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NASA의 차세대 화성탐사 로버 퍼시비어런스(Perseverance)가 2월 18일(한국시간 2월 19일 새벽)에 착륙할 예정입니다. (영상을 올리는 날 기준으로) 착륙 이틀 전! 퍼시비어런스의 착륙과정과 새로운 임무들을 한번 정리해봤습니다. 착륙할 때 관전 포인트들이 꽤 있으니(특히 공포의 6분50초!) 예습^^겸 재밌게 봐주셨으면 좋겠습니다.
참고도서:
화성 탐사 – 붉은 행성의 비밀을 찾아서 (사이언티픽 아메리칸 시리즈)
과학동아 422호
#화성 #퍼서비어런스 #인저뉴어티
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외로운 개척자, 우주탐사 로봇 – 매거진한경
우주탐사에 로봇이 애용되는 이유는 첫째, 인간의 안전문제를 해결할 수 있기 때문이다. 섭씨 영하 270도의 저온이면서 치명적인 방사능이 쏟아지는 극한 …
Source: magazine.hankyung.com
Date Published: 8/4/2021
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달에서 물 찾는 탐사로봇, 어디에 착륙하나? – 사이언스타임즈
화성이나 소행성이 우선이던 미 항공우주국(NASA)의 우주 탐사 방향이 한동안 뜸했던 달에 다시 집중되고 있어 주목을 끌고 있다.
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 3/3/2022
View: 2264
우주 탐험을 위한 로봇 기술 – LG CNS 블로그
지난 11월 26일 미국 항공우주국(NASA)가 쏘아 올린 화성 탐사 로봇 인사이트(InSight:Interior Exploration using Seismic Investigations, …
Source: blog.lgcns.com
Date Published: 7/25/2021
View: 2367
[보고서]우주탐사 로봇의 연구개발
우주탐사에는 인공위성을 쏘아 올리는 로켓과 지구이외의 행성이나 달에 착륙하여 관측하고 시료를 채취하기 위한 우주탐사로봇이 필요하다. 우주탐사로봇은 지구주위 …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 2/27/2022
View: 1329
우주탐사와 로봇
새 화성탐사 로봇을 발사 표본을 채취해 지구로 가져온다는 탐사로봇 계획 … 에서도 예외가 아니어서 행성소행성 탐사와 같은 우주탐사나 국제우주.
Source: www.kari.re.kr
Date Published: 10/12/2021
View: 6975
우주로버의 개발현황과 국내의 관련기술 현황
우주 탐사의 목적 중 하나가 우주가 가지고 있는 무한한 자원의 활용임에 틀림없다 이를 … 항공우주산업. 로봇. 로버. 달 탐사. Aerospace industry(. ), Robot(. ) …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 4/13/2021
View: 7479
우주탐사로봇 – (주)한진과학
제조년월. 수령일로부터 6개월이내 · (주)한진과학 ; 대한민국. KC인증. CB061A057-0001 ; 사용연령. 만 8세 이상. 재질. 종이, EVA 외.
Source: korearocket.co.kr
Date Published: 1/9/2022
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Best 우주 탐사 로봇 Update New
주제에 대한 새로운 업데이트 우주 탐사 로봇. NASA의 차세대 화성탐사 로버 퍼시비어런스(Perseverance)가 2월 18일(한국시간 2월 19일 새벽)에 착륙 …
Source: ko.cityfordbinhtrieu.vn
Date Published: 10/18/2021
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주제와 관련된 이미지 우주 탐사 로봇
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주제에 대한 기사 평가 우주 탐사 로봇
- Author: 북툰
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- Date Published: 2021. 2. 17.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=5k1gR5HtGpU
외로운 개척자, 우주탐사 로봇
[한경비즈니스=진석용 LG경제연구원 책임연구원] 로봇은 본래 인간이 하기에 어렵거나 위험한 일들을 대행하도록 만들어졌다. 가장 어려운 일을 수행하는 로봇의 대표 주자는 탐사 로봇이다.우주를 배경으로 한 영화 ‘인터스텔라’에 등장했듯이 탐사 로봇의 활동 영역은 지구를 넘어 우주에까지 이른다. 2018년 11월 말에는 새로운 로봇들이 화성에 도착할 예정이다.탐사 로봇의 형태는 활동 영역이나 용도에 따라 다양하다. 활동 영역에 따라서는 바퀴나 다리를 이용해 구르거나 걷는 지하용이나 육상용, 선박과 같은 형태의 수상용, 잠수정 타입의 수중용, 비행기나 회전익기와 같은 항공용, 진공이나 무중력 공간에서 작동하는 우주용 등으로 나뉜다.로봇의 구조는 최종적으로 용도에 따라 결정된다. 파이프 등 좁은 공간에서는 뱀처럼 생긴 로봇이 활동하기에 유리하고 울퉁불퉁한 지형에서는 바퀴 대신 다리로 작동하는 거미나 말·유인원 등의 동물과 유사한 구조의 로봇이 적합하다.다양한 탐사 로봇들 중 가장 최전선에서 활동하는 것은 우주탐사 로봇이다. 지구를 벗어나 머나먼 은하계까지 진출하고 있기 때문이다.우주탐사에 로봇이 애용되는 이유는 첫째, 인간의 안전문제를 해결할 수 있기 때문이다. 섭씨 영하 270도의 저온이면서 치명적인 방사능이 쏟아지는 극한의 환경인 우주는 인간이 활동하기에는 최악의 공간이다.하지만 로봇이 대신 간다면 안전사고 발생을 최소화할 수 있다. 둘째, 인간을 보내는 것보다 훨씬 저렴하기 때문이다. 화성 등 머나먼 곳으로 인간을 보내려면 물·식량·의약품·의복 및 각종 생활용품 등 장기간 인간의 생존을 보장할 대량의 물품을 함께 운송해야 한다.그에 따라 우주선의 규모 역시 커져야 한다. 하지만 태양광 발전장치 등 자체 동력원을 내장한 로봇을 보내면 인간이 사용할 많은 물자와 연료 등 우주 왕복에 소요되는 제반 자원과 비용을 크게 줄일 수 있다. 셋째, 로봇은 인간과 달리 기약 없는 탐사 활동에도 투입할 수 있다.태양계를 넘어 머나먼 은하를 탐사하는 것처럼 종료 시점이 정해지지 않은 탐사 활동은 육체적으로나 정신적으로 인간에게 어려운 일이다. 화성 탐사처럼 특정 행성에 거주하면서 진행해야 하는 장기간의 탐사 활동도 마찬가지다.반면 로봇은 종료 시점이 없거나 장기간 진행되는 탐사를 수행할 수 있다. 고장 나거나 손상되지 않는 한 태양광발전 등을 통해 에너지만 확보할 수 있으면 로봇은 반영구적으로 작동하기 때문이다.우주탐사 로봇에서는 특히 제어 방식과 동력원이 더욱 중요해진다. 달처럼 가까운 곳에는 원격조작할 수도 있겠지만 화성과 같은 원거리 탐사에는 원격으로 실시간 제어할 수 없으므로 스스로 장애물을 회피하거나 극복하는 자율주행 기능이 필수적이다. 또 대량의 연료를 보급할 수 없으므로 태양광 전지처럼 현지에서 지속적으로 조달할 수 있는 자원을 활용한 동력원도 필수적이다.큰 범주의 탐사 로봇에 포함되는 인공위성이나 무인 탐사선을 제외하면 역사상 최초로 지구가 아닌 다른 천체에 착륙해 임무 수행에 성공한 탐사 로봇은 구소련의 ‘루노호트1(Lunokhod1)’라고 할 수 있다.루노호트1은 엑스레이·레이저 광학 장비 등을 탑재하고 원격으로 조작되는 길이 2.3m의 로버(Rover)였다.루노호트1은 1970년 11월~1971년 9월까지 약 10개월간 달 표면의 영상 수집과 지질 분석 등의 다양한 조사 활동을 수행했다. 루노호트1의 성공에 고무된 구소련은 1971년 과감하게 무게 4.5kg의 소형 로버 두 대를 화성으로 보냈다.소형 로버 프롭엠(Prop-M)들은 화성 상공에 안전하게 도착했지만 한 대는 착륙 실패로, 한 대는 통신 두절로 임무 수행에 실패한 채 사라졌다. 이후 구소련은 1973년 루노호트2를 이용해 달 탐사에 다시 한 번 성공했다.(사진) 1 오퍼튜니티. 2 필레. 3 인사이트. /나사 제공우주탐사 역사에서 가장 유명한 로봇들은 화성에서 탄생했다. 두 로봇의 정식 명칭은 MER(Mars Exploration Rover)-A, MER-B이지만 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity)란 애칭으로 더 많이 불린다.스피릿과 오퍼튜니티는 높이 1.5m, 길이 2.3m, 무게 185kg에 태양광 축전지를 동력원으로 삼는 차륜형 로버다. 카메라·현미경·적외선 분석 장비 등의 탐사 장비를 갖춘 두 로봇이 화성으로 간 목적은 물과 생명체의 흔적을 찾는 것이었다.화성의 쌍둥이라고 부를 수 있는 이 한 쌍의 로봇이 달성한 위대한 여행은 2004년부터 2018년 중반까지 예상 수명의 수십 배가 넘는 약 14년간 지속됐다.2004년 1월 초 화성에 먼저 도착한 스피릿은 크레이터에 빠진 2009년 5월까지 예상 수명 90솔(Sol : 화성의 하루인 솔은 지구의 24시간 37분 23초)의 20배가 넘는 2208솔 동안 작동했다.스피릿은 작동 기간 동안 메모리 에러와 통신 두절, 수십 번의 재부팅, 바퀴 고장 등 갖가지 악재를 극복하면서 탐사 활동을 한 것으로 유명하다.2001년 1월 말 화성에 도착한 자매 로봇 오퍼튜니티는 산화철·아연·브롬 등 물의 단서가 되는 각종 물질을 발견해 물이 존재한다는 가설을 증명했고 뒤이어 물이 흘렀던 흔적까지 발견하는 성과를 달성했다. 오퍼튜니티는 예상 수명을 훌쩍 넘어선 약 5400일 동안 작동했지만 2018년 6월 대형 모래 폭풍에 휩싸여 태양광 충전량이 부족해지면서 지금은 동면 모드에 들어가 있다.로봇을 관리하는 미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)는 오퍼튜니티를 되살리려는 노력을 계속하고 있고 화성의 먼지가 걷히는 11월에서 1월 사이에 태양광 패널을 덮은 모래 먼지가 가시면 다시 살아날 가능성이 있다고 밝힌 바 있다.화성 쌍둥이에 이어 2012년 8월 셋째 로버형 로봇 큐리오시티(Curiosity)도 화성에 도착해 탐사를 시작했다. 큐리오시티의 탐사 목적은 화성에서의 거주 가능성을 조사하기 위해 생명체의 증거를 탐사하는 것이었다.2018년 11월 현재 새로운 로봇 인사이트(InSight : Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport)가 화성을 향해 가고 있다. 인사이트는 앞서 도착한 로봇들처럼 이동형 로버가 아니라 한 장소에 고정된 로봇이다.인사이트의 임무는 화성 지각의 내부 구조와 3D 이미지를 분석해 화성 내부 지도를 만드는 것이다. 그래서 인사이트에는 화성의 지진 활동, 지표면 아래의 열 흐름 등을 관측하는 고감도 지진계와 열 유동 검사 장비 등과 함께 각종 장비들을 스스로 설치할 수 있는 로봇 팔도 설치돼 있다.2014년 11월에는 태양계의 역사와 생명의 기원을 밝히기 위한 조사 임무를 맡은 유럽의 탐사 로봇이 최초로 혜성 착륙에 성공하는 기록을 남겼다.2004년 우주 탐사선 로제타(Rosetta)에 실려 출발한 크기 1m, 무게 100kg의 정육각형 탐사 로봇 필레(Philae)는 약 11년간 65억km를 날아 혜성 표면 착륙에 성공했다.혜성 사진 촬영과 토양 분석 등 기초 조사를 위해 각종 관측 장치를 갖춘 필레가 지름 4km에 불과한 소형 혜성 67P/추류모프-게라시멘코(67P/Churyumov·Gerasimenko)에 착륙하는 모습이 유럽우주국(ESA)을 통해 전 세계에 생중계되면서 우주탐사의 새 장을 열었다.필레는 혜성 표면의 파노라마 사진을 지구로 송신하고 암석과 토양의 시료를 채취하는 등 주어진 탐사 임무를 충실히 수행했다.하지만 계획된 착륙 지점을 벗어나 불시착하면서 태양전지 충전을 하지 못하게 된 필레는 탐사 60시간 만에 방전됐고 결국 실종됐다. 그러던 중 모선 로제타가 수명을 다하기 직전인 2016년 9월 혜성의 암벽 사이에 끼인 필레의 모습을 카메라에 찍어 보내면서 실종 후 2년 만에 필레의 마지막 모습이 관측됐다.최근에는 또 다른 소행성에서 일본 탐사 로봇이 본격적인 탐사 활동을 시작했다. 2018년 9월 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 폭 18cm, 높이 7cm, 무게 1kg인 실린더 형태의 소형 탐사 로봇 로버1A(Rover-1A)와 로버1B(Rover-1B)가 지구에서 2.8억km 떨어진 소행성 류구에 착륙했다고 발표했다.두 로봇은 2014년 12월 발사된 소행성 탐사선인 하야부사2에 탑재된 컨테이너 미네르바 II1에 실려 약 32억km의 긴 여정 끝에 소행성 류구에 도착했다. 두 로봇은 소행성 표면의 사진과 온도를 측정하는 등 기초 조사를 진행할 계획인 것으로 알려진다.지금까지 행성 전체의 영상이나 대기 데이터를 수집하는 탐사선 외에 직접 지상에 착륙해 작동하는 우주탐사 로봇들은 대부분 자동차와 같은 로버의 형태로 만들어지기 일쑤였다. 기술적 완성도나 에너지 효율성 측면에서 지표면을 이동하는 데 가장 효과적이기 때문이다.하지만 다양한 사용 경험을 축적하면서 각국의 연구 기관들은 바퀴로 접근하기 힘든 험난한 지형에서도 작동할 수 있도록 팔과 다리를 사용하는 유인원이나 거미와 같은 구조의 로봇 개발을 진행하고 있다.최근 NASA는 로버를 모선으로 삼고 군집 비행할 수 있는 꿀벌 로봇을 개발하고 있다. 매미 날개를 장착한 화성벌(MarsBees)이란 이름의 새로운 로봇은 로버 형태 로봇들이 작동하기 곤란한 울퉁불퉁한 지형에 구애 받지 않고 더 멀리 이동할 수 있어 탐사 범위를 훨씬 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.앞으로는 스피릿·오퍼튜니티·필레처럼 홀로 탐사하는 외로운 로봇들이 아니라 인간과 함께 활동하는 탐사 로봇들도 등장할 것으로 보인다. 달 탐사와 같은 수준의 우주탐사에는 우주비행사들이 참여할 수 있기 때문이다.비록 상상이긴 하지만 영화 ‘인터스텔라’는 우주조종사들의 충실한 조력자로 활약하는 미래의 탐사 로봇이 어떤 활동을 할 수 있는지를 잘 묘사하고 있다. 로봇 타스(Tars)와 케이스(Case)는 우주선 조종에서부터 현장 조사까지 주인공의 모든 활동 과정에 마치 껌딱지처럼 동행해 다양한 지원 활동을 수행한다.지구와 인접한 거리의 우주탐사에서 타스와 케이스 같은 로봇들이 인간을 도와 더 풍부하고 정확한 탐사 활동을 벌이는 순간이 그리 머지않은 미래가 될 수 있을 것이라고 상상해 보는 것도 큰 무리가 아닐 것이다.[본 기사는 한경비즈니스 제 1197호(2018.11.05 ~ 2018.11.11) 기사입니다.]
달에서 물 찾는 탐사로봇, 어디에 착륙하나? – Sciencetimes
화성이나 소행성이 우선이던 미 항공우주국(NASA)의 우주 탐사 방향이 한동안 뜸했던 달에 다시 집중되고 있어 주목을 끌고 있다. 대표적으로는 달에 다시 우주인을 보내는 아르테미스(Artemis) 프로젝트를 꼽을 수 있다.
이 프로젝트는 지난 1972년 미국의 탐사선인 아폴로 17호가 달에 착륙한 이후 50여 년 만에 재개되는 국제 유인 달 탐사 프로그램이다. 또한, 2년 뒤에는 탐사 로봇을 달의 극지로 보내 물의 존재 여부를 파악하는 프로젝트도 추진되고 있다.
물이 발견되면 달을 우주탐사 거점으로 활용 가능
지금까지의 조사에 따르면 달에서 물은 얼음 형태로 존재하는 것으로 나타났다. 달도 지구처럼 남과 북의 극지방이 존재하는데, 그중에서도 남극의 ‘영구음영 지역’이 얼음이 있을 것으로 가장 유력시되는 곳이다. 영구음영 지역은 운석 충돌로 움푹 파여있는 장소를 가리킨다.
얼음을 발견하다 하더라도 과연 사람이 활용할 수 있을 정도의 양이 될지는 의문이지만, 그래도 물의 존재 여부를 발견하기 위해 NASA가 노력하고 이유는 바로 달을 우주 탐사의 거점으로 활용하려는 계획 때문이다.
물은 유인 우주탐사에 있어 필수적인 물질이다. 탐사 대원들의 생존에 필수적이기도 하지만, 산소와 수소로 분리하여 로켓 연료로도 유용하게 사용할 수 있기 때문이다. 따라서 물이 위성이나 행성에 존재하지 않으면, 지구에서 가져갈 수밖에 없다.
문제는 물이 너무 무겁다는 점이다. 가령 오랜 시간이 걸리는 행성탐사를 하려면 승무원들이 사용할 물을 우주선에 실어야 하는데, 그렇게 많은 물을 싣고 지구 중력을 벗어나려면 어마어마한 에너지가 필요한 것이다.
그러나 지구가 아닌 달에서 물을 조달할 수 있다면 이야기가 달라진다. 중력에서도 자유롭고 거리적으로도 더 유리한 달을 우주탐사의 거점으로 활용할 수 있다면, 더 효율적인 우주탐사가 가능해진다.
이 뿐만이 아니다. 달에서 물을 발견하고자 애쓰는 또 다른 이유로는 달에 있는 물이 지구 탄생의 비밀을 풀 수 있는 열쇠가 될 것으로 기대하고 있기 때문이다. 지구는 탄생 이후 지금까지 수많은 지질학적 활동이 일어나면서 탄생 초기의 역사가 사라졌지만, 달은 그런 지질 변화가 없었기 때문에 태고의 신비가 고스란히 숨어 있을 것으로 추정되고 있는 것이다.
이에 대해 NASA 연구센터의 연구원이자 행성 과학자인 ‘아리엘 도이치(Ariel Deutsch)’ 박사도 “달에 존재하는 것으로 추정되고 있는 물은 지구를 포함하여 태양계가 어떻게 시간을 통해 진화해 왔는지에 대해 많은 실마리를 제공할 것으로 보인다”라고 전망했다.
탐사로봇의 착륙지점은 노빌크레이터
NASA가 오는 2023년 발사를 목표로 달의 영구음영 지역에 투입하는 탐사로봇의 이름은 ‘바이퍼(VIPER)’다. 골프 카트 정도의 크기이지만, 다양한 계측장비와 실험장비들이 장착되어 있어서 무게는 350kg에 달한다.
바이퍼는 달에 착륙하는 대로 약 100일간 물을 찾아 돌아다닐 예정이다. 그리고 여러 분화구 중 한 곳을 골라 표면과 지하의 얼음을 조사하는 임무를 갖고 있다. 달에서 물의 존재 여부를 확인하게 되면 호흡할 때 필요한 공기를 현지에서 공급받을 수 있으며, 로켓 연료로도 활용될 수 있다는 가정을 할 수 있다.
이를 위해 NASA는 연구실에 달 표면과 비슷한 인공 지형을 만들어 바이퍼에 부착하는 조명장치의 성능을 테스트하고 있다. 햇빛이 거의 없는 극지방인 만큼, 로봇이 안전하게 주행할 수 있도록 강력한 성능을 가진 조명장치를 탑재한다는 계획이다.
또한 조명장치 말고도 바퀴로 이동하는 바이퍼의 특성을 고려하여 지형에 적응할 수 있는 테스트도 동시에 진행하고 있다. 운석이 충돌한 구덩이와 유사한 지형을 인공적으로 조성하여 실전에 대비하는 훈련을 진행하고 있다.
특히 주목할 점은 바이퍼에는 1m 길이의 드릴이 설치되어 있다는 점이다. 이 드릴을 통해 달의 지표를 굴착하면서, 지하에도 있을 것으로 추정되는 얼음의 존재 여부를 직접 확인한다는 계획이다.
달 표면의 얼음은 레골리스(regolith) 밑에 깔려 있거나 혹은 섞인 형태이기 때문에 표면만 조사해서는 얼음의 정확한 양을 측정하기 힘들다. 따라서 드릴로 땅속을 굴착해봐야 존재 여부를 정확하게 판단할 수 있다는 것이 NASA 측의 생각이다. 레골리스란 달이나 행성 등에서 발견되는 먼지와 흙으로 이루어진 물질을 가리킨다.
바이퍼의 핵심 임무가 달에서 물과 얼음을 발견하는 일인 만큼, 착륙 장소를 선정하는 것은 그 어떤 것보다도 중요한 일이다. 따라서 NASA는 그동안 바이퍼 개발과는 별도로 탐사 로봇이 착륙할 장소를 찾는 일에 집중해 왔다.
NASA의 발표에 따르면 바이퍼의 착륙 예정지를 정하면서 네 가지 중요한 기준을 세운 것으로 드러났다. 첫 번째는 얼음이 존재할 가능성이 높은 지역이어야 하고, 두 번째는 탐사로봇이 돌아다니기에 적합한 지형이어야 한다는 점이었다.
그리고 세 번째는 탐사로봇의 에너지 확보를 위해 태양 빛을 받기 쉬운 지역이 필요했고, 마지막으로 네 번째는 지구와의 통신이 원활한 지역이어야 하는 것으로 파악됐다.
그 결과, NASA는 바이퍼의 착륙지점을 노빌크레이터(Nobile Crater)로 정했다. 노빌크레이터는 약 93㎢ 정도의 넓이를 지닌 분화구로서, 바이퍼는 착륙 후 이곳을 거점으로 전진하며 얼음을 찾을 것으로 알려졌다.
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우주 탐험을 위한 로봇 기술
지난 11월 26일 미국 항공우주국(NASA)가 쏘아 올린 화성 탐사 로봇 인사이트(InSight:Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport)’가 화성의 ‘엘리시움 평원 (Elysium Planitia)’에 무사히 착륙, 본격적인 화성 탐사 활동에 들어갔습니다.
인사이트는 바퀴로 이동하면서 탐사 활동을 벌이는 기존의 탐사 로봇과 달리 한 곳에 붙박이로 있으면서 화성의 지각 내부를 들여다보는 일을 주로 수행하게 됩니다. 이를 위해 인사이트에는 고감도 지진계와 열 감지기가 설치돼 화성의 지진 활동과 지표면 아래의 열 흐름을 측정할 예정입니다.
l 화성의 지각 내부를 들여다보는 탐사 로봇 ‘인사이트’ (출처: NASA)
인사이트의 핵심 임무 중 하나는 화성의 지진 활동인 ‘마스퀘이크(Marsquake)’를 탐지하는 것입니다. 과학자들은 오랫동안 화성의 지진 활동을 과학적으로 규명하려는 노력을 해왔으나 성공하지 못했습니다. 과학자들은 인사이트가 활동하는 최초의 2년 동안 화성에서 10~12회의 마스퀘이크가 발생할 것으로 예측합니다.
인사이트의 활동이 성공적으로 이뤄진다면 과학자들은 화성의 지각 두께, 화성 중심부의 열 방출 등에 관해 더욱 상세한 지식을 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 최근 인사이트의 로봇 팔이 지진계 설치 작업을 완료하면서 화성 내부를 들여다보겠다는 과학자들의 꿈은 현실에 한 걸음 더 다가섰습니다.
l 인사이트의 로봇팔이 지진계를 설치하고 있는 모습 (출처: NASA_제트추진연구소)
과학자들은 생명의 원천과 우주 생성의 비밀을 캐기 위해 오랜 세월 우주 탐험의 꿈을 키워왔습니다. 우주 로켓에 탐사용 로봇인 로버(Rover)와 탐지 장비를 실어 우주로 발사했지요. 하지만 목적지까지 가는 여정은 험난하기 이를 데 없고, 우주 탐사선이 착륙하고 난 후에도 지구와는 엄청나게 다른 지형과 중력, 대기 때문에 탐사 활동에 큰 어려움을 겪었습니다.
그런데도 과학자들은 여러 난관을 극복하기 위한 지난한 노력을 이어가고 있습니다. 지구와는 엄청나게 다른 환경을 극복하기 위한 대안으로 다양한 로보틱스 기술들이 활용되고 있습니다. 실제로 미지의 행성에 사람보다 로봇을 먼저 보내는 것이 위험도 줄이고 극한 환경에서 장시간 탐사 활동을 벌일 수 있다는 것이 과학계의 결론입니다.
국제우주정거장(ISS)에 인간 우주 비행사 대신 로봇 우주 비행사를 보내려는 노력도 이러한 배경에서 추진되고 있는 것입니다. 올해 초 ISS에서 활동하던 NASA의 휴머노이드 로봇 ‘로보넛 2(Robonaut 2)’가 기능 이상으로 지구로 회귀한다는 소식이 전해지기도 했지만, 휴머노이드 로봇을 국제우주정거장(ISS)에 보내는 노력은 다각도로 이뤄지고 있습니다.
우주 강국 러시아의 연방 우주국(Roskosmos)은 2019년 8월께 휴머노이드 로봇 ‘페도르(FEDOR:Final Experimental Demonstration Object Research)’를 ISS에 보내기로 했습니다. 페드로는 팔굽혀 펴기, 역도, 드릴 및 용접 작업, 운전, 총 쏘기 등 다양한 동작을 할 수 있는 만능 로봇으로 주목을 받고 있습니다. 다재다능한 능력 덕분에 터미네이터라는 별명을 얻기도 했지요.
사람이 웨어러블 장비를 착용하면 페도르를 원격 제어하는 것도 가능합니다. 지구에 있는 과학자가 웨어러블 장비를 착용하고 ISS에 있는 페도르를 원격 제어하는 것이 결코 꿈이 아니라는 것이죠. 총을 능숙하게 다룬다는 점 때문에 군사용 로봇 아니냐는 시선도 있었지만 우주에서도 우주 비행사 못지않은 활약을 할 수 있을지 주목됩니다.
l 러시아가 개발한 ‘페도르’ 로봇 (출처: https://bit.ly/2RsFafw)
일본도 우주 비행사 대신 아바타 로봇을 우주로 보내겠다는 구상을 구체화하고 있습니다. 일본 우주항공연구개발 기구(JAXA)는 민간 항공사인 전일본공수(ANA)와 공동으로 ‘아바타 X’라는 프로젝트를 추진하고 있습니다. 이 프로젝트는 텔레프레전스 기능을 갖춘 아바타 로봇을 국제우주정거장(ISS)이나 달·화성 등에 보내 지구에서 원격 제어하는 것을 목표로 하고 있습니다.
2020년대 초반 지구 저궤도(Low Earth Orbit:LEO)에 위치한 ISS에서 아바타 로봇을 테스트한 뒤, 달이나 화성에 보내겠다는 계획입니다. 아바타 로봇 프로젝트가 성공하면 지구에 있는 의사가 원격 제어하는 방식으로 병에 걸린 ISS 내 우주 비행사를 긴급하게 수술하거나 ISS에서 이뤄지는 각종 과학 실험, 우주선 유지 보수 같은 업무를 원격지에서 수행하는 게 언젠가는 가능할 것입니다.
JAXA는 생체 모방 원격 제어 휴머노이드 로봇으로 유명한 ‘멜탄트-알파(MELTANT-α)’을 우주에 보내겠다는 계획인데, 실제 이 같은 일이 가능하게 하려면 로봇이 있는 곳과 지구 간에 통신 지연 현상이 발생하지 않아야 합니다.
l JAXA는 휴머노이드형 원격 제어 생체 모방 로봇 ‘멜탄트 알파’를 달이나 화성에 보내 탐사 활동을 벌이는 것을 목표로 하고 있다. (출처: JAXA)
실제로 우주 과학자들은 텔레프레전스(telepresence) 기술에 주목하고 있습니다. 텔레프레전스 기술을 활용하면 로봇을 지구에서 원격 제어하거나 역으로 우주에서 지구에 있는 로봇을 원격 제어하는 게 충분히 가능하다는 입장이죠. 물론 우주탐사선에서 낯선 행성에 착륙한 로봇을 원격 제어하는 것도 가능할 것입니다.
l 우주 탐사선에서 로봇을 원격 제어하는 모습 (출처: NASA)
NASA 제트추진연구소 로버트 앤더슨(Robert C. Anderson)과 애리조나주립대 킵 핫지스(Kip V. Hodges) 등 과학자들은 2017년 ‘사이언스 로보틱스’에 기고한 논문에서 화성이나 목성 궤도에 우주 탐사선을 보내고 탐사선에 탑승한 우주인들이 로봇들을 텔레프레전스 기술을 이용해 원격 제어하는 방안을 제안했습니다. 이런 기술이 현실화되면 우주인들은 더욱 안전한 환경에서 우주 탐사 활동을 벌일 수 있을 것입니다.
유럽우주국(ESA)도 2018년 ISS에서 독일 DLR(독일 항공 우주 센터)에 있는 휴머노이드 로봇 ‘롤링 저스틴(Rollin’ Justin)’을 원격 조작하는 실험을 진행했는데, 텔레프레전스 기술이 우주 탐험에 유용하게 활용될 수 있다는 가능성을 보여주고 있습니다.
l ESA는 ISS에서 독일에 있는 로봇을 제어하는 실험을 진행했다. (출처: ESA)
과학자들은 지구와는 판이한 태양계 행성의 지형과 환경에 견딜 수 있고 기동력을 갖춘 로봇 개발에 박차를 가하고 있습니다. 기존의 바퀴 위주의 탐사용 로버(rover)는 움푹 팬 지형이나 암석으로 뒤덮여 있는 지형을 탐사하는 데 어려움이 많습니다. 지각 표면을 통통 튀거나 드론처럼 나는 기술들이 시도되고 있습니다.
2018년 11월 유럽항공국은 스위스 취리히 연방공대(ETH Zurich)와 취리히 응용과학대(ZHAW Zurich) 연구진이 개발한 4족 점핑 로봇 ‘스페이스복(Spacebok)’을 네덜란드에 있는 ESA 행성 로봇 연구소(Planetary Robotics Laboratory) 마스 야드(Mars Yard)에서 테스트했습니다. 마스 야드는 화성이나 달의 지형에 가깝도록 암석, 자갈 모래 등으로 만든 소형의 샌드박스 시설입니다.
스페이스복(Spacebok)은 기본적으로 4개의 다리를 갖추고 있는 보행 로봇이지만 달이나 화성 탐사에 적합하도록 탁월한 점핑 능력을 갖추고 있습니다. 지형 변화에 따라 보폭과 속도를 조절할 수 있으며 보행이 힘든 지형에선 점핑하는 방식으로 이동합니다.
l ESA는 4족 점핑 로봇 ‘스페이스복’을 ‘네덜란드 ‘마스 야드’에서 테스트했다. (출처: ESA)
일본 JAXA의 탐사선 ‘하야부사 2’는 지난 9월 소행성인 류구(Ryugu)에 ‘미네르바-II1A’와 ‘미네르바-II1B’라는 2대의 탐사용 로버를 내려놓았습니다.
l JAXA의 소행성 ‘류구’ 탐사용 로버 ‘미네르바’ (출처: JAXA)
소행성에 탐사용 로버를 착륙시킨 것은 일본이 처음입니다. 일본 과학자들은 중력이 지구의 8만 분의 1에 불과한 류구에서 바퀴를 이용해 이동하면 낮은 중력 때문에 로버(rover)가 출발하자마자 바로 공중으로 뜰 수 있다고 보고 통통 튀는 방식으로 이동하는 로봇을 고안했습니다.
NASA는 기존 로버보다 효율적으로 화성을 정찰할 방법으로 화성의 대기권을 비행할 수 있는 무인항공기(UAV)에 큰 관심을 두고 있습니다. 실제로 화성의 희박한 대기에서 비행할 수 있는 드론을 테스트하고 있는 것으로 알려져 현실화될 가능성이 매우 높습니다.
l 화성 탐사 활동을 벌이고 있는 드론 (출처: NASA)
NASA는 화성의 대기권을 날아다니는 ‘마스비(Marsbee)’ 개발 프로젝트에도 재정적인 지원을 하고 있습니다. 마스비는 화성을 날아다니는 벌 로봇이라고 할 수 있는데 화성 대기권을 비행하면서 지도 제작, 샘플 채취, 생명체 확인 등 작업을 수행합니다. 마스비에는 센서와 무선통신장비가 탑재될 예정입니다.
l 화성의 대기권을 비행하는 ‘마스비’ (출처: NASA)
태양계에는 많은 물이 있을 것으로 추정되는 곳이 있습니다. 대표적인 곳이 목성의 위성인 유로파(Europa)입니다. 만일 대량의 물이 존재한다면 다른 탐사 로봇이 필요하게 될 것입니다.
NASA는 오는 2020년대에 목성의 위성인 유로파(Europa)에 우주 탐사선을 보내는 ‘유로파 클리퍼 미션(Europa Clipper Mission)’을 추진하고 있습니다. 유로파가 과학자들의 시선을 끄는 이유는 유로파의 지각이 2km에서 30km에 달하는 얼음덩어리로 이뤄져 있고, 그 아래에는 광대한 바다가 있을 것으로 추정되고 있기 때문이죠.
과학자들은 유로파에 외계 생물이 생존하고 있거나 한때 외계 생물이 생존했을 가능성이 있다고 보고 있습니다. 유로파의 바다를 탐사하려면 우주 탐사선을 보내 엄청난 두께의 얼음층을 뚫고 들어가 시료를 채취하고 분석해야 합니다.
하지만 두꺼운 얼음층을 뚫고 들어가는 게 쉽지 않은 과제입니다. 지난 12월 14일 워싱턴 DC에서 열린 전미 지구 물리학회에서 NASA 산하 글렌 리서치 센터 컴퍼스(Glenn Research Center COMPASS) 팀은 유로파를 탐색할 수 있는 ‘터널봇(Tunnelbot)’이라는 로봇을 제안했습니다.
l 유로파 탐사에 나선 터널봇이 유로파의 얼음 층을 뚫고 나아가는 모습 (출처: NASA)
터널봇은 각종 시험 장비와 케이블을 탑재한, 일종의 굴착 로봇입니다. 핵에너지 등을 동력으로 작동하는데 엄청난 파워와 열을 발산합니다. 터널봇은 유로파의 얼음 지각을 뚫고 들어가는 과정에서 각종 장비를 이용해 시료를 채취 및 분석하고 관련 데이터를 지구로 전송합니다. 또 데이터 전송을 위한 광케이블도 매설합니다.
터널봇이 목표 지점인 유로파의 대양에 도착하면 물에 뜰 수 있는 탐사 장비와 통신용 케이블 등을 뿌려줍니다. 터널봇은 아직 구체적인 개발 계획이 나온 단계는 아니지만, 과학자들은 유로파 클리퍼 미션이 본격적으로 수행된다면 터널봇도 훌륭한 대안으로 검토될 수 있을 것으로 보고 있습니다.
유로파 탐험에 미국만 관심이 있는 것은 아닙니다. 독일은 유로파에 로봇 탐사선을 보내는 프로젝트인 ‘유렉스(EurEx:Europa-Explorer)‘를 추진하고 있습니다. 이 프로젝트를 주도하고 있는 독일 인공지능연구센터(DFKI) 산하 로봇 혁신 센터(Robotics Innovation Center:RIC)는 ‘얼음 셔틀(IceShuttle)‘이라는 기술을 소개하고 있습니다.
얼음 셔틀에는 유로파의 얼음을 녹일 수 있는 터널 모양의 디바이스가 설치되어 있는데 터널은 수중 자율로봇(AUV)과 방향 탐지용 마이크로글라이더(Microglider)들이 유로파의 바닷속으로 들어가는 통로 역할을 합니다. 바다에 도착하면 얼음 셔틀은 물고기 모양의 ’마이크로글라이더‘를 사방에 뿌려줍니다. 마이크로글라이더는 얼음층에 붙어 수중 자율로봇(AUV)이 방향과 위치를 잡을 수 있도록 음향 신호를 보내는 역할을 합니다. 또 AUV는 바닷속 데이터를 수집해 얼음 셔틀로 복귀한 후 도킹 상태에서 취득한 데이터를 업로드합니다.
l 유로파의 바닷속에 투입된 마이크로글라이더와 수중 자율로봇 (출처: DFKI)
우주 탐사를 위한 우주 강국들의 탐사 로봇에 대한 개발 열기는 앞으로 더욱 활발해질 것으로 예상됩니다. 우주는 생명 탄생의 기원이면서 동시에 환경 파괴와 기후 변화 등으로 위기에 처한 인류가 개척해야 할 미래의 거주지이기 때문입니다. 앞으로 전개될 세계 각국의 우주 탐험을 주의 깊게 바라봐야 할 이유이기도 합니다.
글 l 장길수 l 로봇신문 기자
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[보고서]우주탐사 로봇의 연구개발
초록
○ 우주탐사는 인류가 미지의 세계를 알아내기 위한, 특히 인간과 같은 지적생명체가 다른 행성에도 있는지를 밝혀내기 위한 도전이다. 우주탐사에는 인공위성을 쏘아 올리는 로켓과 지구이외의 행성이나 달에 착륙하여 관측하고 시료를 채취하기 위한 우주탐사로봇이 필요하다. 우주탐사로봇은 지구주위를 도는 궤도상에서 작업하는 로봇과 달, 행성 탐사를 위한 표면이동 로봇으로 구분한다. 지상과 다른 환경에서 일하는 로봇을 적절히 동작시키려면 우주환경에 적합한 설계와 제어가 필요하다.
○ 본 해설은 우주로봇에 있어 ‘역학문제’에 유의하여 지구주위 궤도상과 달 탐사를 위한 우주로봇의 역할과 이의 제어를 위한 연구과제에 대하여 기술하였다.
○ 우주가 갖고 있는 무한한 자원을 활용하기 위해 미국, 러시아, 유럽, 일본, 중국 등 주요국은 달이나 화성에 우주기지 건설을 계획하고 있다. 이를 위해 지구이외 행성의 토양과 우주환경 탐사가 필요하며, 랜더(lander)나 로버(rover)의 역할은 필수적이다. 우리나라는 우주선을 쏘아 올리기 위한 로켓발사체 기술이 낙후돼 있는 것이 극복해야 할 과제이다.
○ 우주탐사로봇은 우주 극한환경에 적응할 수 있는 지능형 로봇의 일종으로 달과 화성표면에서 로버의 작동실험을 한 미국과 러시아 및 최근 Moon Raker라 부르는 이동탐사로봇을 개발한 일본 등이 앞서 있으며, 한국은 정부 주도로 지능형 로봇산업 육성을 하고 있으나 서비스로봇과 제조업용 로봇이 주류를 이루고 있으며 우주탐사로봇의 시제품을 제작?실험한 적은 없는 것으로 보인다.
○ 국내에서는 항공우주연구원과 일부 대학에서 우주로버의 기초연구와 기술동향 분석을 하고 있는 정도이나, 국내의 IT 기술과 지능형로봇의 기술수준으로 보아 앞으로 울퉁불퉁한 장해물이 있는 지표면에서 가동할 수 있는 자율이동 탐사로봇을 연구?개발하여 달과 행성탐사 등에 대비해 나가야 할 것이다.
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