과학자와 엔지니어들은 2022년 7월 네바다주 블랙록 사막에서 금성 풍선 프로토타입을 테스트했습니다. 축소된 차량은 2회의 초기 테스트 비행을 성공적으로 완료했습니다.

금성의 표면은 뜨거운 열기와 압도적인 압력으로 인해 적대적이고 무자비합니다. 실제로 지금까지 금성에 착륙한 탐사선들은 기껏해야 몇 시간밖에 버티지 못했습니다. 하지만 궤도선 외에도 지구에서 돌을 던지면 닿을 정도로 가까운 거리에서 태양을 공전하며 이 위험하고 매혹적인 세계를 탐험할 수 있는 또 다른 방법이 있을지도 모릅니다. 바로 풍선입니다. 캘리포니아 패서디나에 있는 NASA 제트 추진 연구소(JPL)는 2022년 10월 10일, 자체 개발한 항공 로봇 컨셉 중 하나인 항공 로봇 풍선이 네바다 상공에서 두 차례의 시험 비행을 성공적으로 완료했다고 발표했습니다.

연구진은 테스트용 프로토타입을 사용했는데, 이는 언젠가 금성의 짙은 구름 속을 실제로 표류할 수 있는 풍선의 축소 버전이었습니다.

첫 번째 금성 풍선 프로토타입 시험 비행

계획된 비너스 에어로봇의 지름은 40피트(12m)로, 프로토타입의 약 2/3 크기입니다.

오리건주 틸라무크에 있는 제트추진연구소(JPL)와 니어 스페이스 코퍼레이션(Near Space Corporation)의 과학자와 엔지니어 팀이 시험 비행을 수행했습니다. 이들의 성공은 금성 풍선이 이웃 행성인 금성의 짙은 대기에서도 생존할 수 있음을 시사합니다. 금성에서 풍선은 지표면으로부터 55km 상공에서 비행할 예정입니다. 이번 시험에서 금성 대기의 온도와 밀도를 맞추기 위해 연구팀은 시험 풍선을 1km 상공까지 띄웠습니다.

모든 면에서 풍선은 설계된 대로 작동합니다. JPL 비행 시험의 수석 연구원이자 로봇 전문가인 제이콥 이즈라엘레비츠는 "시제품의 성능에 매우 만족합니다. 발사 후 고도 제어 기동을 시연했고, 두 번의 비행 후 다시 좋은 상태로 돌아왔습니다. 이 비행에서 방대한 데이터를 기록했으며, 자매 행성을 탐사하기 전에 시뮬레이션 모델을 개선하는 데 활용할 수 있기를 기대합니다."라고 말했습니다.

세인트루이스 워싱턴 대학교의 폴 번 교수이자 항공우주 로봇 과학 협력자는 이렇게 덧붙였습니다. "이번 시험 비행의 성공은 우리에게 매우 중요합니다. 금성 구름을 조사하는 데 필요한 기술을 성공적으로 입증했기 때문입니다. 이번 시험은 지옥 같은 금성 표면에서 장기적인 로봇 탐사를 가능하게 할 수 있는 토대를 마련해 줍니다.

금성풍 여행

그렇다면 왜 풍선일까요? NASA는 궤도선이 분석하기에는 너무 낮은 금성 대기 영역을 연구하고자 합니다. 몇 시간 안에 폭발하는 착륙선과 달리, 풍선은 몇 주 또는 몇 달 동안 바람에 떠서 동쪽에서 서쪽으로 이동할 수 있습니다. 또한, 풍선은 지표면으로부터 52~62km(171,000~203,000피트) 상공에서 고도를 변경할 수 있습니다.

하지만 비행 로봇이 전적으로 혼자만 있는 것은 아닙니다. 금성 대기권 상공의 궤도선과 함께 작동합니다. 과학 실험을 수행하는 것 외에도, 풍선은 궤도선과의 통신 중계 역할도 합니다.

풍선 속의 풍선

연구원들은 이 프로토타입이 기본적으로 "풍선 안의 풍선"이라고 말했습니다. 가압된헬륨단단한 내부 저장고를 채웁니다. 한편, 유연한 외부 헬륨 풍선은 팽창하고 수축할 수 있습니다. 풍선은 더 높이 올라가거나 더 낮게 내려갈 수도 있습니다. 이는 다음의 도움을 받아 이루어집니다.헬륨환기구. 만약 임무팀이 풍선을 들어 올리고 싶다면, 내부 저장고에서 외부 풍선으로 헬륨을 배출할 것입니다. 풍선을 다시 제자리에 넣으려면,헬륨공기가 다시 저장고로 빠져나갑니다. 이로 인해 바깥쪽 풍선이 수축하고 부력이 일부 손실됩니다.

부식성 환경

금성 표면 상공 55km 상공으로 계획된 고도에서는 기온이 그리 혹독하지 않고 기압도 그렇게 높지 않습니다. 하지만 금성 대기의 이 부분은 여전히 ​​상당히 혹독한데, 구름이 황산 입자로 가득 차 있기 때문입니다. 이러한 부식성 환경을 견뎌내기 위해 엔지니어들은 여러 겹의 재료로 풍선을 제작했습니다. 이 소재는 내산성 코팅, 태양열을 줄이는 금속화, 그리고 과학 장비를 운반할 수 있을 만큼 견고한 내부층을 갖추고 있습니다. 밀봉재조차도 내산성을 갖추고 있습니다. 비행 시험을 통해 풍선의 소재와 구조가 금성에서도 작동할 수 있음을 보여주었습니다. 금성에서의 생존성을 위해 사용되는 소재는 제작이 까다로우며, 네바다 발사 및 회수 과정에서 보여준 견고한 취급 능력은 금성에서의 풍선의 신뢰성에 대한 확신을 줍니다.

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

금성 대기의 과학

과학자들은 다양한 과학 연구를 위해 풍선을 장비합니다. 여기에는 금성 지진으로 생성된 대기의 음파를 찾는 것도 포함됩니다. 가장 흥미로운 분석 중 하나는 대기 자체의 구성입니다.이산화탄소금성 대기의 대부분을 구성하며, 금성을 그토록 지옥으로 만든 폭주 온실 효과를 부추깁니다. 새로운 분석 결과는 이러한 현상이 정확히 어떻게 발생했는지에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 실제로 과학자들은 초기 금성이 지구와 더 비슷했다고 말합니다. 그렇다면 무슨 일이 일어났을까요?

물론, 과학자들이 2020년 금성 대기에서 포스핀을 발견했다고 보고한 이후, 금성 구름 속 생명체 존재 가능성에 대한 관심이 다시금 높아졌습니다. 포스핀의 기원은 아직 확실하지 않으며, 일부 연구는 여전히 그 존재에 의문을 제기하고 있습니다. 하지만 이러한 풍선 탐사는 구름에 대한 심층 분석은 물론, 미생물을 직접 식별하는 데에도 이상적일 것입니다. 이러한 풍선 탐사는 금성의 가장 혼란스럽고 어려운 비밀 중 일부를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다.