태양 전지판을 탑재한 화성 InSight 착륙선

미 항공 우주국(NASA)의 InSight (Interior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) 화성 착륙선은 점차 동력을 잃어가고 있다. InSight 팀에 따르면 대략 올여름 말에는 착륙선의 모든 과학 활동이 종료될 것으로 예상한다고 한다. 또한, 12월경에는 착륙선이 더는 작동하지 않으리라고 예측했다. InSight 착륙선에 무슨 일이 일어나고 있는 것일까?

현재 가장 활발하게 화성을 누비고 있는 로버는 큐리오시티이다. 이유는 간단하다. 다른 로버나 착륙선처럼 태양광 충전식 리튬-이온 배터리를 도입하지 않고 원자력 전지를 탑재했기 때문이다. 원자력 전지를 이용하면 발사 시 무게가 매우 무거워진다는 단점이 있지만, 먼지가 많은 화성에서 태양의 영향을 받지 않는다. 또한 화성의 기후가 어두워짐을 걱정할 필요도 없다.

반면, 태양열 전지를 탑재하면 발사 시 무게가 매우 가벼워지며 저비용의 에너지를 쓸 수 있다는 장점이 있지만, 태양으로부터의 화성까지 거리를 생각하면 에너지의 효율이 그다지 높지는 않다. 또한 태양광 패널에 먼지가 쌓인다면 동력을 얻기 힘들며 에너지 발전 효율이 크게 떨어지게 된다.

아쉽게도 InSight는 각각 너비가 약 2.2m인 한 쌍의 태양 전지판을 탑재했다. 또한 화성의 평원을 누빌 수 있는 로버가 아니고 착륙선인 탓에 돌아다니면서 태양열을 받아 본체를 충전할 수 없다. 결국, 예상되었던 예정 수명도 지구 시간으로 거의 2년 정도로 다소 짧은 계획을 가지고 있었다.

점차 동력을 잃어가고 있는 InSight미션은 올해 말쯤 종료될 예정

실제로 2021년 4월 InSight 착륙선의 태양광 패널에 먼지가 쌓이면서 동력을 제대로 얻지 못해 수면 상태에 돌입한 일이 있다. 가장 큰 문제는 InSight 착륙선이 착륙한 화성의 엘리시움 평원은 강한 바람이 불지 않는 곳이라는 점이다. 따라서 태양광 패널 위에 두껍게 쌓인 먼지를 치울 방법이 없는 상태였고, InSight팀은 태양광 발전 효율을 증가시킬 방법을 찾기 시작했다. 연구팀은 태양광 패널의 먼지를 털어내기 위해 InSight 착륙선의 한쪽 로봇 팔로 태양광 패널 옆쪽에 모래를 뿌리기 시작했고 이를 통해서 바람을 일으키며 먼지를 털어낼 방법을 생각해 냈다. 이는 결과적으로 패널의 먼지를 제거하는 데 큰 도움이 되었고, 그 결과 하루에 약 30 와트시(Wh)의 에너지가 증가한 바 있다.

InSight가 화성에 착륙했을 때 태양 전지판을 통해서 매일 대략 5,000와트시(Wh) 정도의 전력(1시간 40분 동안 전기 오븐에 전력을 공급할 수 있는 양)이 생산되었다.  하지만, 2022년 5월 현재, InSight 착륙선의 전력 수준이 약 500와트시 정도의 전력(같은 전기 오븐에 10분 동안의 전력을 공급이 가능한 양)만이 생산되고 있음을 확인했다.

또한 InSight착륙선의 착륙 위치인 엘리시움 평원(Elysium Planitia)에서 앞으로 몇 개월 동안 공기 중에 더 많은 먼지가 생기며 착륙선이 받을 수 있는 햇빛의 에너지가 더 줄어들 것으로 예상한다. 미 항공 우주국 제트 추진 연구소의 InSight 수석 연구원 브루스 바네트 박사 (Dr. Bruce Banerdt)에 따르면 InSight팀 역시 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity) 로버에서 본 것과 같은 먼지 청소 이벤트를 기대하고 있다고 한다. 하지만 2021년과 같이 약간의 먼지가 제거되는 상황을 기대하기에는 너무 가혹한 계절적 변화가 생길 것으로 예측된다. 이미 예정된 2년의 연구를 성공적으로 마친 InSight 착륙선이지만, 더 오래 과학 탐구 활동을 계속하려면 회오리바람과 같은 강력한 먼지 청소 이벤트가 필요할 것으로 생각된다.

InSight 착륙선의 태양광 패널에 쌓인 25%의 먼지만 쓸려간다고 해도 착륙선은 매일 약 1,000와트시 정도의 추가 전력을 얻을 수 있다. 이 정도의 전력만 공급되어도 착륙선의 자료수집 및 활동이 충분히 가능한 수준이지만, InSight 착륙선은 현재도 전력이 계속해서 감소하기 있기 때문에 긍정적인 상황은 아니다.

InSight팀에 따르면 2021년에 먼지를 털어내기 위해서 이용되었던 로봇팔 역시 곧 정지위치 ("은퇴 자세"라고 부름)에 놓일 것이라고 밝혔다. 이는 착륙선의 에너지가 지진계의 분석에 먼저 쓰일 예정이기 (밤과 같이 바람이 약하고 지진계가 화성의 지진활동을 기록하기 수월한 특정 시간대에 집중적으로 사용될 예정) 때문이다. 따라서 지진계 자체에만 에너지 공급이 5월 말 정도까지 계속될 전망이다.

화성 연구에 관한 통찰력(Insight)을 제공해준 NASA의 InSight미션

미 항공 우주국의 디스커버리 프로그램의 일환으로 화성을 탐사하기 위해서 지구를 떠난 InSight 미션은 유럽 우주국 및 유럽의 다수 연구소와 협력을 통해서 화성의 신비로움을 파헤치는 임무이다.

미국 동부 표준시 기준 2018년 11월 26일 화성의 적도 인근 엘리시움 평원에 착륙한 InSight 화성 착륙선은 최근 5월 4일에 발생한 규모 5의 지진을 포함하여 지금까지 1,300개 이상의 화성 지진을 감지하였고 이를 통해서 지진이 발생하기 쉬운 지역을 매핑해내는데 성공했다. 참고로 규모 5의 지진은 지구와 비교했을시 아주 큰 규모의 지진은 아니지만, 화성에서 예측되었던 예상 지진의 한계를 넘어선 규모로 파악된다. 또한, 지금까지 다른 행성에서 감지된 것 중 가장 큰 규모이다.

InSight 탐사선이 붉은 행성에서 수집한 지진 정보를 통해서 과학자들은 화성의 지각, 맨틀 및 핵의 깊이와 구성을 측정할 수 있었으며, 화성의 귀중한 기상 데이터를 수집하는 데 성공했다. 또한, 화성 고대 자기장의 잔해를 연구하는 데 큰 도움이 되었다.

미 항공 우주국의 행성 과학 부문 담당자인 로리 글레이즈 박사 (Dr. Lori Glaze)는 InSight 화성 착륙선 임무로 인해서 암석 행성 내부에 대한 우리의 통찰력을 증가시켰고 미래 임무를 위한 준비를 할 수 있게 되었다고 밝히며 위 미션에서 배운 화성의 내부 구조 지식들은 지구, 달, 금성, 심지어 다른 태양계의 암석 행성에도 적용할 수 있다고 주장했다.

[ InSight미션이 지구로 보내온 화성 연구 관련 이미지들 보러 가기 ]