[우주] 화성 흙 담아 오기…10년 우주 릴레이가 시작됐다 우주항공

YaVcUGEJWNmmVjHsPZg8hT.jpg » 발사 대기중인 화성탐사선. 나사 제공

나사, 화성 탐사로버 ‘퍼시비어런스’ 발사

아랍에미리트·중국 이어 올 세번째 탐사선


사상 처음으로 화성 흙 수집 임무를 띤 우주선이 날아올랐다. 2031년 화성 흙을 갖고 지구로 돌아오기까지 3차례 이어질 우주 대장정의 서막이 열렸다.

미국항공우주국(나사)은 30일 오전 7시50분(현지시각, 한국시각 오후 8시50분) 플로리다주 케이프커내버럴공군기지 41번 발사대에서 ‘마스 2020’ 프로젝트의 화성 탐사 로버 `퍼시비어런스'(인내라는 뜻)를 아틀라스5 로켓에 실어 발사했다. 퍼시비어런스는 미국의 아홉번째 화성 착륙선이자, 다섯번째 화성 로버(차량형 이동 탐사 로봇)다. 퍼시비어런스는 2021년 2월18일 화성에 도착한다.

이로써 올해 예정된 3개의 화성 탐사선 발사가 모두 성공적으로 마무리됐다. 앞서 20일엔 아랍에미리트가 중동 최초의 행성간 프로젝트인 화성 궤도선 `아말'을, 23일엔 중국이 궤도선·착륙선·로버로 이뤄진 사상 최초의 `트리플' 화성탐사선 `톈원1호'를 각각 발사하는 데 성공했다.

perse2-jejero.jpg » 노란색 동그라미가 퍼시비어런스 착륙 예정지다. 나사 제공

착륙지점은 예제로 충돌구...생명체 흔적 가능성 높은 삼각주 평원


이번 화성 탐사 프로젝트의 핵심은 바퀴 6개의 로버 `퍼시비어런스'다. 무게 1050㎏에 길이 3m, 너비 2.7m, 높이 2.2m 크기의 퍼시비어런스는 1997년 최초의 로버 소저너 이후 스피릿과 오퍼튜니티(2004년), 큐리오시티(2011년)에 이어 다섯번째로 화성 땅을 누비게 된다.

착륙 지점은 적도 위쪽의 예제로(jejero) 충돌구다. 지름 45km의 이곳은 35억년 전 강물이 흘러 들어와 호수를 형성했을 것으로 추정되는 분지다. 과학자들은 퍼시비어런스가 이곳에서 옛 화성 생명체 흔적을 찾을 가능성이 높을 것으로 기대한다. 퍼시비어런스에 장착된 과학장비 셜록(SHERLOC)이 자외선 레이저로 흙과 암석 속에서 과거 물이 흘렀을 시절의 유기분자, 미네랄 흔적 등을 찾아내는 일을 한다.

perse1.jpg » 나사의 다섯번째 화성 로버인 ‘퍼시비어런스’.

2년간 화성 표본 담아...예상 수명은 14년


현재 화성에서 활동중인 큐리오시티를 기반으로 제작된 퍼시비어런스는 최소 687일(화성일 기준 1년) 동안 이 일대에서 원통형 금속용기에 화성의 흙과 돌 등 표본을 수집해 담는다. 표본 수집 용기는 모두 43개이다. 하지만 5개는 빈 상태로 놔둔다. 나중에 지구로 가져왔을 때 표본이 담긴 용기에 순전히 화성 물질들만 있는 것인지 비교하기 위해서다. 수집할 암석을 찾으면 2.1미터 길이의 로봇팔을 뻗어 드릴로 작은 손전등 크기(길이 6센티, 너미 1.3센티)의 구멍을 뚫고, 이때 나오는 시료를 담아 용기에 담는다. 일단 용기 20개를 채우면 근처 땅에 묻어 보관한다.

퍼시비어런스의 동력 장치는 MMRTG(다중임무 방사성 동위원소 열전 발전기)라는 이름의 원자력 전지다. 방사성 동위원소 플루토늄-238이 자연붕괴하는 과정에서 발생하는 열 에너지를 열전소자를 이용해 전기로 바꾼다. 현재 화성에서 활동중인 큐리오시티도 이 전지를 쓴다. 설계수명은 최대 14년이다. 에너지 전환효율이 낮아 별도의 리튬이온 배터리에 전기를 모은 뒤 쓰는 방식을 취한다. 전기로 전환되지 않은 열 에너지는 로버가 과냉각되지 않게 보온해주는 역할을 한다.

perse7.jpg » 지구 밖에서 최초의 비행 실험을 하게 될 ‘인지뉴이티’.
소형 헬리콥터로 지구 외 행성서 첫 비행 시험


퍼시비어런스에는 몇가지 과학 실험 장비가 실려 있다. 우선 무게 1.8kg에 날개 길이 1.2미터의 소형 헬리콥터 `인지뉴이티'(Ingenuity, 창의성)가 있다. 퍼시비어런스 배 밑에 부착돼 있다. 나사는 화성에 도착하면 30일 동안 5번의 비행실험을 할 계획이다. 화성처럼 공기가 희박한 곳에서 어떻게 비행기를 띄울 수 있는지 확인하기 위한 실험이다. 탄소섬유로 만든 날개 2개를 서로 반대 방향으로 1분당 2400번 회전시켜 양력을 만든다. 지구의 헬리콥터보다 몇배나 빠른 속도다. 동력은 태양전지로 확보하며, 90초 동안 5미터 위로 날아 150미터를 왕복비행하는 게 목표다. 화성의 대기 밀도는 지구의 1%에 불과하다. 성공할 경우 인지뉴이티는 지구가 아닌 곳에서 인류가 띄운 최초의 비행체가 된다. 이는 훗날 다른 행성에서 드론 비행 탐사를 시도해볼 수 있는 길을 열 수 있다.

퍼시비어런스에는 화성 대기의 96%를 차지하는 이산화탄소에서 산소를 생산하는 목시(MOXIE)라는 장치도 있다. 화성 대기를 흡입한 뒤 먼지와 오염 물질을 제거하고 이산화탄소를 산소로 바꿔주는 실험을 할 예정이다. 미래 유인 화성 탐사에 대비한 중요한 시험이다. 이밖에 지표면 레이더, 기상 관측 장비, 엑스선 분광기, 고해상도 카메라 슈퍼캠과 마이크도 있다. 퍼시비어런스와 다른 장비에 탑재된 카메라 수를 합치면 모두 23대로 역대 가장 많은 숫자다. 마이크는 2대가 실려 있는데 하나는 착륙시스템에, 다른 하나는 카메라에 붙어 있다. 착륙시스템의 마이크는 비디오와 함께 짝을 이뤄 퍼시비어런스의 착륙과정을 시청각 자료로 남긴다. 카메라에 장착된 것은 로버의 이상 여부를 판단하는 자료로 활용된다.

perse10cruise-config.png » 마스 2020 탐사선의 구성.
2026년 화성 표본 수거해 갖고 올 탐사선 2차례 발사


퍼시비어런스가 수집한 화성 표본들은 이후 화성에 갈 우주선에 실려 2031년 지구로 돌아올 예정이다. 이를 위해 나사와 유럽우주국은 2026년 잇따라 화성에 두 대의 탐사선을 보낸다. 나사는 표본 수거 착륙선(SRL)과 상승로켓(MAV)을, 유럽우주국은 수거로버(SFR)와 지구귀환우주선(ERO)을 맡는다. 이 우주선들은 2028년 여름 각기 화성 표면과 궤도에 도착해 역할을 나눠 캡슐 수거 작업을 마친 뒤  2031년 지구로 돌아온다. 현재로선 2013년 가을 미국 유타주 사막에 도착한다는 일정을 잡고 있다. 화성 표본을 수집해 돌아오기까지 지구에서 세 번, 화성에서 한 번 로켓을 발사한다. 화성 표본 수집-귀환 대장정에서 성공의 마지막 열쇠를 쥐고 있는 건 화성 땅에서 발사되는 로켓이다. 다른 행성에서 로켓을 발사하는 건 아직 한번도 해 보지 않았기 때문이다.

나사가 `마스 2020'에 투입한 예산은 27억달러(3조2천억원)다. 나사와 유럽우주국은 이를 포함해 앞으로 화성 표본 수집-귀환 프로젝트를 마치는 데까지 대략 70억달러(8조5천억원)가 들 것으로 추정한다.

현재 화성 땅에서는 미국의 착륙선 인사이트와 로버 큐리오시티가 임무를 수행하고 있다. 화성 궤도에는 미국 3개, 유럽 2개, 인도 1개를 합쳐 6개의 탐사선이 비행을 하고 있다.


출처

프로젝트 웹사이트

7가지 로버 장비



곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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