큐리오시티 (탐사차)

장비

일반적인 시료 분석의 기술은 관심을 갖고 특징을 찾기 위한 고해상도 카메라로 시작한다. 특정한 면에 관심이 있다면, 큐리오시티는 표면의 작은 부분을 적외선 레이저로 증발시켜서 암석의 구성 원소 스펙트럼의 특징들을 조사한다. 그 특징이 흥미로우면, 탐사차는 더 자세히 보기 위해 현미경과 X선 분광기를 가진 긴 팔을 사용할 것이다. 시료의 추가분석은, 큐리오시티는 돌멩이에 구멍을 뚫고 가루의 일부를 탐사차의 내부에 있는 SAM 또는 CheMin 분석 실험실 둘 중 하나에 가져간다. 마스트 카메라, 화성 로봇 팔 영상 장비(MAHLI) 그리고 화성 강하 영상장비(MARDI) 카메라는 Malin Space Science System에 의해 발전되었고, 그들은  탑재된 전자 영상 처리 장치, 1600x1200의 CCD, RGB 베이어 방식 필터 등 모두 공통적인 설계 구성요소를 공유한다.
위험 기피 카메라 8개, 탐색 카메라 4개, 마스트 카메라 2개, 화성 로봇 팔 렌즈 영상장비 1개, 화성 강하 영상장비 1개, 화학실험·카메라 복합체 1개로 총 17개의 카메라를 가지고 있다.

마스트 카메라 (MastCam)

마스트 카메라 말린 우주 센터가 제작한 카메라로, 시스템은 두 개의 카메라로 여러 스펙트럼 영상과 트루 컬러 영상을 제공한다. 카메라는 1600x1200 화소의 트루 컬러 사진을 찍고, 1280x720 화소 영상을 두 번째 하드웨어에서 화소 당 10 프레임까지 압축시킬 수 있다.
마스트 카메라중 하나는 중간 각도 카메라(MAC)로, 34mm(1.3인치) 초점거리에 15°의 관측 시야, 1 km(0.62 마일) 규모의 크기를 22 cm/pixel(8.7인치/화소)에 나타낼 수 있다. 마스트 카메라중 또 다른 카메라는 좁은 각도 카메라(NAC)로, 100mm(3.9인치) 초점거리에 5.1°의 관측 시야, 1 km(0.62 마일) 규모의 크기를 7.4 cm/pixcel(2.9인치/화소)에 나타낼 수 있다. 또한 Malin은 한 쌍의 마스트 카메라 확대 렌즈를 개발했는데, 새로운 하드웨어의 성능 시험과 2011년 11월 출시 시기가 거의 겹쳤기 때문에 탐사차에 포함되지 않았다.
각각의 카메라는 보정되지 않은 사진을 5,500개 이상 저장할 수 있고, 실시간으로 손실이 없는 데이터 압축이 가능한 8GB 플래시 메모리를 가지고 있다. 카메라는 2.1m(6피트,11인치)에 있는 물체의 초점을 무한대로 맞출 수 있는 자동초점을 가지고 있다. 설치되어 있는 RGBG 베이어 필터와 더불어 각각의 카메라는 여덟 개의 회전 필터를 가지고 있다.베이어 필터가 가시광선 처리량을 줄이는 동안, 모든 3개의 색들은 대부분 700nm보다 긴 파장으로 인해 투명해지고, 적외선 관측에 최소한의 효과를 주게 된다.

화학실험·카메라 복합체 (ChemCam)

이름에서 알 수 있듯이, ChemCam은 원격 관측 기계들의 집합체이다. 실제로 ChemCam은광선 유도 분광기(LIBS)와 원격 마이크로 화상촬영(RMI) 망원경, 이 두 개의 다른 기계가 하나처럼 결합되어 있다. ChemCam의 기계 제품군들을 프랑스 CESR 연구소와 Los Alamos 국립 연구소에 의해 개발되었다. 마스트 장치의 비행 모델은 프랑스 CNES 으로부터 Los Almos 국립 연구소로 배달되었다. RMI가 ChemCam 과학자들이 LIBS 기계의 목적은 바위와 토양의 원소 조성물을 제공하는 것인데, 그 동안 RMI는 ChemCam 과학자들에게 LIBS가 목표로 삼은 표본지역의 암석과 토양의 높은 해상도 사진을 줄 수 있다. LIBS 기계는 7m(23피트)까지 암석 또는 토양을 목표로 삼을 수 있는데, 1067 nm 적외선 레이저로부터 50에서 75 5-나노 초 진동에서 작은 양의 시료를 증발시키고, 암석으로부터 증발된 것에서 방출되는 스펙트럼을 관찰한다.
ChemCam은 자외선, 가시광선 및 적외선의 6,144개의 상이한 파장을 기록할 수 있는 능력이 있다. 발광 플라즈마 공의 탐지는 240nm에서 800nm사이인 가시광선(적외선과 자외선의 사이)에서 가능할 것이다. 성에서 큐리오시티에 의한 ChemCam의 첫 레이저 실험은 Bradbury 착륙지점과 인접한 N165(‘Coronation’ rock)에서 2012년 8월 19일에 수행되었다. ChemCam팀은 하루에 약 12개의 암석 구성성분을 측정할 예정이다. 동일 광학 수집계를 이용해서, RMI는 LIBS의 분석 장소의 배경 사진을 제공한다.
RMI는 10m(33피트)거리의 1mm 물체를 구분할 수 있고, 그 거리에 대해 20 cm(7.9인치)의 관측 시야를 가지고 있다.

탐색 카메라 (navcams)

탐사차는 지면 탐색을 지원하기 위해 설치된 흑백 탐색 카메라 두 쌍을 가지고 있다. 카메라는 45°의 화각을 가지고 있고, 3-D 입체 사진을 찍을 때 가시광선을 이용한다. 이 카메라들은 화성 패스파인더 임무에서 쓰인 ICER 사진 압축 형식을 지원한 것과 같다.

탐사차 환경 모니터 장비 (REMS)

REMS는 화성의 환경(습도, 기압, 온도, 풍속 그리고 자외선)을 측정하기 위한 기계를 포함하고 있다. 그것은 스페인 교육과학부(정부)에서 제공한 자외선 감지기를 포함하는 기상 패키지이다. 조사팀은 마드리드의 천체생물학 센터의 Javier Gómez-Elvira가 이끄는데, 파트너로써 핀란드 기상 연구소를 포함한다. 모든 감지기들은 3가지 요소들(탐사차의 마스트에 설치된 두 개의 붐, 탐사차의 상단 갑판에 위치한 자외선 감지기(UVS) 및 탐사차 몸체안의 기계 관리장치(ICU)) 주변에 설치되어 있다. REMS는 지상과 대기의 상호작용에 따라 화성의 일반적인 순환, 미소한 규모의 날씨 시스템, 지역의 물 순환, 자외선의 파괴적인 잠재력과 지하의 거주에 대한 새로운 단서를 제공할 것이다.

위험 기피 카메라 (hazcams)

탐사차는 hazcam이라 불리는 4쌍의 흑백 탐색 카메라(2쌍은 앞에, 2쌍은 뒤에 있다.)를 가지고 있다. 그들은 암석과 토양에서 탐사차가 움직이는 동안 자율적으로 위험을 피하고, 로봇 팔이 안전한 위치에 있게 한다. 한 쌍의 각 카메라는 중복을 위해 두 개의 동일한 주요 컴퓨터에 연결되어 있다. 8대의 카메라 중 4대는 언제라도 사용할 수 있다. 카메라는 3-D 입체사진을 찍을 때 가시광선을 이용한다. 카메라는 120°의 화각과 탐사차 앞의 3m(9.8피트)까지 지형을 측량한다. 이 사진 보호 장치는 탐사차가 예상치 못한 장애물과의 충돌을 대비하고, 연계된 소프트웨어와 작동하여 탐사차 스스로 안전한 선택을 할 수 있게 한다.

화성 로봇 팔 렌즈 영상장비 (MAHLI)

MAHLI는 탐사차의 로봇 팔에 장착된 카메라이며, 암석과 토양의 미세한 사진을 얻는다. MAHLI는 화소 당 14.5 마이크로미터의 높은 1600×1200 화소의 트루 컬러 사진을 얻을 수 있다. MAHLI는 18.3에서 21.3mm(0.72에서 0.84 인치까지)의 초점거리와 33.8에서 38.5°의 화각을 가지고 있다. MAHLI는 어둠속이나 형광 사진을 찍기 위해 하얀색과 적외선 LED조명 둘 다 가지고 있다. 또한 MAHLI는 mm 거리에서 무한대까지 넓은 범위의 초점 기계를 가지고 있다. 이 시스템은 초점 스태킹 처리와 그에 따른 사진을 만들어 낼 수 있다. MAHLI는 편집 되지 않은 사진 저장이나 실시간으로 손실되지 않은 JPEG 압축 둘 중 하나를 할 수 있다. MAHLI의 구경 측정 목표물은 색상 참조, 도형 측정기준 막대기, 1909 VDB 링컨 페니 그리고 깊이 보정을 위한 한 단 형태를 포함한다.

화학 광물 분석 장비 (CheMin)

CheMin은 화학 및 광물학적 X선 분말 회절, 형광 기계이다. CheMin은 4개의 분광기 중 하나이다. 그것은 화성의 다량의 무기물을 식별하고 양을 잴 수 있다. 그것은 NASA 에임즈 연구 센터와 제트 추진 연구소에서 David Blake에 의해 개발 되었고, 2013년 올해의 NASA 정부 발명상을 수상했다. 탐사차는 암석에 구멍을 뚫어 표본을 얻고, 표본을 차량 상단의 시료 유입관을 통해 기계에 넣어 결과를 낸다. 그리고는 X선 빔은 표본을 겨냥하고 과학자가 분석된 무기물을 식별할 수 있도록 무기물의 결정구조를 각도 특성을 편향시킨다.
2012년 10월 17일, ‘Rocknest’에서 화성 토양의 첫 X선 회절 분석을 수행했다. 몇몇의 무기물에서 밝혀낸 결과는 장석, 휘석과 감람석 등이 존재하고, 화성의 토양이 하와이 화산의 ‘풍화된 현무암 토양’과 유사하다는 것을 암시한다. 하와이 분석구로부터 테프라는 1998년부터 연구원으로부터 화성 표토 모의를 만들기 위해 채굴되고 있다.

화성 시료 분석 장비 (SAM)

SAM 기계군은 대기와 토양 표본에서 유기물과 가스를 분석한다. 기계들의 구성은 미 항공 우주국(NASA) 고다드 우주 비행센터, Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques(LISA)(프랑스의 CNRS와 파리의 대학에 의해 공동 운영), Honeybee Robotic와 마찬가지로 많은 추가적 외부 도움에 의해 발전 되었다. 3가지 주요 기계는 사중 극자 질량 분광계(QMS), 가스 크로마토그래프(GC) 그리고 가변 파장 레이저 분광계(TLS)이다. 이 기계들은 지구화학적 또는 생물학적 기원을 구분하기 위해서 화성의 대기의 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄)에서 산소와 탄소 동위원소 비율의 정밀 측정을 수행할 것이다.

먼지 제거 장비 (DRT)

먼지 제거 장비(DRT)는 큐리오시티의 팔 끝의 엔진이 달린 와이어 강모 브러시이다. DRT는 2013년 1월 6일에 Ekwir 1 이라는 바위를 첫 목표물로 사용되었다.

방사선 측정 검출기 (RAD)

이 기계는 작동되는 MSL기계 중 첫 번째다. 첫 번째 역할은 항행하는 동안 우주선 내의 광범위한 방사선 환경을 특성화시키는 것이다. 이러한 우주선 내의 측정은 행성 간 공간에서 한 번도 이루어진 적이 없었다. 주된 목적은 잠재적인 인간 탐사에 대한 생존과 보호 필요성을 결정할 뿐만 아니라, 2012년 8월 MSL이 착륙하자마자 화성 표면의 방사능 환경을 간주하기 위함이다. NASA본부와 독일 우주국(DLR)의 탐사 시스템 임무 이사회에서 자금을 내고, RAD는 남서부 연구기관(SwRI)와 독일의 킬 대학(Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) 외계 물리학 그룹에서 개발했다.

중성자 반사도 측정 장비 (DAN)

러시아 연방 우주국으로부터 제공 및 자금지원을 받은 화성표면 근처의 수소 또는 얼음, 물을 측정하는 펄스 중성자 원천지와 검출기가 밀봉된 관이다.

화성 강하 영상장비 (MARDI)

화성의 표면으로 강하하는 동안, MARDI는 1.3 밀리세컨드(1000분의 1) 노출시간으로 지면에서 3.7 km(2.3마일)에서 5m(16피트)까지 2분 동안 초당 4개의 장면을 1600×1200 화소의 색채사진을 찍었다. MARDI는 90°의 원형 화각을 가지고 있고, 1.5m(4.9피트)에서 2 km(1.2마일)로부터 1.5mm(0.059인치)에서 2m(6.6피트)의 화소 크기를 가지고 있다. MARDI는 4,000개의 가공되지 않은 사진을 저장할 수 있는 내부의 완충 메모리(기억장치) 8GB를 가지고 있다. MARDI의 사진은 착륙 위치와 주변의 지형을 조사하는데 가능하게 했다. Juno(주노) 우주선을 위해 지어지는 주노카메라의 기초는 MARDI이다.

로봇 팔

탐사차는 350° 회전 범위에 5가지 장치를 들고 있고 끝자락이 십자가 모양인 2.1m(6.9피트) 길이의 팔을 가지고 있다. 그 팔은 움직이는 동안 앞으로 벌려졌다가 오므려지는 것을 반복할 때 3개의 관절을 이용한다. 팔의 무게는 30 kg(66파운드)이고, 장치의 끝을 포함한 총 길이는 60 cm(24인치)이다.
5개의 장치 중 2개의 장치는 X선 분광기(APXS)와 화성 로봇 팔 렌즈 영상장비(MAHLI 카메라)라고 알려진 접촉하고 있거나 그 자리에 있는 기계다. 남은 3개의 장치는 표본 준비 및 습득기능이 있다 : 진동 드릴, 브러시, 스쿠퍼 기능이 있는 장치 그리고 암석과 토양의 가루를 사분(篩分)하고 부분화 하는 장치. 드릴로 뚫은 뒤 구멍의 직경은 1.6 cm(0.63인치)이고 깊이는 5 cm(2.0인치)이다. 드릴은 여분으로 2개의 작은 조각들을 가지고 있다. 탐사차의 팔과 포탑 시스템은 APXS와 MAHLI 각각의 목표에 배치시킬 수 있고 또한 암석 내부에서 표본을 얻을 수 있고, 탐사차 안의 SAM과 CheMin 분석기로 가져올 수 있다.

비교

큐리오시티는 화성 과학 장비인 고급 탑재화물을 가지고 있다. 그것은 1996년부터 화성으로 보낸 NASA의 무인 표면 탐사차이다. 이전의 화성 패스파인더 계획(1997)으로부터 화성 탐사차인 소저너와 화성 탐험 탐사차(MER)으로부터 스피릿(2004-2010)과 오퍼튜니티(2004부터)에게도 성공적이었다.
큐리오시티는 2.9m(9.5피트)이고 넓이는 2.7m(8.9피트), 높이는 2.2m(7.2피트)로, 화성 탐험 탐사차보다 1.5m(4.9피트) 길고, 6.8 kg(15파운드)인 과학 장비를 포함하여 174 kg(384파운드)만큼 무겁다 화성 탐험 탐사차의 파노라마 카메라(Pancam)와 비교하자면, 마스트 카메라-34는 1.25배 높은 공간 해상도를, 마스트 카메라-100은 3.67배 높은 공간 해상도를 가지고 있다.
탐사선이 탐색하는 지역은 북미 서부의 Four Corners지역과 비교된다. 게일 분화구는 코네티컷(Connecticut)과 로드 아일랜드(Rhode Island)을 결합한 것과 유사하다.
비글 2 프로젝트를 오직 4명의 사람만 감시했기 때문에, 비글 2 프로젝트의 책임자는 많은 큐리오시티 하강 관찰 기술자들로부터 감정적인 반응을 받았다. 비글 2 팀은 필요에 의한 미덕을 만들었다.: 그 당시에 필요에 의해 사전에 고려된 화성 탐사선 크기에 유럽이 주식 취득에 관한 기회가 없었는데, 팀의 비용을 4%미만으로 절감하여 큐리오시티 임무 비용을 대는 혁신적인 방법을 사용했다. 또한 그들은 오직 한 번 투자했으며, 반복임무에 투자하지 않았다.(이름은 초기의 탐사선이 아닌 HMS 비글의 후계자로 비글 2로 지명 되었다.) 그것은 큰 위험으로 간주 되었고, 비글 2는 착륙에서 살아남지 못했다. 팀은 (훨씬 적은 비용으로 대부분 성공될 것이라 현실적 기대를 가진) 몇 개의 부분으로 화성을 탐험하고 가능하면 소행성들까지 탐험할 수 있고, 하나의 ‘표준’ 탐험 탐사선 보다 상당히 적은 가격인 미래형 발사 비글-유형 착륙선을 제안했다.

착륙 지점

큐리오시티는 게일 분화구에 있는 Aeolis Palus의 Quad 51 지역(노란 칼[Yellow knife]이라는 별명이 있다)에 착륙했다. 착륙지점의 좌표는 4.5895°S 137.4417°E이다. 그 지역은 SF소설 작가인 Ray Bradbury을 기념하여 Bradbury Landing로 명명되었다. 추정상 35~38억 살의 충돌 분화구인 게일 분화구는 처음에 서서히 침전물로 채워졌다고 생각된다. 아마 완전히 덮여질 때까지 처음에는 수성 침전물, 그 다음에는 풍성 침전물이었을 것이다. 그 후 풍식 작용은 154 km(96 mi)의 넓은 분화구의 중앙에 5.5 km(3.4 mi)의 고립된 산인 Aeolis Mons("Mount Sharp")을 남기며 침전물의 원천이 되었다. 게다가, 탐사선이 산에 쌓인 침전물에서 20억년의 화성역사를 연구할 수 있는 기회를 가질 것이라 추정된다. 추가적으로, 착륙지점의 근방은 충적 선상지 인데, 이는 퇴적물의 재 풍화침식이나 최근 지질 기록에 연관된 어떠한 것 이전에 지하수의 유출에 의한 결과라고 생각된다.

착륙 시스템에서 탐사선의 역할

이전까지 나사의 화성 탐사차들은 화성 표면에 대한 성공적인 진입과 하강, 착륙 후에만 작동 되었다. 반면에 큐리오시티는 최종 착륙에 대비한 현가장치를 도입함으로써 화성 표면에 하강할 때 작동되도록 하였다.
큐리오시티는 다듬어진 비행형태부터 착륙형태까지 변형시켰다. 그와 동시에 우주선이 착륙 시점에 돌입하게 되어 MSL 우주선은 화성 표면에서의 부드러운 착륙(바퀴를 내려서 안착하기)을 위해 "스카이 크레인" 시스템으로 20m(66fit)가량을 스스로 낮췄다. 탐사차는 진입 후 고체 지역임을 확인하기 위해 2초 가량을 기다리고, 브라이들에 달린 케이블 절단기를 작동시키는 몇몇 개의 파이로(pyros: 작은 폭발 장치)를 우주선 진입단계에서 벗어나기 위해 발사했다. 그리고나서 진입단계는 동체착륙으로 옮겨졌다. 그리고 탐사차는 과학을 위한 미션을 수행하기 위해 준비했다.

반향

2012년 8월 6일 PDT(태평양·연안 표준시)로 늦은 시간에 NASA TV를 이용하여 임무 팀과의 인터뷰를 포함한 화성의 표면으로부터 첫 장면을 생방송으로 보여주었다. NASA 홈페이지는 단시간에 압도적으로 늘어난 방문자들에 의해 이용할 수 없게 되었고, NASA가 착륙에 대해 발췌한 13분에 의해 YouTube 채널을 1시간 중단시켰고, 로봇식의 DMCA 분해에 의한 착륙 이후 몇 시간동안 접근이 막혔다가 스크립스 지역 뉴스로부터 알게 되었다 뉴욕시의 타임 스퀘어(Times Square) 광장에 1,000명의 사람들이 모여 대형 화면에 보여 지는 NASA의 큐리오시티 착륙 생방송을 봤다. 착륙 비행 담당자인 Bobak Ferdowsi는 TV 인터뷰를 하는 동안 입고 있던 노란색 별과 그의 모히칸 머리모양을 통해 인터넷에서 유명해졌고, 45,000명의 구독자가 방문하여 트위터 유명인사가 되었다.
2012년 8월 13일에 미국 버락 오바마 대통령은 타고 있던 전용기에서 큐리오시티 팀에게 “당신들은 미국의 실질적인 지식과 경험이면서 독창성 있는 사람들입니다.‘ 라고 연락했다.(7분 20초의 영상)" (Video (07:20))
로스 엔젤레스와 캘리포니아의 게티 보존 연구소(Getty Conservation Institute) 과학자들은 큐리오시티에 탑재된 CheMin 장비가 손상 없이 고대 예술 작품을 조사하는데 잠재적으로 가치가 있다고 본다. 최근까지, 오직 몇 개의 장비만 잠재적으로 인공유물을 충분히 손상시킬 만큼 크게 물리적으로 절단하지 않고 구성을 확인할 수 있었다. CheMin은 400 micrometer(0.016인치)만큼 작은 입자에 X선을 향하게 하고 인공유물의 조성을 결정하기 위해 다시 분산된 방사능을 1분 안에 판독한다. 공학자들은 X-Duetto라는 좀 더 작고 편리한 것을 만들었다. 몇 개의 서류가방 크기에 맞는 그들은 물리적으로 온전하게 보존된 상태에서 물체를 검사할 수 있다. 지금은 게티 과학자(Getty Scientist)들에 의해 박물관 인공 유물이나, 이탈리아에 있는 로마 유적인 헤르쿨라네움(Herculaneum)을 분석하는데 이용된다.
착륙 이전에, NASA와 마이크로소프트 회사(Microsoft)는 화성 탐사선 착륙을 무료로 내려 받을 수 있는 엑스박스 라이브(Xbox Live)게임(착륙 순서를 사용자가 조종하고, 몸의 움직임을 인식하는 키넥트(Kinect)를 사용)을 공개했다.
NASA는 대중들에게 2009년부터 2011년까지 화성에 보낼 자신의 이름을 제출하는 기회를 주었다. 120만 이상의 사람들이 참여했고, 이름들은 JPL에서 아주 작은 장치를 만드는데 쓰이는 전자 빔 기계를 이용하여 실리콘에 아로새기고, 이 마이크로칩은 현재 큐리오시티의 갑판에 설치되어 있다. 또한, 40년 전통을 유지해온, 버락 오바마 대통령과 조 바이든 부통령의 서명이 있는 깃발도 설치했다. 탐사선의 다른 곳에는 에세이 대회에서 ‘큐리오시티’라는 이름을 쓴 캔자스에서 온 12살 소녀인 클라라 마(Clara Ma)의 사인(“호기심은 일상생활을 통해 우리를 움직이게 해주는 열정입니다.”)이 쓰여 있다."
2013년 8월 6일에 큐리오시티는 화성에 착륙한지 1 지구 년 보낸 것을 축하하며 “생일 축하 합니다”를 들을 수 있게 연주했고, 다른 행성에서 노래가 처음으로 연주되었다. 또한 두 개의 행성 사이에 노래가 전송된 첫 번째 사례이다.

큐리오시티는 머지않아 2020년에 화성에 설치가 계획될 화성 2020 탐사선 임무 설계를 위한 기초가 될 것이다. 큐리오시티 탐사선으로부터 몸체와 지상시험 몇 개 부분은 새 차량에 쓰일 것이다.

그에 따른 보상

NASA와 JPL 화성 과학 실험실, 큐리오시티 임무 팀은 국제 항공학 협회로부터 2012년 Robert J. Collier Trophy를 수상했다. “화성에 큐리오시티를 성공적으로 착륙시키고, 국가적 기술과 공학능력을 발전시켰으며 고대 화성의 거주 환경에 대한 인류의 이해를 개선한 특별한 업적을 인정합니다.”

지도

화성에 대한 다음 지도는 잘 알려져 있는 탐사선의 위치뿐만 아니라 지리학적인 기능의 연관성을 포함하고 있다. 다음 기사를 클릭하면 해당 기사 페이지로 이동한다. 북쪽이 상단이다.;해발고도; 붉은색(높은 곳), 노란색(0), 파란색(낮은 곳)