이뿐만 아니다. 20일에는 퍼시비어런스 내부에 탑재된 ‘화성 산소 현장자원 활용 실험’(MOXIE·목시) 장치가 처음으로 가동돼 화성 대기 중의 이산화탄소를 산소 약 5g으로 변환하는데도 성공했다. 화성 하늘을 날고, 화성에서 산소를 만들어낸 두 실험의 원리를 살펴보자. ▶손희정 기자 son1220@donga.com

척박한 환경? “문제없지”


초소형 무인 헬기 ‘인저뉴이티’

인저뉴이티가 공중에서 찍은 최초의 컬러 사진​​

지구에서 5600만㎞ 떨어진 화성 하늘에서 무인 헬기 인저뉴이티가 힘차게 날아올랐다. 지구가 아닌 다른 행성에서 최초로 동력 비행에 성공해 역사적인 순간으로 기록됐다. 높이 약 49㎝, 무게 1.8㎏에 불과한 인저뉴이티는 19일에 3m 높이에서 40초간 비행한 뒤 착륙(비행기가 공중에서 활주로나 판판한 곳에 내림)하고 23일에는 이보다 높은 5m 높이를 51.9초 동안 날았다.

화성은 대기의 밀도(빽빽이 들어선 정도)가 지구의 1%에 불과하고 중력도 3분의 1수준이다. 지구의 고도 약 30㎞ 지점에서 이륙(비행기가 날기 위하여 땅에서 떠오름)하는 것과 같은 것. 이런 척박한 대기 환경에서 날아오르려면 충분한 양력(뜨는 힘)이 필요하다. 화성 하늘에서 양력을 얻기 위해선 지구의 헬리콥터 날개보다 훨씬 크고, 가볍고, 회전속도가 빨라야한다. 이에 인저뉴이티의 두 날개는 1.2m 길이의 탄소섬유로 만들어졌다. 가벼운 두 날개가 서로 반대 방향으로 분당 최대 2500회 회전하도록 설계돼 비행에 필요한 충분한 양력을 확보하도록 한 것. 이는 지구에서 나는 헬리콥터의 회전속도보다 약 10배 빠르다.

인저뉴이티는 화성의 혹독한 추위에도 끄떡없다. 화성의 연평균 기온은 영하 63도 수준. 한낮에도 적도 부근을 제외하면 영하권이며 밤에는 영하 90도까지 떨어진다. 이런 추위를 이겨낼 수 있도록 인저뉴이티에는 단열재(보온을 하거나 열을 차단할 목적으로 쓰는 재료)와 난방장치가 내장돼 있다. 날개에는 태양광 패널을 설치해 비행하는데 필요한 전기를 조달할 수 있도록 했다.

인저뉴이티는 앞으로 12일 동안 세 차례의 비행을 더 시도할 예정이다. 미국 항공우주국(NASA)은 매회 높이와 시간을 늘려 마지막 5차 비행에서는 최대 700m 높이로 띄어 올려 한계를 시험할 계획이다.

한 그루 나무처럼!


엔지니어가 화성 탐사 로버 ‘퍼시비어런스’에 ‘목시’를 탑재하고 있는 모습

산소 생산 실험 장치 ‘목시’(위쪽)와 그 내부​

인류가 화성에 정착하기 위해 가장 필요한 것은 산소! 화성은 대기의 95%가량이 이산화탄소로 산소는 0.13%에 불과하다. NASA는 화성에서 산소를 자급자족(필요한 물자를 스스로 생산하여 충당함)하기 위해 시간당 최대 10g의 산소를 생산할 수 있는 ‘목시’를 만들어 2월 퍼시비어런스와 함께 화성으로 보냈다. 지난 20일, 목시는 화성 대기의 이산화탄소에서 처음으로 산소를 추출하는 데 성공했다. 약 1시간 동안 5.37g의 산소를 만들어낸 것. 이는 우주비행사 1명이 10분간 호흡할 수 있는 양이다.

목시가 산소를 추출하는 방식은 식물의 광합성(식물이 빛을 이용해 스스로 양분을 만드는 과정)과 비슷하다. 하나의 탄소 원자와 두 개의 산소 원자로 구성된 이산화탄소를 흡수해 오염물을 제거하고 산소와 일산화탄소로 분리한다. 산소는 보관하고 일산화탄소는 화성의 대기로 배출된다. 이산화탄소에서 산소와 일산화탄소를 불리할 때 목시의 내부 온도는 800도까지 치솟는데 목시는 이를 견딜 수 있도록 내열성(높은 온도에서도 변하지 않고 잘 견뎌내는 성질) 소재로 제작됐다. 목시 표면의 얇은 금 코팅은 적외선 열을 반사해 외부로 방출시켜 퍼시비어런스의 내부 손상을 막는다.

목시는 앞으로 약 2년간(지구시간) 최소 9차례 산소를 만들어내는 실험을 진행한다. 각기 다른 시간과 다양한 대기조건, 기온 환경에서의 실험이 순차적으로 이뤄질 계획이다.