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[월드 사이언스] 화상탐사선 새 착륙방식 에어백→밧줄

[경향신문 2007-03-18 18:12]


사진#01
화성과학실험선 사업에 채용된 기발한 착륙 방식은 ‘스카이크렌인’ 이 핵심장치다. 스카이크레인은 탐사로봇(원)을 밧줄에 매달아 내려놓는 장치다.


자동차 광고를 보면 절벽이나 바위기둥 꼭대기 또는 사막 한복판처럼 전혀 예상치 못한 장소에 자동차가 등장한다. 하지만 미국항공우주국(NASA)에서는 이보다 한술 더 뜨려 하고 있다.


NASA는 2010년 화성에 미니 쿠퍼를, 좀더 정확히 말하면 크기와 무게가 대체로 그와 같은 탐사로봇을 착륙시킬 예정이다. 그런데 착륙 방식이 과거 우주 비행에서는 결코 볼 수 없었던 것이다. 대기권 진입 캡슐이 초음속 비행 날개 역할을 해서 착륙선을 착륙 지점까지 안내한 다음 공중에 멈춰 서서 탐사차량을 긴 밧줄에 매달아 지면에 내려놓는 방식이다.


논란의 여지가 전혀 없다고 말할 수 없는, 그럼에도 이처럼 대담한 방식을 채택할 수밖에 없는 것은 순전히 15억달러짜리 ‘화성과학실험선(Mars Science Laboratory, MSL)’의 크기 때문이다. MSL은 현재 화성 표면을 배회하고 있는 유모차 정도 크기의 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity) 탐사로봇들보다 4배 이상 크다. 심지어 MSL을 담고 있는 4.5ｍ 크기의 캡슐은 아폴로 우주선의 사령선(3.9ｍ)보다 더 크다. 대기권 진입, 하강 및 착륙 순서의 설계담당 팀장인 제트추진연구소 애덤 스텔츠너(Adam Steltzner)는 “대기권 진입용 방열판 중 가장 클 것”이라고 말했다.


스피릿과 오퍼튜니티는 낙하산에 매달려 내려오다가 줄이 끊어지면 거대한 충격 흡수용 애어백을 깔고 지면에 낙하하는 단순한 방식이었다. 이 방식을 MSL에 채용하면 애어백이 너무 무거워져서 다른 짐을 실을 공간이 없다. 착륙용 패드가 지면에 직접 닿는 방식 역시 문제가 있다. 다리가 있는 착륙선은 넘어지기 쉽고, 역추진 로켓을 오랫동안 분사해야 되기 때문에 상당한 크기의 구덩이와 흙먼지 구름이 생긴다. 또 정확한 순간에 엔진이 꺼져야 하는데 이를 위해 접지선으로 작동되는 착륙 감지기가 이용된다(NASA 조사반은 1999년 착륙용 다리가 달린 화성 극지대 착륙선의 파손은 착륙 감지기가 엔진을 너무 일찍 꺼버렸기 때문이었던 것으로 생각하고 있다).


MSL의 착륙 방식은 이런 문제점들을 피할 수 있을 것 같다. 탐사로봇의 모선은 사실상 하나의 커다란 분사 장치이다. 지면에 접근한 모선은 역추진 로켓을 점화시켜서 20ｍ 상공에서 멈춘 다음 7.5ｍ 길이의 케블러 케이블에 탐사로봇을 매달고 사람이 걷는 정도로 느리게 하강한다. 만약 매달린 화물이 그네처럼 흔들리면 모선이 옆으로 움직여서 흔들림을 안정시킨다. 착륙 감지기는 필요 없다. 모선은 위치 유지에 필요한 역추진 로켓 분사량이 줄어들면 화물이 지면에 닿은 것으로 판단한다. 그 순간 화약 폭발로 케이블이 절단되고 모선은 자체 동력으로 수백ｍ 날아가서 지면에 충돌한다.


스카이크레인이라는 이 장치는 화물 헬리콥터 ‘시코르스키’에서 힌트를 얻은 것으로 그 명칭은 이 헬리콥터에 경의를 표하기 위한 것이다. 시코르스키는 대형 비행기와 헬리콥터의 개발과 실용화까지 큰 공적을 남긴 항공기 제작기술자 이름이다.


NASA 화성 프로그램의 수석 엔지니어로 있는 롭 매닝(Rob Manning)은 “이 착륙 방식에 대해 아연실색하는 사람들도 있다”고 인정했다.


스카이크레인은 지금까지 우주 공간에서 시험한 적이 없다. 지구 중력과 대기압이 화성과 너무 다르기 때문에 기술자들은 스카이크레인을 지상에서도 제대로 시험해 볼 수 없다. 사실 스피릿, 오퍼튜니티, 바이킹 및 과거의 다른 탐사선들에 대해서도 완전한 착륙 시험을 실시하지 못했다. 당시에도 성공 여부는 지금처럼 모형 설계 작업을 담당한 기술자들의 솜씨에 달려 있었다.


|사이언스올제(www.scienceollze.com) 제공

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