퍼서비어런스
1. 소개
Perseverance. 뜻은 인내심
큐리어시티 이후로 미국 항공 우주국(NASA)이 화성 탐사를 위해 발사한 로버이다.
한국 시간 2021년 2월 19일 05:55분 화성 지표면에 착륙했다. 제작 및 운용은 캘리포니아 파사데나에 있는 제트추진연구소(Jet Propulsion Lab)에서 이루어진다. 미션 명칭은 Mars 2020 (마스 2020)이다.
미션의 주 목적은 화성 표면의 지질학적 탐사이며 후속 프로젝트를 통해 샘플을 채취하여 지구로 돌아오는 것까지를 포함한다. 이에 화성 표면 중 생명이 존재했을 가능성이 높은 지역인 예제로(Jezero crater)분화구에[6] 착륙한다.
2. 특징
가장 눈에 띄는 특징은 Ingenuity(독창성)이라고 불리우는 자그마한 비행 드론을 하나 장착하고 갔다는 점이다. 드래곤플라이 미션에 앞서 인류 최초로 다른 행성에서 날린 동력 비행체가 될 예정이다.[7] 설계목표상으로는 고도 3 ~ 10m에서 3분 이내로 최대 5회 정도의 비행을 가질 계획이다. 드론은 퍼서비어런스 하부에 부착[8]되어 있으며, 소니의 리튬이온 전지와 퀄컴의 스냅드래곤 프로세서를 장착했다. 운영체제는 리눅스 기반이다. 최대 1000m 거리에 걸쳐 로버인 퍼서비어런스와 250kbit/s의 속도로 통신한다. JPL이 제작한 관성항법장치를 탑재했으며 자이로스코프와 시각적 주행 거리 측정기, 기울기 센서, 고도계 및 위험 감지기와 태양추적 카메라를 사용한다. 화성은 자기장이 안정적이지 않아 항법 나침반 사용이 불가능해, 나침반의 역할을 태양추적 카메라가 맡는다. 드론에 탑재된 카메라를 통해 퍼서비어런스의 이동경로를 사전 정찰할 계획이며, 퍼서비어런스를 조종하는 관제소가 항공촬영물을 가지고 이동경로상의 위험요소와 장애물을 쉽게 분석할 수 있도록 도와 실질적인 로버의 주행거리를 3배 가까이 늘릴 수 있을 것으로 예상된다.[9] 화성의 대기는 지구에 비해 매우 희박하여 일반적인 드론의 로터로는 양력을 발생시키기 어렵다. 따라서 동체를 초경량화하고 로터의 회전수를 높히는 방식으로 설계된다.
큐리오시티와 거의 동일하다 싶은 생김새로 착각하기 쉬운데, 이는 큐리오시티의 엔지니어 팀의 도움을 받아 제작되었기 때문이다. 실제 큐리오시티와 비교하자면, 탐사 도중 약간 파손된 바퀴의 휠을 재설계 하고, 크기가 줄어들었으나 더 두껍게 보강했으며, 새로운 시스템의 추가로 약 17% 정도 무거워졌다. 또한, 과도한 출력이 발생했을 때 잉여 전력을 저장할 수 있도록 2개의 리튬이온 배터리를 추가했다.
예정된 임무 기간은 원자력 전지를 통해 동력을 얻는 약 2년간이며 [10] 원자력 전지의 수명은 약 14년이다.
후속 프로젝트를 통해 퍼서비어런스가 채취한 화성의 토양 샘플을 2031년 지구로 가져올 계획이다. 샘플을 작은 튜브들에 수집해, 로켓 발사 랜더가 화성에 착륙하면 이후 랜더에다 튜브를 옮겨 싣는다. 랜더가 샘플을 담은 로켓을 화성 궤도로 발사히면, 화성 궤도선이 로켓에 실린 화물들을 넘겨받아 이후 지구 방향으로 화물을 발사한다.
3. 구조
3D 구조 설명(영문)
로버의 두 팔에는 주 목적을 위한 분광계가 설치되어있다. 하나는 X선을 분석하는 PIXL이며, 하나는 자외선을 분석하는 셜록(SHERLOC)이다. 둘 다 채취한 샘플의 화학적 조성을 분석하여 아미노산이나 지방산 등의 분자 흔적을 찾아 생명체의 존재 가능성을 연구한다. 셜록에는 왓슨(WATSON)이란 이름의 카메라가 달려있으며 머리카락 굵기 정도인 100 µm의 해상도를 가진다.
로버의 앞쪽에는 5가지 소재를 담은 작은 패널이 있다. 이 패널에는 고어텍스를 만들 때 쓰이는 ortho-fabric 소재, 현재 우주복 장갑 소재로 사용하는 벡트란 (Vectran), 우주복과 더불어 여러 용도로 광범위하게 쓰이는 폴리카보네이트, 마모에 강한 코팅 소재인 테플론과 코팅 테플론의 작은 조각이 있다. 이는 미래에 화성 유인 탐사 위해 우주복 실험을 가진다.#
화성 탐사선 중에선 처음으로 마이크가 내장되었다. 하나의 마이크는 착륙과정 중 발생하는 소음을 녹음하는 마이크고, 다른 마이크는 카메라에 부착돼 암석 굴착 과정 중 발생하는 소리를 녹음 분석해 암석의 경도 등을 알아내며 화성의 소리를 있는 그대로 녹음하는 역할을 맡는다.
큐리오시티와 다른 점은 지면 침투 레이더(ground-penetrating radar)인 RIMFAX (Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment)가 설치된다. 레이더는 공기만 뚫고 지나갈 수 있는 게 아니라 단단한 고체도 투과할 수 있다. 얼음을 투과하는 레이더는 빙하 연구에서 중요한 역할을 담당한다.#
4. 시스템 사양
- 퍼서비어런스
- 인지뉴어티[11]
2020년에 발사된 탐사선이지만, 탑재된 메인 컴퓨터의 속도는 1997년도의 최고 사양 컴퓨터 속도와 비슷하다.
Ingenuity의 메인컴퓨터는 퀄컴 플라이트 보드를 기반으로 설계되었다.
5. 화성 헬리콥터 인지뉴어티
화성에서 최초로 실험되는 비행 실험의 일환이다. 화성은 대기가 있긴 하지만 지구보다 극단적으로 얇기 때문에(지구 평균 대기압: 101.3 킬로 파스칼인 데 반해 화성은 약 600 파스칼이다) 매우 높은 속도의 로터가 필요하며, 이를 위해 최대 분당 2400회 회전할 수 있는 로터를 사용하여 충분한 양력을 확보하였다.
동체 크기는 대략 티슈 박스 하나 정도이며, 퍼시비어런스 호 내부에 실려야 하기 때문에 크기를 최소화했다.
화성에 도착하면 지형 스캔으로 퍼서비어런스의 네비게이션 역할을 하는 동시에 비행 실험을 하게 된다. 비행실험은 인지뉴어티가 퍼시비어런스에서 분리되고 30 화성일(지구로는 31일)정도 진행되며, 퍼시비어런스는 비행 실험 상황을 중계하는 역할을 맡는다. 비행 실험이 끝나고 나면 비로소 퍼시비어런스의 핵심임무인 생명체 흔적 탐사를 시작한다.
6. 착륙
6.1. 착륙과정
한국시간 기준 2021년 2월 19일(금) 오전 5시 55분, 예정된 탐사 목표 지대인 예제로 크레이터 착륙에 성공했다.
6.2. 착륙지
착륙지인 예제로 크레이터는 시르티스 마요르(Syrtis Major) 혹은 영어로는 서티스 메이저 지역 일대로 이시디스 분지의 서북쪽에 있다.
예제로 크레이터 북서쪽 방면은 지형의 모습으로 보아 30억∼40억년 전 강물이 흘러들던 삼각주로 추정된다. 예제로 크레이터가 퍼서비어런스의 착륙지로 선정된 가장 큰 이유가 바로 이 지형.
이제는 더 이상 물이 흐르지 않지만 만약 고대에 이 일대에 생명체가 서식했었다면 유기 분자와 기타 미생물 흔적을 발견할 수 있을 것으로 추정된다.
7. 탐사
[image]
2021년 2월 21일자로 착륙은 문제 없이 완료했으며 본격적인 탐사를 앞두고 인지뉴어티를 충전하고 있다. 한 번 충전이 끝난 뒤에는 퍼서비어런스의 힘을 빌리지 않고 혼자 태양 전지를 통해 동력을 확보할 것이라고 한다.
착륙 후 화성에서 들리는 바람소리를 녹음하여 전송하였다. 로버 자체의 소음이 포함된 버전과 소음을 필터링한 버전이 있다.
8. 기타
- 발사 당시 지구의 그림자 구간을 지나면서 안전모드로 운항한 사건이 있었다. 우주선 선체 일부의 온도가 예상보다 낮았기 때문으로 추정되며 이후 정상적으로 운행했다.#
[1] 이미지 출처 [2] 인내라는 의미다. 미국식 영어로는 '퍼서비어런스,' 영국식 영어로는 '퍼시비어런스'에 가깝다. 보도자료 등에서 두 표기가 혼용되고 있다.[3] 줄여서 Percy라고 불리고 있다.[4] 본래의 명칭은 NSSDC ID이며, 전 세계 인공위성의 일련번호이다.[5] 위성 카탈로그 번호[6] 영어 발음을 따르면 제제로[7] 무동력 비행체의 경우에는 1980년대 소련 베가 탐사선 계획에서 금성 대기에 헬륨 풍선을 띄우는 데 성공한 바 있다.[8] 인지뉴어티를 땅에 떨어트리면, 퍼서비어런스는 다른 곳으로 이동하고, 드론은 비행하는 식.[9] 지구와 화성 사이 거리 때문에 통신에 지연시간이 발생해 화성탐사선의 실시간 조종이 거의 불가능하다. 이 때문에 주변 환경 사진을 로버가 촬영해 지구로 보내면 관제소는 사진을 분석하고 검토해 안전한 진행방향을 택하고 로버에게 다음 이동 명령을 내린다. 로버가 명령을 받고 몇 십 cm ~ 몇 m 이동하면 다시 주변을 촬영하고 무한 반복. 화성탐사선이 극히 안전하면서 보수적인 방식으로 이동하기 때문에 크기가 큰 큐리오시티도 위험을 감수하고 자동 탐색 모드를 사용해도 하루에 최대로 진행할 수 있는 거리가 200m 밖에 되지 않는다. 고해상도 항공촬영 사진이 있으면 관제소의 사전검토를 훨씬 용이하게 만들어준다.[10] 화성 시간으로는 668화성일[11] 퍼서비어런스 본체에 내장된 드론[12] 블루투스 4.2 + 900MHz 대역 2G/5G 통신 WiFi QCA6174A: 802.11a/b/g/n/ac, 2x2 MU-MIMO 기능을 지원하는 2개의 MCU 컨트롤러. Wifi 칩셋은 비활성화되어있다.[13] 지구관제소에서 직접 통신한다.[14] 이미지 출처 [15] 독창성.[16] 화성에서는 1.5파운드[17] 현재는 물이 흐르지 않으므로 엄밀히 말하면 강이 아니라 네레트바 계곡(Neretva Vallis)