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- 화성 대기 얇아 착륙속도 줄이는 것 어려워, 시속 1만9500km에서 4분 후 1500km로
- 헬리콥터 Ingenuity 화성 풍경 탐험
- 임무 중에는 우주 비행사용 산소 제조와 로켓 연료 사용 시스템 테스트 포함돼

화성에 있는 탐사선 퍼서비어런스 기동 프로세스와 임무(1)
미래를 위한 기술과 오래된 생명체 탐색

NASA 탐사선 "퍼서비어런스 Perseverance(인내)"가 2021년 2월 18일에 이웃 행성 화성에 착륙해 일련의 선구적인 행동을 준비했다. 탐사선은 처음으로 귀환 임무를 위해 암석 샘플을 수집하고 저장한다. 그는 최초의 화성 헬리콥터를 화성에 가져갔고 미래의 화성 우주 비행사가 현장에서 산소를 얻을 수 있는 시스템을 테스트하고 있다. 

▲ 스카이 크레인이 탐사선을 화성 표면으로 조심스럽게 내리고 있다. © NASA / JPL-Caltech

화성에 한때 생명체가 있었을까?

붉은 행성은 황량하고 얼음이 많은 사막이 되기 전에 지구만큼 좋은 조건을 제공했다.
이것은 이전 화성 임무에서 입증되었다. 그러나 생명의 흔적을 찾지 못했다.
이제 Rover Perseverance는 한때 특히 활기찬 지역이었던 곳에서 다시 한번 자세히 살펴보고 샘플을 수집해야 한다.

동시에 로버에는 미래를 가리키는 몇 가지 기술이 탑재되어 있다.
처음으로 "Ingenuity"를 통해 드론이 얇은 화성 대기로 올라가 위에서 풍경을 탐험할 것이다. "MOXIE"를 통해 미래의 화성 우주 비행사가 호흡을 위해 산소를 얻을 수 있고 현장에서 로켓 연료로 사용할 수 있는 시스템도 테스트된다.

▲ 화성에서 기동하는 헬리콥터 Ingenuity / Author: NASA/JPL-Caltech

지옥에서 7분 "화성에 착륙하는 것이 왜 그렇게 어려운가?"

4대의 인공 차량이 이미 이웃 행성의 표면을 휘감고 있다.
이제 다섯 번째 차량 NASA Perseverance 로버가 추가됐다. 현재까지 화성에 착륙하는 가장 크고 무거운 차량이다.

모든 것의 시작은 1997년 개 크기의 로버 소저너였다.
2004년 듀오 Spirit and Opportunity가 뒤를 이었다. 오퍼튜니티는 거의 15년 동안 바위가 많은 화성의 풍경을 따라 굴러가며 한 번 이상의 마라톤도 했다. 그러나 여전히 활성화된 유일한 것은 2012년에 착륙한 Rover Curiosity이다.
이 "굴러가는 화학 실험실"의 측정 데이터는 오늘날까지도 놀라움을 자아낸다.

▲ 무엇보다도 Curiosity는 "ChemCam"레이저의 도움으로 주변의 암석을 분석한다.

성공 보장 없음

4개의 탐사선과 여러 개의 고정된 착륙 탐사선 후에 화성이 착륙하는 것이 거의 일상적인 것처럼 보이지만 그렇지 않다. 이것은 2016년 첫 번째 유럽-러시아 상륙 임무의 실패가 마지막으로 입증했다. ESA Schiaparelli 착륙선은 관성 센서의 잘못된 데이터로 인해 3km 높이에서 추락했다. 온 보드(On board) 컴퓨터가 오류를 범해 이미 지상에 있다고 믿게 했기 때문이다.

화성 착륙에 대한 도전의 어려운 점은 매우 얇은 화성의 대기다.
이들의 밀도는 마찰 저항만으로는 우주 탐사선을 느리게 하기에 충분하지 않다.
Rover Perseverance와 같은 무거운 차량을 안전하고 매끄럽게 지표면으로 가져오려면 복잡한 일련의 제동 보조 장치가 필요하다.

착륙 기동 프로세스

퍼서비어런스의 착륙 기동은 한국 시각 2월 19일 오전 5시 38분경에 시작됐다.
열 차폐 장치, 하강 유닛 및 탐사선으로 구성된 착륙선은 시간당 거의 1만9500km의 속도로 화성의 대기에 진입하며 처음에는 마찰에 의해 속도가 느려진다. 보호막은 섭씨 약 1,300도까지 가열된다. 약 4분 후 앙상블은 겨우 시속 약 1,500km에 도달해야 한다.

20m의 초음속 낙하산이 이제 수면에서 약 11km 위로 펼쳐진다.
얼마 지나지 않아 방열판이 튀어 날아간다. 이를 통해 레이더 센서와 프로브 카메라가 표면을 볼 수 있으며 자동 조종 장치가 착륙 지점으로 향할 수 있다.
지상 약 2.1km, 시속 약 300km의 속도로 선체가 낙하산으로 날아가고 하강 유닛의 엔진이 점화된다. 그들은 앙상블이 표면에서 약 20미터 위로 올라갈 때까지 속도를 늦춘다.

"스카이 크레인"을 표면에

뿌려진 먼지가 로버의 민감한 장비를 손상시키지 않도록 로버는 마지막 몇 미터는 혼자 비행해야 한다. NASA는 이를 위해 "스카이 크레인"을 사용한다. 노즐로 매달린 하강 장치는 여러 케이블의 로버를 조심스럽게 표면으로 내린다. 퍼서비어런스 센서가 지면에 닿자마자 아마도 우리 시간 오전 05시 45분경에 로프가 절단되고 "스카이 크레인"이 100미터 더 멀리 날아간다.
그곳에서 그는 로버로부터 안전한 거리로 내려간다.

이 과정은 너무 복잡해서 NASA 팀은 착륙 전 마지막 몇 분을 "지옥에서 7분"이라고 했다.
이 시간 동안에는 아무것도 할 수 없고 탐사선과의 통신 링크도 없기 때문이다.
적어도 목격자는 궤도에서 착륙을 추적 할 수 있다. 화성 정찰 궤도선(MRO)은 중계소 역할을 하며 착륙 장치에서 지구로 원격 측정 데이터를 전달한다. 무선 신호는 화성에서 지구까지 11분 정도 걸리기 때문에 NASA 지상국은 오전 05시 55분경까지 착륙 보고서를 수신할 수 없다.

마이크 켜짐 : 화성 착륙 소리는?

이번에는 지상팀과 일반인도 착륙 시 일어나는 일을 음향적으로 경험할 수 있다.
처음으로 Perseverance는 착륙 중 모든 소음을 녹음하는 마이크를 탑재했다.
그와 함께 기폭 장치가 열 보호막과 낙하산을 펼치는 방법, 화성의 바람이 차량을 지나가는 방법, 브레이크 노즐이 작동하는 방법을 처음으로 들을 수 있다.
실제로 탐사선 착지 후 우리는 처음으로 화성의 소리를 들을 수 있었다.

▲ 화성 착륙의 총 지휘를 맡은 Dr. Swati Mohan

2월 18일 오전 6시경 화성 표면에 퍼서비어런스가 나타났다.
착륙 후 불과 몇 시간 만에 탐사선은 화성 표면의 첫 이미지를 보냈다.
다음 30일 동안 모든 카메라가 활성화되고 로버와 그 주변의 고해상도 녹화가 ​​가능하다.
이 30일 테스트 기간 모든 과학 기기와 로봇 팔도 점검되고 로버는 첫 번째 짧은 주행 테스트를 완료하게 된다. 그래야만 실제 임무 단계가 시작되고 작업을 시작할 수 있다.
(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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