큐리오시티, 화성 안착률 48% 벽을 뚫어라

8월 6일 오후 2시 31분 화성 상공에 도착 예정
NASA “낙하속도 제때 감속 여부가 성공 좌우”

화성에 도착한 ‘큐리오시티’는 머리에 달린 레이저로 흙이나 바위를 태운 뒤 그 화학성분을 분석해 과거 화성에 생명체가 살았는지를 확인하는 임무를 수행한다. 사진은 ‘큐리오시티’의 임무수행 상상도. NASA 제공

착륙 성공. ‘큐리오시티’는 상공 20m부터는 ‘스카이 크레인’에 매달려 땅으로 천천히 내려온다.

‘48%.’

인류가 화성에 도전해 기록한 성공률이다. 1960년 옛 소련이 화성 탐사선 ‘마르스 1M’을 띄운 이후 지금까지 인류는 41번이나 화성의 문을 두드렸지만 성공은 20번에 그쳤다.

이처럼 성공률이 저조한 것은 크게 두 가지 원인 때문.

지구에서 화성까지 거리는 약 2억5000만 km로, 6개월 이상 걸리는 대장정을 완수하기가 어렵다. 화성 궤도까지 무사히 도착하더라도 화성 착륙이라는 최종 관문이 남았다. 21번의 실패 중 4번이 화성 착륙 실패였다.

한국 시간으로 다음 달 6일 오후 2시 31분 미국 항공우주국(NASA)의 화성탐사선 ‘큐리오시티’는 이 최종 관문을 앞두고 있다. 지난해 11월 26일 지구를 떠난 지 8개월여 만이다. NASA는 홈페이지를 통해 큐리오시티의 ‘화성 착륙 대작전’을 공개했다.

○ 2100도 열 견디고 낙하산으로 속도 줄이고

큐리오시티는 바퀴가 6개 달린 작은 승용차(미니 쿠퍼) 크기다. 무게는 899kg. 사람을 대신해 화성 표면을 돌아다니며 임무를 수행한다. NASA는 이를 위해 2.1m까지 늘어나는 로봇 팔에 카메라를 달고, 반경 7m 안에 있는 흙이나 바위를 태운 뒤 몸에 달린 분광계로 그 화학 성분을 분석할 수 있는 레이저를 장착하는 등 최첨단 과학 장비 10개로 큐리오시티를 중무장시켰다.

화성 착륙 때 가장 중요한 부분은 큐리오시티에 충격을 주지 않고 안전하게 화성에 내려놓는 것. NASA는 큐리오시티를 실은 탐사선이 화성의 대기권이 진입하는 순간부터 초 단위로 착륙 시나리오를 짰다.

탐사선이 화성 상공 125km에 도달하는 순간부터 착륙 작전은 시작된다. 탐사선의 속도는 초당 5.9km. 이 속도로 75초 동안 떨어지면 탐사선은 화성 대기와의 마찰로 엄청난 열을 받는데, 이때 탐사선 외부 온도는 약 2100도까지 치솟는다. NASA는 탐사선 밑을 지름 4.5m인 두꺼운 열차폐막으로 감싸 큐리오시티가 타지 않도록 했다. 열차폐막에는 센서도 붙여 탐사선이 낙하하는 동안 화성 대기의 데이터를 수집하도록 했다.

진입한 지 254초가 지나면 탐사선의 고도는 11km까지 낮아진다. 위쪽에 들어 있던 낙하산이 펼쳐져 탐사선은 초속 0.4km로 낙하한다. 진입 364초 뒤에는 큐리오시티를 감싸고 있던 탐사선의 아랫부분이 떨어져 나가고 속도는 초속 80m까지 급격히 떨어진다.

큐리오시티가 화성 상공 20m에 접근하면 탐사선은 엔진을 끄고 ‘스카이 크레인’을 분리시킨다. 스카이 크레인은 큐리오시티를 꽉 움켜쥐고 초속 0.75m로 천천히 화성 표면에 내려놓는다. 416초가 걸린 큐리오티시의 화성 착륙 대작전이 마무리되는 순간이다.

○ 게일 분화구에 생명체 살았는지 확인

‘큐리오시티’를 실은 탐사선이 화성에 접근하고 있다. 화성 대기권에 안정적으로 진입하기 위해 탐사선 위쪽으로 자세 제어용 가스를 분사하고 있다. NASA 제공

큐리오시티가 착륙할 지점은 지름 154km에 이르는 광활한 게일 분화구 안(남위 4.6도, 동경 137.4도)이다. 큐리오시티는 1년간, 지구 기준으로 687일 동안 이 주변을 돌아다니며 게일 분화구가 과거 생명체가 살기에 적합한 환경을 지녔는지 확인한다. 큐리오시티는 하루에 최대 200m, 임무를 수행하는 1년간은 총 20km를 이동할 수 있다.

한편 큐리오시티보다 먼저 화성 표면을 탐사한 ‘선배’로는 미국의 바이킹 1호(1976∼1982년), 바이킹 2호(1976∼1980년), 패스파인더(1997년), 오퍼튜니티(2004년∼현재), 스피릿(2004∼2010년), 피닉스(2008년) 등 6대가 있다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com