안녕하세요, 아라타입니다.
오늘도 우주이야기입니다. 요즘 우주관련 이벤트가 많이 일어나고 있어요.
얼마전 6월, 우리나라에선 일식(Eclipse)도 있었지요?
그에 더해 현재는 미국과 아랍에미리트, 중국까지 화성(Mars)에 무언가를 보내고 있습니다.
다들 화성 탐사하느라 바쁘기도 한데,
전 인류적으로 보자면 과학기술이 나날이 발전되고 있음을 반증하고 있기도 하네요.
그 중 우리가 가장 기대해 볼만하고,
가장 관심있게 지켜봐야 할 프로젝트 중 하나는,
근 미래에 인간을 화성으로 보내겠다는 미국의
[Artemis Program 아르테미스 프로그램]입니다.
아르테미스 프로그램 공식 로고
이 프로그램은,
2024년까지 인간(최초로 여성우주인 착륙예정)을 다시한 번 달에 착륙시킨다는 목표로 3단계로 나눠져
관련 기술개발에 들어가 목표를 달성시키는 프로그램입니다.
이 프로그램의 궁극적인 목적은,
결국 인간이 화성을 직접 탐험할 수 있게 하기 위함이며,
NASA는 10년간 민간 우주상업회사들과 협력하여 달에 완벽한 전초기지를 만들려고 합니다.
이 아르테미스 프로그램에 관련하여서는 너무나도 얘기가 길어지기 때문에,
나중에 기회가 되면 따로 포스팅을 해볼께요.
그럼 오늘의 이야기 시작.
1. 개 요
음 뭐랄까, 아르테미스..... 이 원대한 목표의 첫번째 시도이자 수행미션이라 할까요.
2020년 7월 31일,
NASA는 화성으로 곧 인간이 가야함을 준비하기 위해 더욱 긴밀하고 꼭 필요힌 정보수집을 위해 탐사선을 하나 보냅니다.
이름하여 [Mars 2020 프로젝트]
화성 지표면 탐사선 Perseverance(퍼서비어런스)호 보내기 대작전.
참고로, Perseverance는 우리나라 뜻으로 '인내심'입니다.
인내심 호.
위에 보이는 월E같은 녀석이, 퍼서비어런스 탐사선.
오늘 이 글은 이 퍼서비어런스 호에 관한 이야기입니다.
이 녀석은, 앞으로 6개월간 날아가서 화성에 도착할 것입니다.
그리고 가능한한 많이 돌아다니며
화성 토질에 관한 샘플을 채취할 것이고,
아주 작인 미생물일지라도 외계생명체의 흔적을 파헤쳐 볼 것이며,
인류가 갈 것에 대비하여 화성 대기에서 산소를 만들수 있는지 시험을 할 수 있는 방법을 찾을 것이며,
안전하게 착륙하는 방법에 대해 개선의 필요성을 찾을것이며,
그리고 최종적으로 인류가 화성에 도착할 때 강력한 우주방사선으로부터 인류를 지켜줄 수 있는
지구의 옷감이 적절한지 혹은 무엇이 더 필요한지를 미리 테스트할 것이며,
또한 인류가 갔을 때 생존에 필요한 자원을 생성할 수 있는 방법이 있는지 둘러볼 것입니다.
이미지와 같이 아주 많은 최고기술의 최신기능이 탑재되어 있는데 좀 더 설명하자면,
(1) 화성 표면에서의 미세한 크기의 원소 구성을 알아볼 수 있는 X선 형광 분광계
(2) 노르웨이에서 제공한 10m 깊이에서 서로 다른 지상밀도, 구조적 층, 암석, 운석, 지하의 얼음, 염수 등등을 탐지할 수 있는
지상 침투 레이저(RIMFAX)
(3) 스페인에서 제공한 온도, 풍속, 압력, 습도, 먼지입자크기 등을 측정하는 센서(MEDA)
(4) 프랑스에서 제공한 광물학 분석 장비세트(SuperCam)
(5) 확대할 수 있는 입체 영상 시스템(MastCam-z)
(6) 착륙과 활동을 위한 녹음식 마이크 2개
(7) 그 외 총 19대의 카메라 등등이 달려 있습니다.
또 하나 중요한 것은, 이 녀석은 화성에 가서 직접 장착한 드릴로 땅을 파서 토양샘플을 약 40개정도 모아,
2031년 다시 지구로 날려보내는 계획도 갖고 있습니다.
이거 보이시나요.. 저기 보이는 티타늄으로 만든 저 길쭉하고 동그란 곳에 토양 샘플을 담아서
무려 2031년에 다시 지구로 날려보낸답니다.
그 때쯤이면 지구에서 보내, 화성궤도를 도는 다른 위성이 있을것이고 그 위성을 이용할 것이라고 합니다.
...
..
.
음, 저 퍼서비어런스 호가 하는일이 꽤나 많군요.
인간의 화성정복을 위해 반드시 필요한 탐사임에는 틀림없을 것입니다.
그리도 이 녀석은 주 프로세서가 고장날 것을 대비한 만약을 위한 133MHz의 프로세서(CPU) 2개,
128MB의 램메모리, 4GB의 저장 플래쉬 메모리를 가지고 있어,
위에 분석한 정보들을 이미지와 함께 잘 간직할 수 있습니다.
2. Perseverance (퍼시비어런스) Rover(탐사선)
퍼시비어런스 호는 외관으로 보자면, 이 전 탐사선인 '큐리오시티 호'를 굉장히 빼닮았습니다.
그 이유는, 큐리오시티 호가 너무나 안정적으로 탐사를 진행하고 있기 때문에
그와 비슷한 외관을 가지지 않아야 할 이유가 없기 때문이지요.
미리 성공적으로 경험한 것을 반복함으로써 리스크를 최소화해나가는 방식입니다.
이 사진은 실제 큐리오시티 호가 직접 화성에서 셀카를 찍은 것입니다.
자신의 로봇팔에 부착된 카메라로 찍은 사진입니다.
이 사진은 이번 새로운 탐사선 퍼서비어런스 호의 일러스트 이미지입니다.
보시는 바와 같이 둘은 굉장히 닮은 외관을 하고 있습니다만,
이번 새로운 탐사선은 모든 영역에서 더 성능이 좋은 관측장비를 탑재하였고,
이동을 위한 바퀴의 설계가 약간 달라지기도 했습니다.
왜냐면, 지금 코리오시티 호의 바퀴 중 하나가 빠져버렸거든요. 그걸 보완한 셈이죠.
그럼 개발단계의 실제 사진들도 좀 봅시다.
화성과 비슷한 환경인진 모르겠으나, 잘 굴러가나 실험도 해보긴 해야죠..
제법 크지요?
이 탐사선의 사이즈는 전장이 3m가 넘고 폭도 2.7m나 되며, 키도 2.2m정도 됩니다.
무게는 무려 1톤정도 나갑니다.
꽤나 무겁고 크기도 크며, 무게는 소형차와 비슷합니다.
네, 이게 실제 모습입니다.
극대화된 효율성만을 고려한 방식이기에, 어떠한 디자인적인 요소도 들어가 있지 않음을 알 수 있습니다.
불필요한 덮개나 외피는 전혀 없으며, 완벽한 작동을 위한 기계적인 설계만이 자리잡고 있는 모습니다.
지구에서 구할 수 있는 최고의 재료와 엄청난 경량화를 위한 소재를 적용하여 만들었지요.
지구와는 비교할 수 없는 굉장한 우주방사선을 견디며 작동하기 위해 어떤 기술이 들어갔는지.. 궁금합니다.
아마, 현존 최고의 테크 중 하나임은 분명할 듯 합니다.
그러나 이번 탐사선은 이 탐사선(로버)만이 화성으로 날아가는게 아닙니다.
이번엔 이 로버와 함께 조그만 헬리콥터도 하나 같이 가져갑니다.
프로펠러가 보이십니까?
이 역시 완벽한 작동을 위한 극효율적인 설계만이 보일 뿐입니다.
헬리콥터 형식의 프로펠러 작동방식의 기체에 카메라를 달았습니다.
이 헬리콥터 모양의 기체는 화성에서 역사상 처음으로 자력으로 띄워지게되는 비행물체입니다.
화성의 라이트형제라고 불리기도 하지요.
이 헬리콥터의 기능은 이전 큐리오시티에서의 단점을 보완하기 위함인데요,
1. 현재 큐리오시티는 화성에서 움직이기 위해 지구에서의 이동명령을 수신받아 움직이는데
2. 너무나 굴곡지며 바위 투성이의 화성 지표면이라서, 지구에서 아주 조심스럽게 조종하고 움직여야지 뒤집히거나 어디끼이지 않기에
3. 지구에서 신호를 보낼 때 큐리오시티가 전방의 사진을 찍어 보내면 그 사진을 받고 분석한 후, 방향을 잡아 신호를 보내서
4. 그 사진에 보이는 곳만을 이동한 후 다시 사진을 찍어 지구로 보내서 과학자가 분석한 후, 방향을 잡고 신호를 보내고..
5. 이런 1차원적인 방식만을 이용하여 무한..반복..하니까 하루 이동할 수 있는 거리가 아주 제한적인 것입니다.
이런 단점을 보완하여,
이번 탐사선은 이 헬리콥터에 카메라를 달아 화성 하늘에 적당히 띄운 후, 사진을 찍습니다.
탐사선 전방의 넓은 지형을 찍은 사진을 전송받아,
지구에서 과학자들이 사진을 보고 큰 바위 피하고 굴곡진 경사로 피해서,
탐사선의 경로를 한번에 입력하여 한번에 더 많이 이동하기 위함이지요.
조금 더 이동하는 것이, 그만큼 더 많은 탐사효율을 나타내는 것이니, 이 얼마나 필요한 일이겠습니까.
그런 이동 방식을 위해, 이 녀석을 데리고 가서 이 일에 부려먹으려 하는 것입니다.
와.. 적으면서도 신기한게, 어떻게 달도 아니고 화성에 있는 이런 쬐끄만 드론같은 녀석을 컨트롤 하는건지..
정말 대단한 기술입니다. 상상도 안가네요.
과학자들은 이 방식으로 인해, 큐리오시티보다 약 3배 가까운 이동을 할 수 있을거라 기대하고 있습니다.
3. 화성에서의 착 륙
자, 날려 보내는 건, 이 제원에 맞는 강력한 로켓을 이용하여 쏘아올리면 되겠지요.
그럼 화성까지 날아간 후 안정적인 착륙은 어떻게 할까요...?
신나게 6개월에 걸쳐 날아간 들, 화성 하늘에서 1톤무게의 돌덩이를 바닥에 쾅! 쳐박히게 두면
과연 이 고도로 정밀한 기기가 작동을 할 리 만무할겁니다.
여기서 알 수 있듯이, 무인탐사선을 외계로 보내는 이런 미션에서 가장 신경써야하며 중요한 것은 착륙 시퀀스입니다.
어떻게 부드럽고 사뿐하게, 극도로 안전함을 유지한 채 착륙을 할 것인가..
이걸 연구하는 비행관련 팀들이 어쩌면 미션에서 가장 중요한 과제를 안고있는게 아닌가 싶어요.
탐사선이 화성 지표면에서 약 125km정도에 접근하면 진입, 하강, 착륙 3단계가 시작됩니다.
약 7분정도의 착륙과정에 미션 성공여부가 달렸다 해도 과언이 아닙니다.
그러기 위해서, 역시 이전 탐사선인 큐리오시티에서 사용했던 스카이 크레인 방식이 다시 적용되었습니다.
이것은 이미지 사진입니다만,
보시는 바와 같이 하늘에서 크레인 역할을 하는 비행체가 역추진 발사체로 충분히 감속을 하고 있는 모습입니다.
화성에 가까이 가서 대기에 진입하는 순간,
1. 지표면을 향해 하강하는 동안 우주선에 부착된 작은 추진체를 통해 착륙지점을 향한 방향을 잡고,
2. 좀 더 내려간 후 거대한 낙하산을 펴서 하강속도를 급감속 시킨 후,
3. 위에 이미지에서 보이는 역추진체를 발사하여 충분한 감속을 하고,
4. 서서히 미리 입력된 착륙지점으로 이 스카이크레인을 이용하여 사뿐히 내려놓는 시퀀스입니다.
이런 방식은 미리 선택한 정확한 착륙지점에 탐사선을 내려놓을 수 있는 굉장히 유용한 기술이기도 합니다.
이게 실물입니다. 위에 이미지와 비교하면 이해가 빠르지요?
여러분, 말로 하니 4줄에 끝나고 그렇지, 이거 시퀀스가 작동되는 순간부터 지구에서 개입할 수 있는 여지는 없습니다.
화성까지의 전파 딜레이로 인해, 즉각 신호를 줘서 명령을 할 수 없기 때문이지요.
이 일련의 과정은 모두 지구에서 입력한대로 행해질 뿐입니다만, 과학자들은 이걸 해냅니다.
탐사선이 무려 1톤에 육박하기 때문에, 거대하고 폭신한 에어백을 이용해 땅으로 굴려버리는 방법을 택할 수 없기에 나온 기술입니다.
정말 대단합니다.
만약 여기서 조금이라도 오차가 발생하여 착륙에 실패한다면, 되돌릴 수 없으며 미션은 실패로 돌아가게 되는 것입니다.
아직 끝난게 아니기 때문에, 우린 약 6개월 후 이 과정을 지켜볼 수 있을 것입니다.
NASA에서 착륙 시퀀스 라이브 방송을 위해 카메라로 비출것이며, 마이크까지 작동시켜 직접적인 화성 소리도 들을 수 있습니다.
다 계획이 있는 사람들....
정확한 착륙지점을 화성탐사위성이 촬영한 사진입니다.
이름하여 제제로 분화구(Jezero Crater).
약 30억년 전 강물이 흐른 흔적이 있는 곳.. 네, 30억년 전..
그런데도 어떠한 미생물의 단서가 있을지도 몰라서 이 곳으로 내리기로 결정했습니다.
예상 활동기간 2년동안 얼마나 돌아다닐 진 모르나, 아마 저 사진 안에서 탐사선의 활동이 종료되는거 아닌가 싶기도 한데요,
과연 이 지점이 현재 NASA의 과학자들이 가장 궁금한 장소로 꼽은 이유가 반드시 나타났으면 좋겠습니다.
참고로, 퍼시비어런스 호는 방사선 동위원소를 사용하여, 약 2년의 활동기간을 예상하고,
장장 최대 10년을 바라보기도 한다고 합니다.
그럼, 착륙할 때 탐사선은 어디에서 나타날까요.
이곳입니다.
탐사선과 스카이크레인을 고이 접어서 열 차폐체 안에 넣습니다.
록히드마틴 스페이스에서 제작한, 화성으로 가는 동안과 대기권 진입 후 로버를 보호하며 마찰열을 견디기 위한 열 차폐체입니다.
이 방향을 아래로 해서 대기권 돌파를 합니다.
엄청난 열을 견디기 위해 특수 제작된 차폐체 속으로 중요한 로버가 들어가 자리합니다.
그리고 어느정도 대기권을 돌파한 후 위에 뚜껑에서 낙하산이 펴지게 되며 차폐체는 어디론가 떨어져 나갑니다.
이렇게 잘 접어서 말이죠.
착륙에 있어 거의 95%의 지분을 담당할, 아주 중요한 역할을 해야하는 스카이크레인입니다.
6개월 후 반드시 지켜보겠습니다..
4. 대망의 발 사
이제 모든 준비가 끝났습니다.
화성이 이 녀석을 기다리고 있는건 아닌지, 애써 서둘러 날려보내려고 합니다.
아니, 보내주려고 합니다.
시간이 없습니다. 2020년 7월이 아니면 안됩니다. 이번 시기를 놓치면 굉장히 어렵습니다.
올 해가 화성과 지구가 둘 다의 태양공전궤도상으로 굉장히 가까이 만날 수 있는 날이기 때문입니다.
지구와 화성이 태양을 기준으로 반대편에 위치한다면,
이 녀석은 약 18개월에 걸쳐 날아가야 할지도 모릅니다.
그러나 화성과 지구는 각각의 궤도와 공전주기에 따라 2년 2개월마다 서로 근접하여 만나게 되는데,
올해 10월 정도에 가장 가까운 거리가 되므로,
어서 출발하여 그나마 가까이 있을 때 화성에 가려고 하는 것이죠.
이런 이유로, 올해 7월에 아랍에미리트도, 중국도 화성으로 뭔가를 쏘아보낸 것입니다.
아니면 거의 2년을 또 기다려야 하거든요..
자, 이제 화성으로 이 녀석을 보내 줄 록히드-마틴社의 아틀라스V 로켓을 조립합니다.
이 아틀라스 V 로켓은 사계에서 가장 값이 싸다는 러시아 엔진(RD-180)을 사용합니다만,
2002년부터 쓰여진 짧지않은 그 동안에 안전성을 입증받은 좋은 로켓입니다.
우리 나로호에도 이 로켓이 쓰입니다.
거대한 로켓 본체를 기둥으로.
사이드에 보조 추진체를 달고.
서로 조립을 합니다.
1단계 2단계 잘 끼워 맞춥니다.
그리고 로켓의 헤드 부분에 핵심 운반물인 퍼시비어런스 호를 탑재.
요만하지만, 화성에 날아갈 수 있답니다~
ULA(United Launch Alliance, 보잉과 록히드마틴의 로켓발사를 전문적으로 하는 합작회사)의 CEO인 왼쪽의 토리 브루노와
오른쪽에 짐 브리덴슈타인 NASA 행정관이 서로 익살스런 포즈로 발사를 지켜보기 위해 모였습니다.
이번 발사는 NASA의 상업용 로켓수송 프로그램에 일환으로,
ULA에 의뢰하여 NASA가 개발한 이번 탐사선을 화성까지 보내게 수주한 것입니다.
즉, 돈주고 ULA의 로켓으로 화성까지 운반을 맡긴 것이죠.
저 로켓의 소유 및 발사 준비와 발사동안의 리스크는 모두 ULA가 책임지는 겁니다.
발사 장소는 케이프커네버럴 공군기지 41번 우주발사기지입니다.
자, 카운트 다운이 시작되었군요.
10..
9...
8...
....
...
3..
2..
1...
!!!!!
발사는 아주 성공적입니다.
멋진 모습으로 우주를 향해 날아갑니다.
역시 의심의 여지없이 믿음직한 아틀라스V 로켓입니다.
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근데, 곧 하나의 문제가 발생합니다...!!
NASA는 발사한지 수 분이 지나서, 성명을 발표하며 긴급히 로켓이 안전모드로 전환하여 날아갈 것이라고 말합니다.
이건 문제가 발생했다는 뜻이며, NASA는 이 로켓과 갑자기 소통이 불가능하게 되어 버립니다.
이유인 즉, 지구의 그림자를 지나갈 때 의도치않게 발사체의 온도가 너무 낮게 되어 잠시 기능적인 문제가 발생되어진 것입니다.
다행히도 그 지점을 벗어난 지금은, 정상적인 상태로 문제없이 유영을 하고 있다고 합니다.
휴.. 얼마나 놀랬을까요..
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자, 이제 이 녀석은 2021년 2월 18일 화성 대기권에 진입합니다.
거의 7개월 이상을 날아가는데, 워낙 빨리 날아가서 우리보다 자체 시간은 아주 조금 천천히 흐를 것입니다.
과연 이 퍼서비어런스 호가 전해줄 새로운 이야기는 어떤 것일까요.
그 때까지 이 녀석 이름답게 '인내심'을 가지고 지켜봐야 할 것입니다.
이제 막 시작입니다.
아르테미스 프로그램으로 우리는 앞으로 10년동안 간간히 우주소식, 우주이벤트를 만나게 될 것입니다.
우주관련은 인류에게 있어 모든게 새로운 역사이며 모든게 더 새로운 창조입니다.
외계인이 쳐들어오면 누가 먼저랄 것 없이, 전 세계가 뭉쳐서 물리쳐야죠.
우주개발도 그러한 목적으로 이뤄졌으면 좋겠으나,
워낙 고급기술이 접목되고 그 자체가 국력(국방력)이 되어버리니까,
현재의 논리로는 그나마 정보를 무료로 한껏 공개하는 미국이 1등에 있어 다행이라 생각됩니다.
이 글은 현재 가장 최신의 우주뉴스입니다.
제가 흥미로 찾아보다가 이렇게 알려드리려고 약 5시간에 걸쳐 작성했습니다. 글 쓰면서 아주 재밌었어요.
읽어주셔서 감사합니다.
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** 혹시 잘못된 정보가 있으면, 답글로 수정 부탁드립니다~
