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오는 8월이면 미 항공우주국(NASA)의 최신 화성탐사선 '화성과학실험실(MSL)'이 화성에 도착한다. MSL 미션의 핵심목표는 화성의 생명체 존재 가능성 확인. 이를 위해 MSL에 실린 화성탐사로버 '큐리오시티(Curiosity)'에는 최신 과학기술이 집약된 첨단 탐사장비들이 탑재돼 있다. 687일간 펼쳐질 큐리오시티의 현장실험을 통해 우리는 지구 밖 생명체와 최초로 조우하게 될지도 모른다.
◇마의 7분을 극복하라=지난해 11월 발사된 MSL은 14일 오전1시35분 현재 지구에서 5,783만9,605㎞ 떨어진 곳을 지나고 있다. 화성의 대기권 외곽 도달 예정시한은 오는 8월5일. 이날까지 MSL은 최대 시속 2만1,200㎞의 속도로 2억8,608만9,601㎞를 더 날아가야 하지만 진짜 큰일은 도착한 후 시작된다. 최대 2,100도의 대기마찰열을 견디며 7분간 약 130㎞를 강하, 착륙지점인 게일 크레이터에 큐리오시티를 안착시켜야 하는 것.
사실 인류는 화성 대기권 진입을 시도한 11번의 탐사미션 중 5번을 약칭 'EDL'로 불리는 진입∙강하∙착륙 단계에서 실패했다. 그래서 이 단계를 '공포의 7분'이라 칭한다.
이에 NASA는 이번 MSL의 EDL 기술을 대폭 개선했다. 가장 큰 변화는 기존의 탄도비행 진입 시스템 대신 유도비행 시스템을 적용했다는 점이다. 덕분에 화성의 대기밀도 변화에 대한 대응력과 진입 정확도가 한층 배가됐다.
특히 신개념 로버 착륙장치 '스카이 크레인(Sky Crane)'은 새로운 EDL 기술의 백미다. 지금까지는 로버를 에어백으로 둘러싸서 내동댕이치는 형태였다면 스카이 크레인은 로버를 줄에 매달아 지면으로 내려보낸다. 고도 1.6㎞ 지점에서 강하모듈이 8기의 역추진 로켓을 점화, 낙하속도를 시속 1.7㎞로 낮춘 뒤 지상 20m 상공에 이르러 큐리오시티를 내려뜨리는 방식이다.
◇움직이는 실험실=착륙에 성공했다면 이제는 온전히 큐리오시티의 독무대다. NASA 연구팀이 매일 아침 지시한 스케줄에 맞춰 생명체의 흔적을 찾고, 기후패턴을 기록하고, 대기성분을 분석한다. 또 암석 속에서 아미노산∙메탄 등 유기화합물을 찾는다. 이들은 현재 또는 과거에 생명체의 존재 가능성을 알려주는 지표이기 때문이다.
물론 이 모든 실험은 어떤 외적인 도움 없이 스스로 완벽히 수행한다. 이를 위해 큐리오시티에는 역대 행성탐사 로버 중 가장 많고, 가장 우수한 장비가 장착돼 있다. 움직이는 실험실이라는 평가가 전혀 무색하지 않게 덩치는 소형 SUV만 하며 중량도 스피릿∙오퍼튜니티 등 기존 화성 로버의 5배에 이르는 899㎏이나 된다.
실험장비 중 눈에 띄는 것은 화학카메라 '켐캠(ChemCam)'. 레이저∙망원경∙카메라∙분광사진기로 구성된 켐캠은 암석에 100만W의 적외선 레이저를 발사해 최대 7m 밖의 암석성분을 파악한다. 암석에 피어오른 불꽃을 촬영, 빛 파장을 분광 분석하는 메커니즘이다.
또한 행성 표면의 토양 표본만 채취했던 과거의 로버들과 달리 큐리오시티는 로봇의 팔 끝에 부착된 회전식 충격드릴로 암석을 5㎝가량 뚫어 표본을 채취∙분석한다. 지표면은 태양 방사능에 의해 유기화합물이 분해돼 사라지기 쉽다는 점에서 이 표본의 분석 결과에 초미의 관심이 모아지고 있다.
◇핵 발전 로버=화성이 과거에라도 생명체 거주에 적합했는지의 확인을 위해 큐리오시티에는 2개의 특별한 도구가 달려 있다. 화학∙광물학(CheMin) 시스템과 화성표본분석(SAM) 장비가 그것이다. CheMin은 X선 회절과 형광 현상에 기반해 생물 거주가 가능한 조건에서만 발견되는 광물을, SAM은 질량∙레이저 분광기와 기체크로마토그래피 분석기로 유기화합물을 찾는다.
이외에도 큐리오시티는 1화성년, 즉 687일간 최대 20㎞의 이동능력을 갖추고 있다. 스피릿과 오퍼튜니티가 당초 예정된 3개월의 임무기간에 1.6㎞도 움직이지 못했음을 감안하면 능력의 우위가 한눈에 드러난다.
그런데 이처럼 덩치 크고 에너지 소모량도 많은 큐리오시티의 동력원은 무엇일까. 바로 원자력 전지다. 이 전지는 4.8㎏의 플루토늄 238을 원료로 하루 2,700Wh의 전력을 생산하는데 스피릿에 쓰인 태양전지의 3배에 달하는 발전량이다. 또 별도의 라디에이터가 전지의 폐열을 내장 중앙컴퓨터에 공급, 영하 90도를 넘나드는 야간의 한기를 막아준다.
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