나사의 로봇 우주임무는 과연 성공인가 실패인가
▶ 나사는 실패를 면할 수 없다. 예를 들어 우주 기관은 이 아티스트의 컨셉에서 볼 수 있는 태양 관측용 스테레오 우주선과 2년 가까이 연락이 끊겼고, 그 후 다시 연락이 끊겼습니다. (사진출처 - NASA)
▶ 2020년 7월 30일 NASA의 탐사기 'Preservance rover'가 아틀라스-V 로켓을 타고 화성을 향해 발사됐습니다. 2021년 2월 말에 화성에 도착할 예정인 이 탐사기에는 다른 행성에 파견된 탐사기기와는 다르게 헬리콥터와 같이 호버링 로버가 장착되어 있습니다. 만약 이 테스트가 성공하면 다른 세계를 빠르게 탐색하기 위해 호버링 로버가 널리 채용될 예정입니다.
NASA의 대담한 프로젝트가 성공하는 것은 이번이 처음은 아닙니다. NASA는 수십 년에 걸쳐 이뤄낸 성공으로 높은 평가를 받고 있습니다. 아폴로 달 착륙, 궤도상의 우주 정거장, 그리고 태양계 멀리 있는 항성 간 우주선은 인류의 찬란한 과학적 업적 중 하나입니다.
그러나 NASA의 모든 임무가 계획대로 이뤄진 것은 아닙니다. "그들도 나름대로 실패했지만, 거의 모든 과학자들은 성공에서 배우는 만큼 실패로에서도 배우는 것이 많다고 우리에게 얘기할 것입니다. 특히 로봇을 이용한 우주임무는 인명을 위험에 빠뜨리지 않고 가능성의 한계를 넓힐 수 있는 좋은 기회를 제공합니다."
의심스러웠던 시작 - 레인저 프로브
1960년대 초 달의 확대된 사진을 얻기 위해서 비행된 NASA의 로봇 탐사기 '레인저' 시리즈가 대막의 서를 알렸습니다. 최초 6대의 레인저 탐사기는 달 여행 중 발사에 실패하거나 오작동하기도 했습니다. 하지만 엔지니어와 과학자들은 이 실패를 면밀히 분석하여 결국 마지막 3개의 레인저 탐사선 발사에 성공했습니다.
이러한 임무들은 의도적으로 달에 충돌해 달의 사진을 부딪히는 충격의 순간까지 기록해 송신하도록 설계되어 있습니다. 최종적으로는 그들이 촬영한 사진은 NASA가 후에 아폴로 달 착륙 계획을 세우고, 우주비행사들을 교육하는데 큰 도움이 되었습니다.
더 머나 먼 모험을 위한 도약 - 마리너
나사의 로봇 우주 탐사선 '마리너'는 수성, 금성, 화성을 최초로 정찰하도록 설계된 우주선입니다.
마리너는 놀랍게도 초기 행성 간 임무를 10점 만점에 7점으로 성공했었지만, 마리너 1호는 발사되고나서 유도시스템에 여러 차례 문제가 발생했고, 발사한 지 불과 300초 만에 파괴됐었습니다.
마리너1의 문제의 원인은 아직까지도 알 수 없지만 대부분의 통계학자들은 컴퓨터 코드의 작은 오류가 이러한 실패로 이어졌다고 지적하고 있습니다. 유명한 SF작가 아서 C. 클라크는 일찍이 마리너 1호가 '역사상 가장 값비싼 하이픈에 의하여 망가져버렸다'고 언급했습니다. 다행히 마리너 1호의 자매선인 마리너 2호는 금성의 플라이바이를 성공시킬 수 있었습니다.
화성을 탐사하도록 설계된 마리너 3호는 발사된 후 보호 페이로드 페어링으로부터 분리할 수 없었고 이로 인해 태양열을 흡수하는 판넬의 위치조정이 불가능해졌습니다. 결국 마리너 3호는 동력을 공급하지 못해 8시간 만에 신호가 끊겼습니다. 실패한 지 한 달도 채 안되서 발사된 마리너 4호는 화성에 플라이바이를 성공시켜 최초의 화성 확대사진을 송출했습니다.
화성 탐사를 위한 문제점
화성은 나사가 탐사하려 했던 행성 중 가장 까다로운 행성이었습니다. 화성을 향한 탐사선은 고려해야 할 문제점들이 있습니다. 우선 거리적인 문제입니다. 또 하나는 행성 간 통신의 문제이고, 다른 하나는 화성 궤도를 넘어 착륙선이나 탐사선을 지표에 직접 설치할 수 있는 강력한 추진력입니다.
미국은 화성에 29개의 탐사선을 발사했지만 그 중 6번 실패했습니다. "그래도 이건 상당히 좋은 실적입니다. 그에 비해 소련은 화성을 향한 탐사선을 20번 발사했지만, 그 중 17번은 부분적, 또는 완전히 실패했습니다" 그러나 나사의 화성탐사 실패 중 일부는 자세히 살펴볼 가치가 있습니다.
1998 년 화성 기후 탐사선은 델타2 로켓을 타고 화성을 향해 지구를 떠났습니다. 화성의 대기를 연구하고 다른 탐사선들을 위한 통신 중계소 역할을 하도록 고안된 이 탐사선은 별탈없이 발사됐고 항해했습니다. 그러나 탐사선이 화성에 도착했을 때 계획된 궤도진입을 시도했지만 신호가 끊기고 다시는 소식을 듣지 못했습니다.
화성 기후 탐사선의 데이터에 의한 심층분석에 따르면 뉴턴 초 단위로 컴퓨터에 보고되어야 하는 임펄스 수치가 실제로 pound-force 초 단위로 보고되어 말이 되지않게 렌더링 되었습니다. 화성 기후 탐사선은 이 잘못된 정보에 근거하여 행동했고 너무 낮은 궤도에 진입하여 대기에서 불타거나 우주의 먼지가 되었습니다. 탐사비용은 3억 3,700만 달러였습니다.
이러한 값 비싼 교훈으로 인해 NASA가 단위를 더 잘 확인하게 되었습니다.
다음 해 NASA는 화성 탐사와 관련된 이중 실패를 겪었습니다. 화성 극지 착륙선(MPL)은 화성의 남극 근처에 착륙하여 대기와 토양을 모두 분석하도록 설계되었습니다. 그러나 착륙하는 동안 MPL은 원격 측정 데이터 전송을 중단하고 통신이 끊겼습니다.
MPL에 일어난 일에 데이터가 많았습니다. 그러나 일부 데이터는 100피트 (30 미터) 이상의 고도에서 하강 엔진이 정지되어 지상으로 떨어졌을 수 있음을 보여줍니다. 다른 가능성으로는 낙하산 사고, 거칠거나 고르지 않은 땅에 착륙하거나 탐사선의 방열판 고장이 있습니다.
실패를 통한 발전
다행스럽게도, NASA는 최근, 스피릿, 오퍼튜니티, 큐리오시티 등의 로봇 화성 탐사기, InSight 착륙기, MAVEN 우주선의 성공율을 높이고 있습니다. 그리고 지금 각국의 우주 기관들도 행성 간 탐사 경쟁에 참여하고 있습니다.
유럽 우주기관(ESA)의 마스 익스프레스 탐사기는 아직 궤도에 진입하고 있지만, 착륙한 비글 2호는 무사히 지상에 도달했으나 탐사가 진행되지 않고, 제 기능을 하지 못하고 있습니다. 한편, ESA의 샤파렐리 착륙선은 화성 표면에 충돌하여 그 과정에서 새로운 크레이터를 만들었습니다.
하지만 시어 패럴리는 신호가 끊기기 전에 귀중한 데이터를 송출하고 있었기 때문에 여전히 부분적인 성공으로 간주되고 있습니다. 그리고 현재 중국, 아랍 에미리트와 미국은 화성을 향해 가는 우주선을 가지고 있습니다.
로봇 탐사선을 다른 행성에 안전하게 착륙시키는 것은 매우 어려운 일입니다. 과거의 실패를 강조하는 것은 이러한 시도를 우습게 여기는 것이 아닙니다. 오히려 우주비행은 본질적으로 실패하기 쉽다는 것입니다. 그리고 어떤 우주기관도 탐사가 좌절됐을 때 할 수 있는 일은 실패로부터 배우는 것 뿐입니다.
사실을 말하자면, 우리는 역사를 만드는 것이지 반복하는 것이 아닙니다.