'7분의 공포': 인내가 화성에 착륙하여 살아남는 데 필요한 기술 살펴보기

Nov 19, 2023

ARC DECRA 연구원, 퀸즈랜드 대학교 기계 및 광산 공학부 극초음속 센터

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이번 달은 화성 탐사로 바쁜 한 달이었습니다. 몇몇 국가는 지난해 6월 발사 기간을 활용해 화성에 임무를 보냈습니다. 이제 대부분은 8개월간의 항해를 마치고 도착했습니다.

앞으로 며칠 내에 NASA는 화성의 제제로 분화구에 Perseverance 탐사선을 착륙시키기 위해 화성 대기에 직접 진입할 예정입니다.

더 읽어보기: 새로운 탐사선이 화성에 도달함에 따라 화성 여행을 통해 지금까지 우리가 알고 있는 정보는 다음과 같습니다.

자동차 크기 정도의 인내력은 화성 탑재물 중 가장 큰 것입니다. 말 그대로 무게가 (지구에서) 1톤에 달합니다. 착륙 후 로버는 고대 생명체의 흔적을 검색하고 샘플을 수집하여 결국 지구로 반환합니다.

이 임무는 큐리오시티 로버를 착륙시킨 2012년 MSL(화성 과학 연구소) 임무와 유사한 하드웨어를 사용하지만 향상된 로버 착륙 정확도를 포함하여 특정 업그레이드가 있을 것입니다.

큐리오시티의 항해는 화성 2020이 어떤 환경에 직면하게 될지, 생존을 위해 어떤 기술이 필요한지에 대한 풍부한 정보를 제공했습니다.

화성은 대기가 지구보다 약 100배 더 얇은 적대적이고 외진 환경이기 때문에 들어오는 우주선이 공기역학적으로 속도를 늦추는 데 사용할 대기가 거의 없습니다.

오히려, 화성까지 살아남으려면 공기역학, 낙하산, 역추진(착륙을 위해 엔진 추력을 사용하여 감속)과 대형 에어백을 창의적으로 조합해야 합니다.

또한 화성의 기상 모델은 실시간으로 업데이트되지 않기 때문에 탐사선이 진입하는 동안 어떤 환경에 직면하게 될지 정확히 알 수 없습니다. 예측할 수 없는 기상 현상, 특히 먼지 폭풍은 이전 임무에서 착륙 정확도가 저하된 이유 중 하나입니다.

더 읽어보기: 중국과 UAE의 화성 탐사선이 궤도에 진입할 예정입니다. 그들이 발견할 수 있는 내용은 다음과 같습니다.

NASA 엔지니어들은 화성 진입 임무의 진입, 하강 및 착륙 단계(EDL)를 "7분의 공포"라고 부릅니다. 단 7분 안에 진입이 실패할 수 있는 방법은 무수히 많습니다.

2012년 MSL 우주선에는 화성 대기를 통과하여 하강하는 동안 차량을 보호하는 직경 4.5미터의 열 차폐 장치가 장착되어 있습니다.

초당 약 5,900m의 속도로 화성 대기권에 진입했습니다. 이는 극초음속으로, 음속의 5배 이상이라는 의미입니다.

화성 2020도 비슷할 것입니다. 내부에 보관된 로버가 뜨거운 흐름으로 인해 손상되는 것을 막기 위해 전면 열 차폐 및 백셸 열 차폐를 포함한 열 보호 시스템에 크게 의존합니다.

극초음속에서는 화성의 대기가 우주선의 경로를 충분히 빠르게 벗어날 수 없습니다. 결과적으로 전면에 강한 충격파가 형성됩니다.

이 경우 차량 앞의 가스가 급격히 압축되어 충격파와 방열판 사이의 압력과 온도가 크게 상승합니다.

충격 후 뜨거운 흐름은 진입 중에 열 차폐 표면을 가열하지만 열 차폐는 이 열로부터 내부 구조를 보호합니다.

MSL 2012 및 Mars 2020 임무는 상대적으로 더 큰 탑재량을 사용하기 때문에 이러한 우주선은 진입 단계에서 과열될 위험이 더 높습니다.

그러나 MSL은 NASA의 PICA(Phenolic Impregnated Carbon Ablator) 소재를 최초로 사용한 특별히 설계된 열 차폐 덕분에 이 문제를 효과적으로 회피했습니다.

화성 2020 우주선에도 사용되는 이 물질은 합성수지에 내장된 잘게 잘린 탄소섬유로 만들어졌습니다. 매우 가볍고 엄청난 열을 흡수할 수 있으며 효과적인 단열재입니다.