화성탐사선 큐리오시티

화성탐사선 큐리오시티 우주 탐사의 선두 주자인 NASA가 개발한 화성탐사로봇으로, 화성의 수수께끼를 풀기 위해 설계되었습니다. 이 강력한 탐사 로버는 다양한 시스템과 장비를 보유하고 있습니다. 이 글에서는 큐리오시티 임무와 다양한 구조와 기능에 대해 알아보고자 합니다.

화성탐사로버

화성탐사선 큐리오시티 임무

큐리오시티는 2011년 NASA에 의해 화성을 탐사하기 위해 보내진 고급 로봇입니다. 이 로봇은 화성의 게일 크레이터와 샤프 산을 조사하기 위한 목적으로 설계되었습니다. 2011년에 발사되어 2012년에 화성에 착륙하였습니다.

큐리오시티의 주요 임무는 화성의 기후와 지질을 조사하고, 게일 크레이터 내부에서 미생물이 존재할 수 있는지 여부를 알아보는 것입니다. 또한 물의 화성 존재여부도 중요한 조사 대상이기도 합니다. 이외에도 큐리오시티는 사람들이 화성에 착륙하고 살 수 있는 환경을 연구하는 데에도 기여하고자 합니다.

큐리오시티의 초기 임무 기간은 2년으로 계획되었지만, 그 이후로도 지속적으로 활동하고 있습니다. 2017년에는 착륙 5주년을 기념하기도 하였습니다. 현재까지 큐리오시티는 활발하게 활동하며, 2023년 7월 20일까지 3893일 동안 화성에 머물고 있었습니다.

큐리오시티는 화성에 과학 장비를 탑재한 로버로서, NASA가 화성으로 보낸 로버 중 네 번째 화성에 보내진 로버입니다. 이전에는 1997년 마스 파인더 미션의 Sojourner, 2004년부터 2010년까지 활동한 Spirit와 Opportunity 로버가 화성에서 성공적으로 활동하였습니다.

화성탐사선 큐리오시티의 구조 와 기능

큐리오시티의 크기

큐리오시티는 매우 중요한 과학 장비를 탑재하고 있으며, 이로 인해 전체 질량은 899kg에 이릅니다. 이 중에서 과학 장비의 무게는 80kg입니다.

로버의 크기는 길이 2.9m, 폭 2.7m, 높이 2.2m로, 상당히 큰 구조를 가지고 있습니다. 이 큰 크기와 견고한 설계는 로버가 혹독한 환경에서 탐사하면서도 안전하게 임무를 수행할 수 있도록 합니다.

큐리오시티는 화성 표면에서의 지질학적 조사 및 화학 조성 분석을 위해 설계되었습니다. 그래서 과학 장비는 화석 연구, 지표 평가, 화학 조성 분석 등을 위한 다양한 도구로 이루어져 있습니다. 이 장비는 로버의 주요 기능인 화성 토양과 암석을 분석하고 조사하는 데 필수적입니다.

큐리오시티의 발전시스템

큐리오시티는 라디오이소토프 열전 발전기(RTG)를 사용해서 전기를 생산합니다. 이 발전기는 플루토늄 238라는 물질을 이용해서 열을 전기로 바꿔주어 항상 일정한 전력을 공급할 수 있습니다.

큐리오시티는 매일 약 9 메가줄의 전기 에너지를 생성하여 자유롭게 활동할 수 있습니다. 이는 태양 전지판을 사용하는 이전 로버들보다 훨씬 많은 양입니다. 큐리오시티는 두 개의 재충전 가능한 리튬이온 배터리를 보유하고 있으며, 이 배터리를 충전하여 로버의 최대 전력 요구를 충족합니다.

라디오이소토프 열전 발전기의 열력을 통해 생산된 전기는 큐리오시티의 모든 시스템과 과학 장비에 전원을 제공합니다. 이를 통해 로버는 화성 표면에서 연구 임무를 수행하고 데이터를 수집할 수 있습니다. 큐리오시티의 전력 시스템은 안정적이며, 수명이 최소 14년이기 때문에 장기적인 활동을 지속할 수 있습니다.

큐리오시티의 열제거 시스템

큐리오시티에는 열 제거 시스템이 탑재되어 있습니다. 이 시스템은 로버 내부의 열을 조절하기 위해 다양한 방법을 사용합니다. 내부 구성품에서 열을 방출하는 수동적인 방법, 전략적으로 배치된 전기 히터, 그리고 로버 열 제거 시스템(HRS)을 활용하는 방법 등이 있습니다. HRS는 튜브를 통해 펌핑된 유체를 사용하여 구성품의 온도를 최적으로 유지합니다. 또한 HRS는 필요에 따라 구성품을 냉각하기도 합니다.

큐리오시티의 컴퓨터

큐리오시티는 두 대의 로버 컴퓨팅 요소(RCE)를 가지고 있습니다. 이 컴퓨터는 강한 방사선에 견딜 수 있는 방사선 경화 메모리로 보호됩니다. 또한 로버에는 위치를 파악하는 관성 측정 장치(IMU)도 탑재되어 있습니다. 큐리오시티는 착륙 후 지상 운영 소프트웨어를 설치하여 사용하며, 4개의 프로세서가 각각 특정 기능을 처리합니다.

큐리오시티의 통신

화성을 탐사하는 큐리오시티는 현존하는 다양한 통신 기술을 활용하고 있습니다. 이 탐사 로버는 X밴드 송수신기를 통해 지구와의 직접 통신이 가능하며, 더불어 초고주파(UHF)와 같은 다른 방법을 사용하여 화성 궤도와의 통신을 이중화하고 있습니다.

큐리오시티는 UHF 대역의 무선기를 탑재하여 궤도상의 중계위성을 활용하여 지구로 신호를 전송할 수 있습니다. 이로써 직접적인 지구와의 통신 속도는 최대 32kbps로 제한되지만, 대부분의 데이터는 화성 재결합 궤도선과 오디세이 궤도선과 같은 중계 시스템을 통해 전송됩니다. 이 중계 시스템을 통해 데이터 전송 속도는 상당히 빠르게 이루어지지만, 통신 가능한 시간은 하루에 약 8분에 불과합니다.

큐리오시티는 국제적으로 합의된 우주 데이터 통신 프로토콜을 사용하여 통신을 수행합니다. 이 프로토콜은 우주 데이터 시스템 자문위원회에서 정의되었으며, 효율적이고 안정적인 통신을 보장합니다.

큐리오시티의 이동 시스템

큐리오시티는 직경 50cm(20인치)의 바퀴 6개로 구성된 로커 보그 서스펜션 시스템을 장착하고 있습니다. 이 시스템은 화성 탐사 로버(MER)에 사용된 것과 유사하며, 각 바퀴는 클리트를 가지고 독립적으로 작동합니다. 이를 통해 큐리오시티는 부드러운 모래나 바위와 같은 다양한 지형에서 움직일 수 있습니다. 앞바퀴와 뒷바퀴는 독립적으로 조향이 가능하여 차량이 선회하거나 호를 그리며 회전할 수 있습니다. 또한, 각 바퀴는 견인력을 유지하고 모래 표면에 특정 패턴을 남길 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

큐리오시티는 최대 12.5°의 경사를 오를 수 있으며, 무게 중심을 기준으로 50° 이상의 경사를 견딜 수 있습니다. 다만, 자동 센서의 제한으로 인해 30° 이상의 경사는 제한됩니다. 자동 내비게이션을 통해 예상되는 임무 기간 동안 하루에 약 200m의 지형을 횡단할 수 있을 것으로 추정됩니다. 예상되는 임무 동안 약 19km의 거리를 이동할 것으로 예상됩니다.

큐리오시티의 착륙시스템

화성에 안전하게 착륙하기 위해 큐리오시티는 스카이 크레인 시스템을 사용하였습니다. 착륙 단계에서는 로버가 비행 형태에서 착륙 준비 형태로 변형되며, 탐사선은 밧줄로 하강 스테이지 아래로 내려와 화성 표면에 안정적으로 착지합니다. 로버는 착륙 후에 단단한 지면에 안착했는지 확인하고, 브라이들 케이블 커터를 작동시켜 스스로를 해방시킵니다. 이후 하강 스테이지는 불시착을 피하기 위해 떨어지며, 로버는 임무의 과학적 부분을 시작할 준비를 합니다. 이 화려하고 위험천만한 착륙 과정은 NASA에서 공포의 7분이라고 부르고 있습니다.

큐리오시티의 위험회피 카메라

큐리오시티는 전방에 2쌍, 후방에 2쌍으로 총 4쌍의 흑백 내비게이션 카메라인 해즈캠을 탑재하고 있습니다. 각 카메라 세트는 이중화를 위해 메인 컴퓨터 중 하나에 연결되어 있으며, 주로 4개의 카메라가 활용됩니다. 해즈캠은 가시광선을 사용하여 입체적인 3차원 이미지를 촬영하며, 넓은 시야각 120°를 가지고 있어 로버의 전방에서 최대 3m까지 지형을 자세하게 맵핑합니다. 이러한 이미지는 로버가 예기치 않은 장애물과 충돌하지 않도록 보호하고, 로버가 안전한 경로를 선택할 수 있도록 소프트웨어와 연계됩니다.

큐리오시티의 해즈캠은 마치 로버의 눈과 같은 역할을 수행합니다. 이 고해상도 흑백 카메라들은 화성 표면의 세부 사항을 섬세하게 담아내며, 로버의 탐험을 위해 필수적인 역할을 합니다. 해즈캠은 로버가 안전하게 화성 지형을 스캔하고 예기치 않은 장애물을 피할 수 있도록 돕습니다.

큐리오시티의 로봇팔

큐리오시티는 2.1m길이의 로봇 팔을 보유하고 있으며, 이 팔은 5개의 장치를 달 수 있는 십자형 터렛을 회전시킬 수 있는 350°의 선회 범위를 갖추고 있습니다.

큐리오시티의 로봇 팔은 다양한 장비로 구성되어 있으며, 그 중 2개는 X선 분광계와 화성 핸드렌즈 이미저(MAHLI 카메라)입니다. 나머지 3개는 시료 채취 및 시료 준비 기능과 관련된 기구로, 타악기 드릴, 브러시, 시료를 처리하는 분말 메커니즘입니다. 로봇 팔과 터렛 시스템은 목표물에 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 암석 내부에서 분말 형태의 샘플을 채취하여 로버 내부의 분석기로 전송할 수도 있습니다.

드릴의 타격 메커니즘 문제로 인해 가끔씩 전기 충격이 발생하고, 드릴 내부의 모터 오작동으로 로버의 움직임이 방해되기도 했습니다. 이 문제는 이송 브레이크와 내부 파편과 관련이 있었으며, 드릴 작업은 일시적으로 중단되었습니다. 그러나 2018년에 시추 작업이 재개되었으며, 큐리오시티 팀은 드릴 메커니즘의 진단과 테스트를 지속적으로 수행하였습니다.

마무리

큐리오시티의 다재다능한 기능들은 화성 탐사를 위한 핵심적인 도구로 작용하며, 화성의 흥미로운 특징을 밝혀내기 위해 계속 노력하고 있습니다. 이 고급 기술과 기능들은 큐리오시티의 탐사 임무에 엄청난 가치를 더하며, 화성의 수수께끼를 풀기 위한 열정과 혁신을 지속적으로 보여주고 있습니다.