과학자들과 엔지니어들은 2022년 7월 네바다주 블랙록 사막에서 금성 탐사용 기구 프로토타입을 시험했습니다. 축소형 기구는 두 차례의 초기 시험 비행을 성공적으로 마쳤습니다.

극심한 열기와 엄청난 압력으로 인해 금성의 표면은 척박하고 가혹합니다. 실제로 지금까지 금성에 착륙한 탐사선들은 길어야 몇 시간밖에 버티지 못했습니다. 하지만 지구에서 아주 가까운 태양 궤도를 도는 이 위험하면서도 매혹적인 세계를 탐사할 수 있는 또 다른 방법이 있을지도 모릅니다. 바로 기구를 이용하는 것입니다. NASA 제트 추진 연구소(JPL)는 2022년 10월 10일, 자사의 공중 로봇 개념 중 하나인 공중 로봇 기구가 네바다 상공에서 두 차례의 시험 비행을 성공적으로 마쳤다고 발표했습니다.

연구진은 실제로 언젠가 금성의 빽빽한 구름 속을 떠다닐 수 있는 풍선의 축소판인 시험용 시제품을 사용했습니다.

최초의 금성 기구 프로토타입 시험 비행

계획된 비너스 에어로봇은 지름이 40피트(12미터)로, 시제품 크기의 약 2/3에 해당합니다.

미국 오리건주 틸라무크에 있는 JPL과 니어 스페이스 코퍼레이션의 과학자 및 엔지니어 팀이 시험 비행을 수행했습니다. 이번 성공은 금성용 풍선이 이웃 행성인 금성의 밀도가 높은 대기에서도 생존할 수 있음을 시사합니다. 금성에서 이 풍선은 표면에서 55km 고도로 비행할 예정입니다. 금성 대기의 온도와 밀도를 맞추기 위해 연구팀은 시험용 풍선을 1km 고도까지 올렸습니다.

모든 면에서 풍선은 설계대로 작동했습니다. JPL 비행 시험 책임 연구원이자 로봇 전문가인 제이콥 이즈라엘레비츠는 "시제품의 성능에 매우 만족합니다. 성공적으로 발사되었고, 제어된 고도 기동을 시연했으며, 두 번의 비행 후에도 양호한 상태로 회수했습니다. 이번 비행을 통해 방대한 데이터를 수집했으며, 이를 활용하여 지구 탐사에 앞서 시뮬레이션 모델을 개선할 계획입니다."라고 말했습니다.

세인트루이스 워싱턴 대학교의 폴 번 교수이자 항공우주 로봇 과학 공동 연구자는 다음과 같이 덧붙였습니다. "이번 시험 비행의 성공은 우리에게 매우 큰 의미를 지닙니다. 금성 구름을 조사하는 데 필요한 기술을 성공적으로 입증했기 때문입니다. 이번 시험은 금성의 지옥 같은 표면에서 장기적인 로봇 탐사를 가능하게 하는 토대를 마련했습니다."

금성 바람을 타고 여행하기

그렇다면 왜 풍선일까요? NASA는 금성 탐사선이 분석하기에는 너무 낮은 고도의 금성 대기 영역을 연구하고자 합니다. 착륙선은 몇 시간 안에 바람이 빠져버리는 반면, 풍선은 바람을 타고 몇 주 또는 몇 달 동안 동쪽에서 서쪽으로 떠다닐 수 있습니다. 또한 풍선은 지표면에서 52~62km(171,000~203,000피트) 사이의 고도를 유지할 수 있습니다.

하지만 비행 로봇이 완전히 혼자 있는 것은 아닙니다. 금성 대기권 상공의 궤도선과 함께 작동합니다. 이 풍선은 과학 실험을 수행하는 것 외에도 궤도선과의 통신 중계기 역할도 합니다.

풍선 속의 풍선

연구진은 시제품이 기본적으로 "풍선 안에 또 다른 풍선이 있는 형태"라고 설명했다.헬륨풍선은 단단한 내부 저장소에 헬륨을 채웁니다. 한편, 유연한 외부 헬륨 풍선은 팽창하고 수축할 수 있습니다. 풍선은 또한 더 높이 올라가거나 더 낮게 내려갈 수 있습니다. 이는 내부 저장소의 유연한 구조 덕분입니다.헬륨환기구. 임무팀이 풍선을 들어 올리려면 내부 저장소에서 외부 풍선으로 헬륨을 배출해야 합니다. 풍선을 제자리에 다시 내려놓으려면...헬륨공기가 저장소로 다시 배출됩니다. 이로 인해 외부 풍선이 수축하고 부력을 일부 잃게 됩니다.

부식성 환경

계획된 고도인 금성 표면 위 55km에서는 온도가 그렇게 혹독하지 않고 대기압도 약합니다. 하지만 금성 대기의 이 부분 역시 구름 속에 황산 방울이 가득하기 때문에 매우 가혹한 환경입니다. 이러한 부식성 환경을 견딜 수 있도록 엔지니어들은 여러 겹의 소재로 기구를 제작했습니다. 이 소재는 내산성 코팅, 태양열 가열을 줄이기 위한 금속화 처리, 그리고 과학 장비를 탑재할 수 있을 만큼 튼튼한 내부층으로 구성되어 있습니다. 밀봉 부분조차도 내산성입니다. 비행 시험 결과, 기구의 소재와 구조가 금성에서도 효과적으로 작동할 것으로 나타났습니다. 금성 환경에서의 생존을 위해 사용되는 소재는 제조가 매우 까다롭지만, 네바다 발사 및 회수 과정에서 입증된 내구성을 통해 금성에서도 기구의 신뢰성을 확신할 수 있습니다.

수십 년 동안 일부 과학자와 엔지니어들은 금성 탐사 방법으로 풍선을 제안해 왔습니다. 이것이 곧 현실이 될지도 모릅니다. (이미지 출처: NASA)

금성 대기 속 과학

과학자들은 다양한 과학 연구를 위해 풍선을 장비합니다. 여기에는 금성 지진으로 발생하는 대기 중 음파를 찾는 것도 포함됩니다. 가장 흥미로운 분석 중 하나는 금성 대기 자체의 구성 성분을 밝히는 것입니다.이산화탄소금성 대기의 대부분은 암석으로 이루어져 있으며, 이는 금성 표면을 지옥으로 만든 폭주 온실 효과를 부추깁니다. 이번 새로운 분석은 이러한 현상이 정확히 어떻게 발생했는지에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 사실 과학자들은 금성이 초기에는 지구와 더 비슷했다고 말합니다. 그렇다면 무슨 일이 일어난 걸까요?

물론, 과학자들이 2020년 금성 대기에서 포스핀을 발견했다고 발표한 이후 금성 구름 속 생명체의 존재 가능성에 대한 관심이 다시금 높아졌습니다. 포스핀의 기원은 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 일부 연구에서는 그 존재 자체에 의문을 제기하기도 합니다. 하지만 이와 같은 기구 탐사 임무는 금성 구름을 심층적으로 분석하고, 나아가 미생물을 직접 발견하는 데 이상적인 방법이 될 수 있습니다. 이러한 기구 탐사 임무는 금성에 대한 가장 복잡하고 어려운 비밀들을 풀어내는 데 큰 도움이 될 것입니다.