MEDLI2 센서, 퍼서비어런스 화성 착륙 중 중요 데이터 포착

"탱고 델타. 착륙 확인. 퍼서비어런스 화성 표면 안전 착륙, 과거 생명체 흔적 탐사 시작 준비 완료." 화성 진입, 하강, 착륙 계측기 2(MEDLI2) 팀은 6년 넘게 이 말을 기다렸습니다.

NASA의 퍼서비어런스 로버가 2021년 2월 18일 성공적으로 착륙하며 화성 로봇 탐사를 시작했습니다. MEDLI2는 로버의 보호용 에어로쉘에 탑재된 핵심 기술 중 하나로, 우주선의 진입, 하강, 착륙(EDL)을 기록하는 데 도움을 주었습니다. 모든 MEDLI2 데이터는 성공적인 착륙 후 지구로 전송하기 위해 퍼서비어런스에 저장되었습니다.

MEDLI2의 역할과 구성

MEDLI2의 임무는 퍼서비어런스의 행성 대기권 진입 중 가혹한 환경에 대한 중요 데이터를 수집하는 것이었습니다. 극한의 열과 압력을 측정하는 세 가지 유형의 센서(열전대, 열유속 센서, 압력 트랜스듀서)와 낙하산 전개 중 경험한 열적 및 압력 하중을 기록하는 전자장치 및 하드웨어가 포함되었습니다.

MEDLI2는 측정값을 사용해 열 보호막과 후방 쉘에서 발생한 가열 및 대기력을 결정했습니다. 이 두 구성 요소는 에어로쉘을 구성하며, 화성 순항 및 EDL 동안 퍼서비어런스 로버를 수용하고 보호했습니다.

착륙 전후 운영

MEDLI2는 '공포의 7분'으로 불리는 화성 최종 7분 하강 5시간 전에 전원이 켜졌습니다. 이는 MEDLI2 전자장치가 온도를 안정화하고 진입 전 초기 조건을 측정할 시간을 주었습니다. 팀이 MEDLI2 성공적 활성화 표시를 받은 후, 진입 전 5시간 순항 단계 동안 들어오는 데이터를 계속 모니터링했습니다.

대다수 MEDLI2 센서와 주 전자장치는 화성 2020 열 보호막에 장착되었습니다. 초음속 낙하산 전개 약 10초 후 MEDLI2는 임무 완수로 마지막으로 전원이 꺼졌습니다. 열 보호막이 분리되어 퍼서비어런스 로버가 진입체에서 추출되어야 하므로, 분리를 앞두고 몇 초 전에 MEDLI2를 꺼서 전기적 문제를 방지해야 했습니다. 열 보호막과 후방 쉘을 연결하는 하네스는 파이로 커터 발사로 절단되었고 열 보호막이 떨어져 나갔습니다.

데이터 전송 및 분석

퍼서비어런스는 EDL 중 '중요 이벤트 데이터'를 실시간으로 반환했습니다. 여기에는 MEDLI2 데이터의 일부가 포함되어 진입이 진행되는 동안 진입체가 겪는 상황을 관찰할 수 있게 했습니다. 퍼서비어런스 성공적 착륙 3일 후 나머지 MEDLI2 데이터가 지구로 전송되었고, 프로젝트의 다음 단계인 데이터 분석 및 성능 재구성이 시작되었습니다.

"반환된 데이터는 매혹적입니다. 화성 하늘을 날아가는 에어로쉘에 무슨 일이 일어나는지 조감도처럼 볼 수 있습니다. MEDLI2 센서 신호가 너무 선명해 흥미로운 현상과 중요한 이벤트를 즉시 식별할 수 있었습니다."라고 NASA 에임스 연구센터의 MEDLI2 수석 연구원 토드 화이트(Todd White)는 말했습니다.

주요 측정 결과

MEDLI2 데이터는 화성 2020 진입체가 날아간 대기의 특성을 결정하는 데 사용될 측정값도 제공합니다. MEDLI2는 퍼서비어런스 진입 시 얼마나 많은 여유가 있었는지 이해하는 데 필수적인 EDL 관측 데이터를 제공하며, 미래 임무를 위한 예측 모델과 도구 개선에 사용될 데이터도 제공합니다.

완전한 진입 단계 동안 기록된 열 보호막 단열 온도는 진입 예측과 일치했습니다. 진입 중 열 보호막에서 측정된 최고 온도는 1830°F(1000°C)였으며, 이는 열 보호막 외부 최고 온도가 약 2550°F(1400°C)임을 추정하게 합니다.

MEDLI2는 내장 열전대를 사용해 열 보호막 보호 단열재가 얼마나 타버리거나 소모되었는지 확인했습니다. 모든 열전대가 진입 가열 펄스를 견뎌내 열 보호막 소모가 매우 낮았음을 나타냈습니다. 이 관측은 열 보호막에 필요한 단열재 양을 재평가해 전체 진입체 질량을 잠재적으로 줄이는 데 사용될 수 있습니다.

표면 압력도 같은 단계에서 측정되었으며 열 보호막의 최고 표면 압력이 팀의 진입 예측과 일치했습니다. MEDLI2는 다양한 비행 체제를 정확하게 포착하기 위해 다른 센서를 사용했습니다. 하나의 센서가 최대 표면 압력의 전체 범위를 커버했습니다. 나머지 6개 열 보호막 압력 측정은 초음속 비행 체제(화성에서 음속의 약 5배부터 초음속 낙하산 전개까지) 조건을 더 정확하게 포착할 수 있는 범위를 가졌습니다. 이 센서들과 탑재 관성 측정값이 결합되어 대기 밀도 변화와 바람의 영향이 더 두드러졌을 때 진입체가 어떻게 수행되었는지에 대한 추가 통찰을 제공했습니다. MEDLI2 압력 데이터는 미래 EDL 임무를 위한 모델링 접근법 개선에 사용될 것입니다.

MEDLI2에는 화성 2020 진입체 후방 쉘의 센서도 포함되어 있었는데, 이 영역은 지금까지 제한된 관측만 있었습니다. 표면 압력, 단열 온도, 직접 표면 가열 측정이 후방 쉘 센서 세트를 구성했습니다. 진입체 후방의 표면 압력 지식은 착륙 발자국 크기 축소에 기여합니다. 후방 쉘 단열 온도 데이터는 초기 예측 범위 내에 있어 모델링 불확실성을 줄이는 데 사용될 수 있습니다. 열 보호막 단열재와 마찬가지로 후방 쉘 단열 온도 성능을 이해하면 후방 쉘 단열 질량 감축으로 이어질 수 있습니다. 후방 쉘 직접 표면 가열 측정도 예측 모델의 불확실성 감소에 기여합니다.

MEDLI2 데이터에는 다양한 '하우스키핑' 측정값도 포함되었습니다. 여기에는 중요 과학 센서의 보상 온도 측정 다수가 포함되었습니다. 이 하우스키핑 데이터 다수는 화성 2020 팀의 자체 EDL 재구성 노력에도 큰 관심사입니다. 하우스키핑 측정의 일부에는 MEDLI2 지원 전자장치 내부 센서(전압, 내부 온도, MEDLI2 하트비트/클록 등)가 포함되었습니다.

MEDLI2 팀은 향후 6개월간 데이터를 계속 분석하며 NASA의 화성 대기 이해, 진입 극한 조건, 화성 2020 에어로쉘이 로버를 얼마나 잘 보호했는지에 대한 이해를 정교화할 것입니다. 이러한 교훈은 다음 화성 임무뿐만 아니라 타이탄 행성 향한 임무에도 즉시 유용할 것입니다.