올해 화성 가는 새 탐사선은 중세 기사의 갑옷으로 달린다?

첫인상은 목이 긴 동물과 자동차의 몸체가 합성된 듯하다. 머리에 해당하는 부위에 달린 카메라, 목처럼 가는 파이프로 연결된 넓적한 몸체, 발 역할을 하는 6개의 바퀴가 결합된 기계는 지구에선 좀처럼 보기 어려운 모습이다. 길이 2.9m, 높이 2.2m, 무게는 899㎏으로 전체 덩치는 경차 정도인 이 장비의 이름은 ‘큐리오시티(Curiosity)’다. ‘호기심’이라는 뜻에 걸맞게 2011년 11월 지구에서 발사돼 수개월간의 우주 비행 끝에 2012년 8월 화성에 안착한 지상 탐사선이다.

큐리오시티는 지금까지 인류가 만든 무인 우주장비 가운데 최고 수준의 탐사 능력을 지니고 있다. 화성 표면의 탄소, 수소, 산소 등을 감지해 농도 변화를 알아내고 유기 화합물도 감지할 수 있다. 화성 지표면에 쏟아지는 방사선량을 측정하는 것도 가능하다. 최근엔 카메라로 찍은 화성의 표면 영상이 초대형 파노라마 형태로 공개되면서 무려 18억화소에 달하는 촬영 능력을 전 세계에 뽐냈다. 움직이는 작은 연구소이다.

큐리오시티, 1년 만에 바퀴 파손

금속이라 주행 가능하지만 ‘위기’

큐리오시티가 지금까지 운행한 거리는 불과 ‘20여㎞’에 그친다. 8년간 달린 것치고는 짧아 보이지만 지구에서 원격 지시를 받아 하루 수십m의 운행 능력 범위에서 신중하고 천천히 탐사활동을 한다는 점을 감안하면 거의 쉼 없이 몸을 움직인 셈이다. 이 때문에 큐리오시티의 바퀴는 적지 않은 스트레스를 받는다. 실제로 큐리오시티는 임무 수행을 시작한 지 겨우 1년 만인 2013년, 장착된 알루미늄 바퀴 6개 가운데 1개에 커다란 구멍이 뚫리는 ‘사고’를 당했다. 지구의 웬만한 황무지는 저리 가라인 화성 표면의 거친 조건에 매일 맞닥뜨린 탓이었다. 자동차 타이어처럼 기체를 주입한 것이 아니라 단단한 금속 재질이어서 주행 기능이 사라지진 않았고, 나머지 바퀴에는 별문제가 없어 임무 수행에 지장을 받진 않았다. 하지만 인간이 직접 가 수리할 수 없는 화성 지상 탐사선이라는 특징을 감안하면 위기를 겪은 셈이다.

앞으로는 지구에서 최소 5500만㎞ 이상 떨어진 화성에서 탐사선 바퀴가 망가질지 몰라 노심초사하는 과학계의 모습은 사라질 것으로 보인다. 올해 7월 발사될 큐리오시티의 형제 탐사선 ‘퍼서비어런스(Perseverance)’에는 새로운 개념의 타이어가 장착될 예정이다. 퍼서비어런스는 올해 3월까지 ‘마스2020’으로 불리던 새 화성 탐사선에 붙은 정식 이름이다.

NASA, 그물망 형태 타이어 개발

신축성 좋고 충격 흡수도 잘돼

형상기억합금 이용…내구성 높여

공기타이어처럼 뾰족한 돌도 거뜬

지난주 미항공우주국(NASA) 글렌연구센터는 퍼서비어런스에 그물망 형태의 타이어를 끼울 예정이라고 밝혔다. 도넛 모양의 타이어 형상은 그대로이지만 타이어 전체가 중세 기사들이 머리부터 몸통까지 두르던 그물 갑옷 같은 형태의 금속으로 만들어져 있다. 얇은 철사 같은 금속 선이 날실과 씨실처럼 얽혀 있는 것인데 충격을 받아내기에 좋은 구조다. 단단한 가죽 허리띠보다 털실을 뜨개질해 짠 목도리의 신축성이 훨씬 좋은 것과 일맥상통한다.

이런 형태의 타이어가 등장한 건 이번이 처음은 아니다. 초보적인 형태는 아폴로 15호부터 17호에 이르는 1970년대에 이미 사용됐다. 다른 천체에서 지상 탐사를 벌일 일이 사라진 수십 년의 세월을 넘어 NASA는 2000년대 들어 아폴로 시대의 타이어를 계승하되 강도와 신축성을 높인 ‘스프링 타이어’를 내놨다.

그런데 이번엔 스프링 타이어를 구성하는 금속의 재질을 아예 변경했다. 강철을 니켈과 티타늄이 섞인 ‘형상기억합금’으로 교체한 것이다. 형상기억합금은 충격을 받아도 원래 형태로 돌아가려는 성질을 지니고 있어 붙은 이름이다. 이 때문에 내구성과 견인력이 크게 높아질 것으로 NASA는 보고 있다. 화성 지표면에서 커다랗고 뾰족한 돌덩이를 만나도 바퀴가 부서지는 대신 돌덩이 모양대로 쑥 들어가며 부드럽게 주행할 수 있다는 얘기다. 강철보다 무게도 가벼워질 것으로 NASA는 기대하고 있다.

NASA 글렌연구센터의 형상기억합금 담당 연구원인 산토 파둘라 박사는 “형상기억합금이 화성의 혹독한 환경에서도 제대로 작동할 수 있도록 하는 데 역량을 기울이고 있다”고 말했다. 현재 글렌연구센터 기술진은 화성의 낮은 기온 등을 구현할 수 있는 시설에서 시험 운영을 끝냈다.

이렇게 만들어질 새 타이어는 퍼서비어런스 내부에 탑재된 중요한 연구장비들을 충격에서 더 효과적으로 보호할 수 있을 것으로 보인다. 전반적인 동체 디자인을 큐리오시티에서 그대로 가져왔기 때문에 ‘신형 타이어’는 육안으로 구분할 수 있는 퍼서비어런스의 가장 큰 특징이 될 것으로 예상된다. NASA는 퍼서비어런스의 타이어가 꼭 우주에서만 사용돼야 하는 건 아니라고 설명했다. 지구에서도 험지 주행에 얼마든지 쓸 수 있다는 얘기다. NASA는 이번 연구를 글로벌 타이어 업계와 협력하며 진행하고 있기 때문에 펑크 걱정 없고 승차감도 뛰어난 새 타이어가 우리 일상에서 등장할 수 있을지 주목된다.