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인류 역사상 최초로 다른 행성에서 비행하게 될 헬리콥터 'Ingenuity'

NASA는 2020년 7월 30일 화성으로 탐사선 'Perseverance 로버' 발사했습니다. 이 화성 탐사선의 크기는 일반 자동차만큼의 크기를 가지고 있습니다. 

그리고 또 다른 특징이라면 이 탐사선에는 아주 작지만 강력하고 멋진 승객이 타고 있는데. 화성의 지상을 날며 탐사할 미니 헬리콥터'Ingenuity' 입니다.

이 헬리콥터는 지구상에서의 무개가 약 1.8kg정도의 아주 가벼운 무게를 가지고 있으며 티슈 박스 크기와 비슷한 동체를 가지고 있습니다. 

NASA의 제트 추진 연구소의 엔지니어들은 이론적으로 화성의 얇은 대기에서 비행하는 것이 가능하다는 것을 이미 알고는 있었지만, 질량에 대한 극심한 제한으로 자율적으로 비행하고, 소통하고, 생존할 수 있을만큼 강하게 만들수 있을지 확신하지 못했습니다.

이 프로젝트에 참가한 팀은 화성과 같은 환경에서 비행 할 수 있다는 것을 Earthbound 테스트에서 증명해야했고 그 목표를 확인 했으므로 팀은 실제 화성의 환경에서 Ingenuity를 테스트 할 준비를하고 있다고 합니다.

"우리의 화성 헬리콥터 팀은 이전에 한 번도 해본 적이없는 일을 해왔습니다. 처음에는 누구도 할 수 없다는 것을 확신 할 수 없었으며 이 프로젝트가 중단될 수도 있었습니다. 이제 얼마있지 않아 화성에서 Ingenuity가 실제로 할 수있는 일을 시연하게 될것입니다." 라고 JPL의 Ingenuity 프로젝트 관리자인 MiMi Aung은 말했습니다.

Ingenuity는 2020년 7월 30일 발사 당시 아주 격렬한 진동에서 살아남았으며 'Perseverance 로버' 가 화성 대기를 뚫고 착륙하는동안 무사할수 있는지에 대한 테스트를 통과했습니다. 

그러나 이 헬리콥터는 착륙 후 한 달 이상 첫 비행을 시도하지 않을 예정인데 그 이유는 로버와 헬리콥터가 모두 준비되었는지 확인하는 데 시간이 필요하기 때문입니다.

화성 헬리콥터는 단순히 기술 시연으로 목표로 하고 있기때문에 과학적인 도구를 장착하고 있지 않으며 'Perseverance 로버'이 수행할 과학 임무의 일부는 아닙니다 . 

Ingenuity의 목표는 기술적, 공학적인것으로 제한됩니다. 화성의 대기 밀도는 우리가 살고 있는 지구에 비하면 너무 희박하며 지구에 비해 밀도가 약 1%정도 밖에 되지 않습니다. 이 얇은 대기를 가진 화성에서 회전 익기 비행을 시연하는 것이 목표입니다.

Ingenuity는 화성 30일 (지구 31일)동안 최대 5회의 테스트 비행을 하게 되는데 이것은 다른 행성에서 동력 비행을 시도하는 사상 최초 도전입니다. 마치 라이트형제가 최초의 비행을 했던 것처럼..

화성의 대기가 너무 얇기 때문에 Ingenuity는 지구상에서 Ingenuity의 질량을 가진 헬리콥터에 필요한 것보다 훨씬 더 크고 회전 속도가 훨씬 빠른 로터 블레이드를 사용하여 가볍도록 설계되었습니다.

'Perseverance 로버'의 착륙 지점인 Jezero Crater는 밤에는 섭씨 -130도로 떨어질정도의 매우 춥습니다. 이러한 온도는 Ingenuity에서 사용되는 부품의 원래 설계 한계를 넘어설 수도 있습니다. 

탐사선을 보내기전에 지구에서 예상 온도에서 테스트 한 결과 Ingenuity의 부품은 설계된대로 작동을 했지만 화성에서도 제대로 작동할지는 아직 미지수입니다.

가장 중요한 것은 이 헬리콥터가 첫날 밤을 견디고 살아 남는것입니다.

Ingenuity는 착륙하는 동안 맞게될 파편으로부터 보호하기 위해 덮개와 함께 Perseverance 로버의 배 아래쪽 옆에 자리를 잡고 있습니다. 

탐사선과 헬리콥터는 화성으로가는 4억 7100만km의 여정 동안 조개 껍질 모양의 우주선 진입 캡슐 안에 안전하게 보관되며  Mars 2020 우주선의 전원 시스템은 그 긴 여행동안 Ingenuity의 배터리를 주기적으로 충전합니다.

헬리콥터를 배치하기에 적합한 장소를 찾으면 로버의 화성 헬리콥터 전달 시스템이 착륙 덮개를 벗기고 헬리콥터를 다리가 아래로 향하게 회전 한 다음 착륙하게 됩니다.

당연하지만 화성의 먼거리 때문에 통신 지연이 생깁니다. 그렇기 때문에 무선비행기를 조이스틱으로 조정하듯이 이 헬리콥터를 제어 할 수 없습니다.  따라서 Ingenuity는 지구 엔지니어가 설정한 매개 변수를 기반으로 자체 결정을 내리게 됩니다. 

예를 들어 헬리콥터에는 화성에서 따뜻하게 유지할 수있는 일종의 프로그래밍 가능한 온도 조절기가 있습니다. 비행 중에 Ingenuity는 센서 데이터와 지형 이미지를 분석하여 프로젝트 엔지니어가 설계한 비행 경로에 있는지 자체적으로 확인을 합니다.

'Ingenuity' 임무 수행 목표

1. 화성으로 향하는 우주선에서 살아남아 붉은 행성에 안전하게 착륙.

2. Perseverance 로버로 부터 안전하게 화성 표면에 배치

3. 극도로 추운 화성의 밤을 자율적으로 따뜻하게 유지.

4. 로터 위에 태양 광 패널을 자동으로 충전.

5. 로버의 Mars Helicopter Base Station이라는 하위 시스템을 통해 헬리콥터와 성공적으로 통신.

이 모든 것이 잘 이루어지고 다른 행성에서 첫 번째 실험 비행 테스트가 성공하면 Ingenuity 팀은 더 많은 테스트 비행을 시도하게 됩니다.