나사 퍼서비어런스 로버 화성 착륙 성공, 첨단 복합소재 기술 입증

나사(NASA)가 타 천체에 보낸 최대·최첨단 로버 퍼서비어런스(Perseverance) — 수많은 복합소재와 구조물로 지원됨 — 가 203일간 우주를 비행해 2억 9,300만 마일(4억 7,200만 km)을 횡단한 후 2월 18일 화성에 착륙했습니다. 성공적 착륙 확인은 캘리포니아 남부 나사 제트추진연구소(JPL) 미션 컨트롤에서 오후 3시 55분 EST(오후 12시 55분 PST)에 발표되었습니다.

혁신 기술로 무장한 화성 2020 미션은 2020년 7월 30일 플로리다 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 발사되었습니다. 퍼서비어런스 로버 미션은 화성 시료 채취·지구 귀환 노력의 야심찬 첫 걸음입니다.

"이 착륙은 나사, 미국, 전 세계 우주 탐사에 있어 중대한 순간입니다 — 우리가 발견의 문턱에 있고, 교과서를 다시 쓸 준비를 하고 있음을 알 때니까요." 스티브 저치크(Steve Jurczyk) 나사 국장 대행이 말합니다. "화성 2020 퍼서비어런스 미션은 가장 어려운 상황에서도 끈질기게 버티는 우리 국가의 정신을 구현하며, 과학과 탐사를 영감 주고 발전시킵니다. 이 미션 자체가 미래를 향한 인간의 이상인 인내를 구현하며 2030년대 화성 유인 탐사 준비에 도움이 될 것입니다."

자동차 크기인 2,263파운드(1,026kg) 로봇 지질학자이자 천체생물학자인 퍼서비어런스는 수주간 테스트를 거쳐 예제로 크레이터(Jezero Crater) 2년간 과학 탐사를 시작합니다. 로버가 예제로의 고대 호수 바닥과 강 삼각주 암석·퇴적물을 조사해 지역 지질과 과거 기후를 규명하겠지만, 미션 근본 부분은 천체생물학, 즉 고대 미생물 생명 흔적 탐색입니다. 이를 위해 나사와 ESA(유럽우주국)가 계획 중인 화성 시료 귀환 캠페인으로 퍼서비어런스가 채취한 시료를 지구 과학자들이 화성으로 보낼 수 없는 너무 크고 복잡한 장비로 분석해 과거 생명 확실한 징후를 찾을 수 있게 됩니다.

"이런 흥미진진한 사건들로 철저히 문서화된 다른 행성 위치에서 채취된 최초의 원시 시료가 지구 귀환에 한 걸음 더 다가섰습니다." 나사 과학 부국장 토마스 주르부헨(Thomas Zurbuchen)이 말합니다. "퍼서비어런스가 화성 암석과 레골리스 귀환의 첫 걸음입니다. 이 원시 시료들이 뭘 말해줄진 모릅니다. 하지만 생명체가 한때 지구 밖에도 존재했을 수 있다는 기념비적 사실을 알려줄 수 있습니다."

약 28마일(45km) 폭의 예제로 크레이터는 화성 적도 바로 북쪽 거대 충돌 분지 이디시 플라니티아(Isidis Planitia) 서쪽 가장자리에 위치합니다. 과학자들은 35억 년 전 이 크레이터에 자체 강 삼각주가 있고 물이 차 있었음을 확인했습니다.

유인 미션 위한 길 닦기

2020년 7월 발사 전 나사 팀은 퍼서비어런스에 화성 표면에서의 성공을 보장할 첨단 구조물, 장비, 시스템을 탑재했습니다.

퍼서비어런스의 예제로 크레이터 탐사 중 전력과 열을 공급하는 전원 시스템은 다중 임무 방사성동위원소 열전발전기(MMRTG)입니다. 미국 에너지부(DOE)가 민간 우주 응용 전력 시스템 개발 지속 파트너십으로 나사에 제공했습니다.

화성 사상 최다 7개 주 과학 장비와 카메라, 복잡한 시료 캐싱 시스템 — 우주로 보낸 최초 유형 — 을 탑재한 퍼서비어런스는 예제로 지역에서 화석화된 고대 미시적 화성 생명체 흔적을 탐색하며 시료를 채취합니다.

"퍼서비어런스는 역대 가장 정교한 로봇 지질학자지만, 미시적 생명체가 한때 존재했음을 검증하는 건 막중한 증명 책임이 따릅니다." 나사 행성과학부장 로리 글레이즈(Lori Glaze)가 말합니다. "탑재된 훌륭한 장비들로 많은 걸 배우겠지만, 우리 시료들이 화성이 한때 생명을 품었음을 보여주는 증거를 담고 있는지 판별하려면 지구의 훨씬 더 강력한 실험실과 장비가 필요할 수 있습니다."

복합 구조물도 로버의 성공적 착륙에 큰 역할을 했으며, 향후 사업에도 계속 그러할 것입니다. 화성 강하 중 전개된 착륙 낙하산 — 착륙의 필수 요소이자 로버 무게 지지 — 에는 테이진 아라미드(Teijin Aramid, 네덜란드 아른험) 고성능 파라-아라미드 섬유가 낙하산 현수줄과 라이저에 적용되었습니다.

또한 화성 진입 시 강한 열로부터 퍼서비어런스를 방어한 에어로셸 진입체는 록히드 마틴(Lockheed Martin, 미국 콜로라도주 리틀턴)이 제작했으며, 토레이 어드밴스드 컴포지츠(Toray Advanced Composites, 미국 캘리포니아주 모건힐)의 탄소섬유/시아네이트 에스테르 프레프레그를 구조 지지로 사용했습니다.

토레이 프레프레그 소재는 로버 착륙 데크 구조 부분에도 적용되었습니다.

"화성 착륙은 언제나 엄청나게 어려운 과제이며 과거 성공을 계속 이어가게 돼 자랑스럽습니다." JPL 국장 마이클 왓킨스(Michael Watkins)가 말합니다. "하지만 퍼서비어런스가 그 성공을 발전시키는 동시에 표면 미션에서 독자적 길로 새로운 도전을 개척하고 있습니다. 우리는 로버를 단순히 착륙시키는 게 아니라 지구 귀환용 최적 과학 시료를 찾고 채취하도록 만들었으며, 엄청나게 복잡한 시료 채취 시스템과 자율성이 그 미션을 가능케 할 뿐 아니라 미래 로봇·유인 미션 무대를 마련합니다."

화성 진입·강하·착륙 계측 2(MEDLI2) 센서 스위트가 진입 중 화성 대기 데이터 수집, 지형 상대 항법 시스템이 최종 강하 중 자율 유도. 두 데이터 모두 미래 유인 미션이 더 안전하게 더 큰 페이로드로 타 세계 착륙하는 데 도움될 전망입니다.

화성 표면에서 퍼서비어런스 과학 장비들이 과학적으로 빛날 기회를 갖습니다. 마스트캠-Z(Mastcam-Z)는 퍼서비어런스 원격 감지 마스트(헤드)에 장착된 줌 가능한 쌍 과학 카메라로 화성 풍경 고해상도 컬러 3D 파노라마 생성. 마스트에도 장착된 슈퍼캠(SuperCam)은 펄스 레이저로 암석·퇴적물 화학 분석, 자체 마이크로폰으로 암석 경도 등 특성 이해 지원.

로버 로봇팔 끝 터렛에 장착된 행성 X-선 암석화학 기구(PIXL)와 라만·발광 유기물·화학물질 스캐닝 거주 가능 환경 기구(SHERLOC)가 협업해 화성 지질 근접 데이터 수집. PIXL은 X-선 빔과 센서군으로 암석 원소 화학 분석. SHERLOC의 자외선 레이저와 분광기, 광각 지형 감시 작전·엔지니어링 센서(WATSON) 이미저로 암석 표면 연구, 특정 광물과 유기 분자 매핑 — 지구 생명체 탄소 기반 구성 요소.

로버 섀시에도 3개 과학 장비 탑재. 화성 지하 탐사 레이더 이미저(RIMFAX)는 화성 표면 최초 지하 관통 레이더로 시간이 지남에 따라 화성 표면 층이 어떻게 형성됐는지 규명. 데이터는 향후 지하 물 얼음 퇴적물 탐사 센서 개발에 도움.

미래 화성 탐사 대비해 화성 산소 현지 자원 활용 실험(MOXIE) 기술 시연이 희박하고 대부분 이산화탄소인 화성 대기에서 산소 제조 시도. 로버 화성 환경 역학 분석기(MEDA)는 마스트와 섀시 센서로 현재 화성 날씨·기후·먼지 핵심 정보 제공.

현재 퍼서비어런스 배에 부착된 소형 인저뉴어티(Ingenuity) 화성 헬리콥터는 탄소섬유와 폼 코어로 제작된 로터 블레이드로 타 행성 최초 동력 제어 비행 시도 기술 시연.

프로젝트 엔지니어들과 과학자들이 이제 퍼서비어런스를 향후 1~2개월간 모든 장비, 서브시스템, 서브루틴 테스트하며 검증합니다. 그 후 헬리콥터를 표면에 배치해 비행 시험 단계 진입. 성공 시 인저뉴어티가 화성 탐사에 공중 차원 추가 — 향후 우주비행사들이 베이스에서 떨어져 정찰이나 배송 수행하는 스카우트 역할 가능.

인저뉴어티 시험 비행 완료 후 로버의 고대 미생물 생명 증거 탐색이 본격 시작됩니다.

"퍼서비어런스는 로버 이상이고, 이를 만들고 여기까지 오게 한 이 놀라운 남녀 집단 이상입니다." 나사 JPL 화성 2020 퍼서비어런스 로버 미션 프로젝트 매니저 존 맥나미(John McNamee)가 말합니다. "이건 우리 미션에 동참한 1,090만 명 이상도 아닙니다. 이 미션은 인간이 인내할 때 무엇을 달성할 수 있는지에 관한 것입니다. 우리는 여기까지 왔습니다. 이제 지켜보세요."

화성 미션 소개

퍼서비어런스 화성 미션 주목표는 천체생물학 연구, 고대 미생물 생명 흔적 탐색. 로버는 행성 지질과 과거 기후 규명, 화성 암석·레골리스 최초 채취·캐싱으로 유인 화성 탐사 길 닦음.

이후 나사 미션들이 ESA와 협력해 화성으로 우주선 보내 캐싱된 시료 수거·지구 귀환해 심층 분석.

화성 2020 퍼서비어런스 미션은 아르테미스(Artemis) 달 미션으로 유인 화성 탐사 준비하는 나사 '달에서 화성으로(Moon to Mars)' 탐사 접근법 일환.

캘리포니아 패서디나 칼텍 산하 JPL이 나사 위해 화성 2020 퍼서비어런스 미션과 인저뉴어티 화성 헬리콥터 기술 시연 관리.