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화성탐사는 3각관계서 시작됐다


연일 지구로부터 1억7000만km 떨어진 붉은 행성에서 놀라운 소식이 전해지고 있다. 화성에 착륙한 미국 항공우주국(NASA)의 탐사로봇 ‘스피릿’이 화제의 주인공. 스피릿이 목표지점에 정확하게 착륙할 수 있었던 비결은 무엇이고 앞으로 이동탐사는 어떻게 진행될까.





▽착륙성공의 비결=스피릿은 당초 착륙예정지에서 불과 9.6km밖에 벗어나지 않을 만큼 정확히 착지했는데, 이는 미국 서부 로스앤젤레스에서 친 골프공이 동부 뉴욕에 있는 홀컵에 쏙 빨려 들어간 홀인원에 비유됐다.

스피릿 성공의 숨은 공로자는 NASA의 ‘디프스페이스 네트워크(DSN)’. 이 네트워크는 미 캘리포니아 모하비사막의 골드스타인, 스페인 마드리드, 호주 캔버라 부근에 설치된 안테나들로 구성된다. 세 곳은 지구에서 120도 간격으로 위치해 있어 지구가 자전하더라도 적어도 한 곳의 안테나는 스피릿이 실린 우주선을 볼 수 있었다.









NASA의 항법팀은 DSN으로 우주선과 전파신호를 주고받아 우주선의 위치와 속도를 알아냈다. 지구의 네트워크 안테나가 화성 근처에 있는 우주선의 위치를 측정할 때 안테나 자신의 위치가 5cm 잘못 파악되면 화성 우주선의 위치에는 460m의 오차가 발생할 수 있다. DSN은 우주선이 지구에서 화성까지 곡선경로로 4억8700만km를 여행하는 동안 정해진 궤도에서 벗어나지 않도록 유도했다.

DSN은 가장 어려운 시기인 우주선의 착륙과정에도 공헌했다. 착륙과정은 대기 진입, 하강, 착륙으로 크게 나뉘지만 각 단계에서 세부사항이 제대로 진행되는지 확인할 필요가 있었다. 우주선은 낙하산을 펼칠 때나 에어백을 부풀릴 때 서로 다른 신호를 지구로 보냈다. NASA 공학자들은 DSN으로 128종의 신호를 수신해 스피릿의 착륙과정을 모니터할 수 있었다.










▽이동탐사는 어떻게?=스피릿은 곧 자체 점검과 경로 파악을 마치고 화성 구세브 크레이터(충돌구) 안을 이동하며 앞으로 3개월간 물과 생명체의 흔적을 탐사할 예정이다.

스피릿은 1997년 화성 표면을 돌아다녔던 기술시험용 이동차량 소저너에 비해 기동력과 능력이 뛰어나 ‘로봇 지질학자’라 불린다. 하루에 최대 100m까지 이동할 수 있고, 암석이나 토양을 채취한 후 성분을 분석하고 형성조건을 알아낼 수 있다.

스피릿은 이동탐사시에도 지구의 DSN을 통해 지시를 받고 각종 자료를 전송하게 된다. 빛의 속도로 움직이는 전파를 이용해도 지구에서 화성까지는 9분 이상 걸린다. 스피릿을 실시간으로 제어한다는 것은 불가능한 일. 그래서 NASA의 과학자들은 화성의 아침에 대략 1시간 동안 스피릿에게 하루 활동계획을 미리 명령할 계획이다.

하루 탐사의 경로는 정해지지만, 탐사과정에서 만나는 상황에는 스피릿이 스스로 대처해야 한다. 스피릿에 장착된 9대의 카메라 중 2대는 계획대로 움직이는데, 4대는 위험을 피하는 데 사용하고, 128MB의 메모리를 내장한 컴퓨터가 있어 각종 상황에 원활하게 대처할 수 있다. 스피릿은 몸통의 균형을 잡고 표면의 경사를 추정하며 자신의 상태를 점검할 수 있는 로봇이다.





▽입체영상 전송=스피릿은 단순 흑백 사진, 파노라마 사진, 입체 사진, 고해상도 컬러 사진을 지구로 보내오고 있다. 이 가운데 빨간색과 파란색이 중첩돼 있는 입체 사진이 특이하다.

입체 사진은 사람 눈처럼 왼쪽과 오른쪽에 위치한 2대의 카메라로 찍은 각각의 사진을 겹친 것이다. 지구로 전송돼 온 입체사진은 NASA의 연구원들이 입체안경을 쓰고보면 화성 현장에 있는 것처럼 입체적으로 볼 수 있다. 이동탐사에 앞서 주변 상황을 자세하게 파악하는 데 중요하다(NASA에서 공개한 다양한 입체 사진은 ‘www.dongaScience.com’에서 만날 수 있다). 연구원들은 입체사진을 통해 스피릿 착륙지점 주변에 있는 지름 10m의 구덩이를 제대로 파악하기도 했다.

스피릿이 보내는 각종 사진 자료는 용량이 방대하다. 어떻게 지구로 전송할까. 스피릿이 지구로 직접 전송하려면 안테나가 작고 전력이 충분치 않기 때문에 최고 초당 1만2000b까지밖에 못 보낸다. 그래서 화성을 돌고 있는 마스 오디세이나 마스 글로벌 서베어어 같은 궤도선에 중계하는 형식으로 방대한 자료를 보낸다. 스피릿이 궤도선에 초당 12만8000b를 전송할 수 있는데 화성 하루 가운데 궤도선과 교신하는 8분 동안 60Mb의 자료를 보낼 수 있다.




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