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태양계 이야기 1127 - 금성 탐사를 위한 자체 가스 제작 풍선 탐사선


 

(Artist concept highlighting the novel approach proposed by the 2025 NIAC awarded selection of Exploring Venus with Electrolysis (EVE). Credit: NASA/Michael Hecht)

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금성과 화성의 환경은 180도 다릅니다. 금성은 지구 기압의 100배에 가깝고 표면 온도는 섭씨 460도가 넘는 반면 화성은 지구보다 춥고 대기 밀도도 지구의 1% 정도에 불과합니다. 하지만 화성 탐사 로버인 퍼서비어런스 Perseverance 에 사용된 기술을 활용하면금성 풍선 탐사선을 띄울 수 있을지도 모릅니다.

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퍼서비어런스 로버에 탑재된 산소 생성 장치인 Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)를 개발한 MIT의 마이클 헥트 (Michael Hecht) 교수는 금성 풍선 탐사선 프로젝트인 Exploring Venus with Electrolysis (EVE)를 이끌고 있습니다. 이 프로젝트는 나사의 NIAC (NASA Institute for Advanced Concepts) 1기 프로젝트로 지정되어 지원을 받고 있습니다.

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금성 표면은 너무 뜨겁고 압력이 높아 탐사선이 장시간 생존하기 어렵습니다. 압력은 어찌한다해도 금성의 고온 환경을 장시간 버틸 수 있는 전자 장비를 만드는 일은 매우 어려울 수밖에 없습니다. 하지만 금성의 구름 위 높은 고도에서는 압력과 기온이 적당하기 때문에 장시간 임무 수행이 가능합니다. 따라서 다양한 풍선 및 비행선, 항공기 프로젝트가 제안되어 왔습니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222898039763

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하지만 그렇다고 해서 금성 대기에 장시간 풍선을 띄우는 일이 간단한 건 아닙니다. 풍선은 시간이 지나면서 공기가 빠지게 마련입니다. 또 금성의 긴 밤이 오게되면 내부에 있는 가스가 차가워져 고도가 아래로 내려갈 가능성이 높습니다. 마지막으로 금성 구름에 있는 황산 같은 부식성 물질 역시 문제가 될 수 있습니다.

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EVE는 퍼서비어런스 로버의 MOXIE 기술을 응용해 이 문제를 극복하려는 연구입니다. 원리는 간단합니다. 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 나누는 것입니다. 두 기체 모두 이산화탄소보다 가벼운 기체이기 때문에 이산화탄소가 대부분인 금성 대기에서 부력을 지녀 공중에 뜨게 됩니다. 금성의 대기압은 매우 높기 때문에 지구에서 쓰는 고고도 풍선처럼 헬륨을 채우지 않아도 구름 위 높은 고도로 쉽게 뜰 수 있습니다. 다만 두 기체가 만나면 반응해 이산화탄소가 되기 때문에 두 개의 풍선에 나누어 채워 넣어야 합니다.

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이 기술의 장점은 계속해서 빠져나가는 기체를 보충할 수 있을 뿐 아니라 일산화탄소와 산소를 이용해 연료 전지 처럼 발전도 할 수 있다는 것입니다. 따라서 무거운 배터리를 대신해 에너지를 저장할수도 있습니다. 이산화탄소 분리에 필요한 에너지는 태양 전지로 얻을 수 있습니다. 금성은 화성이나 지구보다 훨씬 태양에 가깝기 때문에 구름 위에 떠 있는 탐사선은 쉽게 태양광으로 에너지를 얻을 수 있습니다.

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(인터뷰 영상)

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EVE 프로젝트는 현재 초기 연구 단계이지만, 연구팀은 이 기술이 이산화탄소를 얻을 수 있고 대기를 지닌 다른 천체에서도 활용될 수 있을 것으로 보고 있습니다. 과연 자체 가스 제작으로 오랜 시간 임무를 수행하는 화성 풍선 탐사선이 개발될 수 있을지 결과가 주목됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-01-balloon-mission-explore-venus-indefinitely.html

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