드론(drone)을 활용하여 이를 만회하려는 움직임을 보이고 있어 관심이 모아지고 있다.

첨단 기술 전문 매체인 뉴아틀라스(Newatlas)는 최근 미 항공우주국(NASA)이 공개한 화성 탐사용 드론 개발 프로젝트에 맞서 유럽우주국(ESA)도 독자적인 화성탐사용 드론 개발에 착수했다고 보도하면서, 기존의 드론 형태와는 달리 구(球)형 골격을 가진 드론으로 차별화를 시도하고 있다고 밝혔다. (관련 기사 링크)

공처럼 둥근 외골격 모양의 유럽 화성 탐사 드론

‘오퍼튜니티’나 ‘큐리오시티’처럼 지금까지 화성에서 활동 중인 탐사 로봇들은 우주 탐사 역사에 있어 한 획을 그을 만큼 위대한 업적을 남겼다. 하지만 이동 속도가 느리고, 평지 외에는 탐사가 불가능한 구조적 한계 때문에 새로운 형태의 탐사 로봇이 필요하다는 점도 꾸준히 제기되어 왔다.

드론 형태의 화성 탐사 로봇이 검토된 것은 바로 이 같은 이유 때문이다. 지상이 아니라 공중에서 탐사를 하는 까닭에 보다 넓은 지형을 빠르게 조사할 수 있고, 특히 절벽이나 협곡처럼 기존 탐사 로봇으로는 접근하기 어려운 지형의 조사도 가능하기 때문이다.

문제가 없는 것은 아니다. 화성은 대기 밀도가 지구의 1%에 불과해서 비행 자체가 어려운 환경으로 이루어져 있다. 중력이 지구의 1/3인 점도 비행에 도움이 될 수는 있지만, 착륙 및 이륙에 있어서는 위험을 줄 수 있는 요인이기도 하다.

유럽우주국은 이처럼 화성의 복잡하고 까다로운 환경에서도 비행이 가능한 신개념의 드론을 개발하고 있는데, 기존의 동굴 탐사용 드론에서 아이디어를 빌려 왔다는 것이 관계자의 설명이다.

엘리오스(Elios)라는 이름의 동굴 탐사용 드론은 흔히 볼 수 있는 글라이더형 드론이나 헬리콥터형 드론과는 달리 공처럼 둥근 외골격을 가지고 있고, 그 안에 날개와 본체가 들어 있는 형태로 이루어져 있다.

비좁은 공간에서도 안전하게 날 수 있도록 하기 위해 만들어진 드론으로서, 본체와 날개를 감싸고 있는 외골격은 예기치 않은 외부 충격에 대비하는 보호용 프레임의 역할을 한다.

스위스의 비행 로봇 전문기업인 플라이어빌리티(Flyability)社가 제작한 이 드론은 외골격이 탄소섬유 소재로 이루어져 있어서, 비행 중에 어떤 장애물과 충돌해도 내장되어 있는 본체와 날개는 아무런 피해가 가지 않는 장점을 갖고 있다.

이에 대해 개발사의 관계자는 “충돌 시 외골격이 회전함으로써 충돌에너지를 상당부분 흡수할 수 있다”라고 전하며 “날아다니다가 어딘가에 부딪쳐도 곧바로 튕겨 나와 계속 날아가는 집파리에서 영감을 얻어 제작됐다”라고 밝혔다.

플라이어빌리티社는 지난해에 프로토타입으로 제작된 엘리오스를 알프스의 협곡에서 날려 보면서 안전성과 성능을 테스트했고, 현재는 유럽의 유명 동굴들에서 성능을 검증하고 있는 상황이다.

이에 대해 유럽우주국의 관계자는 “실제로 화성에 엘리오스 형태의 드론을 보낼 경우 그 디자인은 현재의 것과는 다소 다를 수도 있다”라고 전제하며 “아무래도 대기 밀도가 희박한 환경에서 비행을 해야 하는 만큼 무게를 최대한 줄여야 하기 때문”이라고 설명했다.

미국 화성 탐사 드론은 수직 이·착륙 방식

유럽우주국의 드론 개발에 직·간접적 영향을 미친 미 항공우주국의 화성 탐사용 드론은 산하 연구기관인 랭글리 연구센터(Langley Research Center)가 개발 중인 수직 이·착륙 방식의 고정익기다.

헬리콥터처럼 이·착륙하고 고정익기처럼 비행할 수 있도록 개발되고 있는 이유는 화성의 희박한 대기 때문이다. 대기가 있어야 드론은 기류를 타고 올라가거나 내려갈 수 있는데, 그런 여건이 되지를 못하다 보니 활강보다는 수직으로 이·착륙 방식을 선택한 것이다.

수직 이·착륙 드론은 대기 밀도가 희박한 환경에서도 비행이 가능하도록 초경량으로 제작되고 있다. 전기가 에너지원이기 때문에 일회 충전 시 최대 비행거리 목표를 15~16km 정도로 삼고 개발이 진행되고 있다.

고정익기 형태지만 양쪽 날개는 쉽게 접었다 펼 수 있도록 하여 휴대성을 높였고, 기존 드론들보다 더 넓게 설계된 두 개의 꼬리 날개는 대기가 희박한 화성에서도 안정적인 착륙을 가능하게 해준다는 것이 관계자의 설명이다.

랭글리 연구센터의 관계자는 “드론이 자율적으로 화성을 탐색할 수 있도록 하기 위해 슬램(SLAM) 알고리즘을 개발 중”이라고 언급하면서 “해당 알고리즘에는 카메라 이미지를 통해 드론의 위치와 방향을 결정하는 시각적 주행 거리 측정 기능과 드론에 부착된 센서를 통해 지도를 작성하는 기능 등이 포함되어 있다”라고 말했다.

미 항공우주국의 발표에 따르면 화성의 대기 조건과 최대로 비슷하게 조성한 테스트 환경에서 성공적인 시험 비행을 마친 것으로 나타났다.

이 같은 결과에 대해 연구소의 관계자는 “비록 지구에서 실시한 테스트이기 때문에 결과를 그대로 인정할 수는 없지만, 동굴을 대상지로 하는 등 나름대로 어려운 구간에서 만족할만한 성과를 얻었다”라고 전하며 “현재로서는 오는 2020년 발사할 미 항공우주국의 다음 화성탐사선에 드론을 탑재하는 것이 목표”라고 밝혔다.