Translate

2012년 6월 22일 금요일

태양계 이야기 44 - 차세대 화성 탐사 로버 'Curiosity'





 과거 화성에 착륙하여 직접 화성 표면을 돌아본 로버 (Rover) 는 세가지 이다. 97년 마스 패스파인더 에 실린 소저너 ( Sojourner) 와 Mars explorer rover 로 2004년에 화성에 착륙한 스피릿 (Spirit) 과 오퍼튜니티 (Oppertunity) 가 그것이다. 초기 소저는 무게 10.5kg 의 아주 작은 소형 로버였으며, 이후에 착륙한 스피릿과 오퍼튜니티는 무게 약 180 kg 로 꽤 육중한 크기였다. 이 로버들은 예상보다 아주 오래 작동하면서 귀중한 자료들을 지구로 전송하여 화성에 대한 우리의 지식을 획기적으로 끌어올리는데 기여했다. 


 한편 나사는 앞서 화성을 탐사했던 로버들을 능가하는 크기의 대형 로버를 계획했으니 그것이 오늘 소개할 Mars Science Laboratory (MSL) 에 탑재될 로버인 큐리어서티 (Curiosity - 호기심) 이다. 그 무게는 900 kg 에 달하며 올해 말 발사가 예정되어 있다. 




(MSL 미션에서 계획된 화성 탐사 로버인 큐리어서티 This file is in the public domain because it was created by NASA )


 과연 나사가 이렇게 거대한 크기의 로버를 보내는 이유는 무엇일까 ? 그것은 물론 앞서 보낸 로버들에는 탑재할 수 없었던 각종 탐사장비를 탑재했기 때문이다. 그 덕에 덩치는 커졌고 글자 그대로 화성 표면을 움직이는 이동 실험실이 된 셈이다. 현재로써는 화성에서 암석 샘플을 채취해서 지구로 회수하기 어렵기 때문에 아예 화성 표면으로 실험실을 보낸 격이라고 할 수도 있을 것이다. 



(큐리어서티 간략한 구조도. 거대한 크기로 인해 태양광에너지로는 움직이지 못하며 결국 원자력 전지를 사용한다.This file is in the public domain because it was created by NASA.  )


 앞서 화성을 탐사한 스피릿과 오퍼튜니티는 6.8 kg 의 과학장비를 탑재할 수 있었으며 최고 속도는 50mm/s (초당 5cm) 이고 평균 속도는 10mm/s (초당 1cm, 시간당 36미터) 정도로 극도로 느렸다. 이것은 화성의 약한 햇빛을 에너지원으로 사용하기 때문에 어쩔 수 없는 일이기도 했다. 또 바퀴의 휠의 크기는 250 mm 정도로 작은 바위를 넘기도 그렇게 쉬운 일이 아니었다. 그럼에도 불구하고 이들은 매우 중요한 연구 성과를 얻어냈으며 무엇보다 놀랄 만큼 오래 살아남아 그 임무를 초과 달성했다. 하지만 크기가 작은 만큼 한계는 있게 마련이었다. 



(화성 탐사 로버 - 스피릿/오퍼튜니티의 컨셉 아트  This file is in the public domain because it was created by NASA.  )





(화성 탐사 로버 큐리어서티. 경차보다 약간 작은 크기라는 걸 사람과의 크기 비교로 알 수 있다.  Mars rover Curiosity, the centerpiece of NASA's Mars Science Laboratory mission, is coming together for extensive testing prior to its late 2011 launch. This image taken June 29, 2010, shows the rover with the mobility system -- wheels and suspension -- in place after installation on June 28 and 29.
Spacecraft engineers and technicians are assembling and testing the rover in a large clean room at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
 This file is in the public domain because it was created by NASA. )



(이전의 선배로버들과의 크기 비교, 이 목업으로 비교해봐도 확실히 크기가 확연히 크다는 걸 알 수 있다This file is in the public domain because it was created by NASA. )



(로버들의 바퀴의 크기 비교, 소저너 및 스피릿 오퍼튜니티 의 바퀴와 비교해 보면 그 크기가 확연히 다름을 알 수 있다. 이는 속도보다 장애물 통과를 위해서다.  This file is in the public domain because it was created by NASA.)


 한편 선배 로버들이 화성을 탐사한지 8년 후인 2012년 8월경 화성에 착륙 예정인 큐리어서티는 이보다 더 거대해졌다. 길 이는 2.7 미터로 기존의 로버에 비해 (1.54m) 1 미터 이상 커졌으며 무게도 900 kg 으로 증가되어 미니 쿠퍼 같은 소형차와 비슷한 크기로 변했다. 덕분에 과학 탐사 장비도 80 kg 이나 탑재가 가능해졌다. (구체적인 크기 비교는 위의 사진들에서 확인)



  이런 큰 덩치 때문에 선배 로버들 처럼 태양광을 이용한 방식으로 동력을 공급했다가는 거의 움직이지도 못할 것이기 때문에 나사의 과학자들은 좀 더 강력한 해결책을 제시했다. 그것은 다른 대안이 없는 한 어쩔 수 없는 것으로 바로 원자력의 힘을 빌리는 것이다. 로버의 뒷쪽에 꼬리처럼 달린 것이 바로 RTG (Radioiosotope Thermoelectric Generator)로 플루토늄 - 238 를 에너지 원으로 사용한다. 사실 초창기 화성 착륙선이던 바이킹 1/2 호도 이 동력원을 이용했으며 수많은 우주 탐사 미션에서 이 원자력 전지를 사용했다. 


 이와 같이 원자력 에너지를 이용하므로써 큰 덩치를 가지고도 화성 표면에서 이동할 수 있을 뿐 아니라 더 오랜 시간 작동할 수 있을 것으로 기대된다. 예상 수명은 약 화성년 (Martian year) 으로 1년 인 668 화성일 (Martian sols) 이다. 이를 지구 날짜로 바꾸면 686 일로 약 2년에 미치지 못하는 정도지만 기존의 로버들 처럼 이보다 더 오래 살아남아서 임무를 수행할 수 있을 것으로 기대해 볼 만 하다. 특히 큐리어서티에 탑재되는 MMRTG 는 최소 수명이 14년이나 된다. 


 이렇듯 큰 덩치에 원자력 에너지를 사용하고 바퀴도 훨씬 크니 이동 속도도 빠를 것 같지만 사실 최고 속도는 시간당 90 미터에 불과하며 평균 속도는 시간 당 30미터 정도에 불과해 기존의 로버보다 나을 것이 없다. 사실 이 로버는 속도 보다는 장애물 통과에 더 촛점을 맞춘 것으로 최대 75 cm  높이의 장애물도 통과할 수 있도록 제조되었다. 이것은 로버가 탐사할 지형이 상당히 거친 지형이기 때문으로 과거 로버들은 탐사할 수 없던 지역을 탐사하는 것이 목표인 셈이다. 느린 속도로 사실 2년간 탐사할 거리는 19km 에 불과하다. 


 이 로버에 탑재되어 화성 표면을 찍어올 카메라는 세가지로 주 MastCam, Mars Hand Lens Imager (MAHLI), MSL Mars Descent Imager (MARDI) 이다. MastCam 에는 1600 X 1200 CCDs 가 탑재되어 1200 X 1200 해상도의 true color  이미지는 물론 720p (1280 X 720) 해상도의 동영상을 촬영할 수 있어 최초로 화성 표면을 HD 급 화질의 동영상으로 촬영할 수 있을 것으로 기대된다. 


  Mars Hand Lens Imager (MAHLI) 는 로버의 로봇 팔에 달린 카메라로 최대 1600 X 1200 픽셀의 영상을 최대 픽셀당 14.5 마이크로 미터 크기 까지 매우 세밀하게 찍을 수 있다. 이를 통해 암석의 표면 구조에 대해서 자세한 데이터를 얻을 수 있다. 


  MSL Mars Descent Imager (MARDI) 는 5 미터에서 3.7 km 떨어진 영상들을 처리해서 주면의 지도 이미지를 작성하는 역활을 한다. 1600 X 1200 픽셀 이미지를 1.3 ms 에 촬영할 수 있으며 8GB 의 버퍼 메모리를 이용해서 4000 장의 로우 이미지를 저장하고 합성해서 주변의 지도를 작성한다.


 또 한가지 중요한 탐사 장비는 ChemCam 이다. 여기에는 LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) 라는 장비가 탑재되는 데 최대 7미터 떨어진 암석이나 토양에 레이저를 발사해서 일부를 증발시키고 이를 분석하여 구성을 알내는 장비이다. 이를 통해 큐리어서티는 움직이는 지질학 연구소의 기능을 할 수 있을 것이다. 그 밖에도 과거 다른 로버에도 탑재된 APXS (Alpha particel X ray Spectrometer) 도 역시 탑재될 예정이다. (동작에 대해선 아래 동영상 참조)


 SAM (Sample Analysis at Mars) 는 대기와 토양 모두에서 유기물을 검색해서 그 존재와 성상을 알아보는 것으로 큐리어서티의 중요한 임무 중 하나다. 이를 통해 화성에 생명체가 과거 존재했는지 그리고 혹시 지금도 생명체가 존재하는 것은 아닌지의 연구가 진행 될 것이다. 


 또 큐리어서티의 로봇 팔에는 드릴이 달려 있으며 이를 통해 암석 표면만 아니라 내부의 탐사도 가능하다. 드릴로 암석을 천공하고 센서를 통해 검사할 수도 있다. 내부에 있는 CheMin 은 x ray 를 이용 암석 결정의 구조를 알아내는 데 사용된다. 


 이렇듯 큐리어서티는 움직이는 화성 실험실로써의 역활을 할 수 있도록 제작되었으며 올해 말 (11월 25 일에서 12월 18일 사이) Atlas V 541 로켓으로 발사되어 2012년 8월 (6일에서 20일 사이) 화성에 착륙할 예정이다. 탐사 예정 지역은 아직 결정하지 못했지만 생명체의 흔적이나 존재를 찾을 수 있는 지역이 유력하게 지목되고 있다. 


 착륙은 낙하산과 역추진 로켓을 통해 이루어지게 된다. 

 





(착륙을 설명하는 개념도 결국 처음에는 공기 저항, 낙하산, 그리고 역추진 로켓이 사용된다  This file is in the public domain because it was created by NASA. )


 MSL 미션이 앞으로 성공적으로 진행되어 우리에게 놀라운 뉴스를 안겨주기를 기대해 본다. 


 MSL 홈페이지  : http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/


 MSL 미션 애니메이션 



덧 ) 화성에 착륙한 큐리오시티 :  http://blog.naver.com/jjy0501/100164077415


댓글 없음:

댓글 쓰기