 순환한다. 수소를 증발시키고 헬륨 가스를 냉각시켜 전방의 VANTA-black에서 내부 히트싱크까지 열을 효과적으로 전달한다. ATOMSS의 옆면은 2.17K으로 유지되지만, 전면은 수소가 증발하는 온도인 14K이다. 원적외선인 205마이크로미터 파장이 방출된다. 작은 망원경은 2000km에서 우주선의 전면을 발견하고, 대형 망원경은 10001km에서 감지할 수 있다.

수소 모드는 20일간 지속할 수 있다.

개방 사이클 냉각을 사용하면 ATOMSS 선박의 델타 V 용량이 감소하므로 '양호' 또는 '완벽한' 스텔스 기능이 필요한 상황으로 제한된다.

흑체 복사는 무작위 편광으로 방출된다. 라디에이터 와이어가 수직 파장에는 투명하지만 평행 파장을 흡수한다는 것을 의미한다. 얇은 선 모양 라디에이터 사이의 간격이 10마이크로미터이고 선체 곳곳에 머리카락처럼 배치된 라디에이터는 상호 간의 간섭을 고려하더라도 열의 50%가 빠져나갈 수 있다는 것을 의미한다.

*헬륨 모드 사용 시간을 더 줄이고 수소 모드 사용 시간을 늘리는게 더 합리적이라고 생각함

거대한 레이더 망원경은 ATOMSS가 어느 모드에 있는지 신경 쓰지 않는다. 100MW 레이더는 1m 파장의 전파를 방사할 경우 0.7도 빔을 만들 수 있다. 최상의 경우, 100MW 전파 빔이 우주선의 전방에서 반사된다. 최악의 경우, 평평한 면에서 전파가 반사된다.

우주선 선체에서 반사되는 전파는 1/(1.375 * 10^-8 * Distance^4)의 비율로 약해지고, 전파 흡수 물질 때문에 1/10000의 전파만 반사되고, 전방부에서는 모양이 구면이기 때문에 다시 78.5(전면 면적)/6.28의 전파만 반사되고, 측면에서는 160/3.14의 전파만 반사된다.