1년 전 NASA의 소행성 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)가 베누(Bennu)에 도착했습니다. 올해 8월 말, 베누 표면에서 첫 번째 샘플 수집이 이뤄질 예정입니다. 무사히 샘플을 수집한 뒤 2021년, 베누에서 출발해 2023년경 샘플을 지구로 가져올 계획입니다.
그런데 소행성 베누의 표면은 과학자들의 예상과 달랐습니다. 소행성 표면은 거대한 바위로 뒤덮여 있었습니다.
예상과 달라도 너무 달랐다, 새로운 항법 찾아라
오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)팀은 원래 TAG(Touch-And-Go) 샘플채취를 하는 동안 LIDAR 시스템을 이용해 베누의 지표를 탐사할 계획이었는데요. LIDAR는 레이더와 비슷하지만 전파가 아닌 레이저 펄스를 이용해 거리를 측정합니다.
오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)의 유도(Guidance), 항법(Navigation), 유도항법제어(GNC) LIDAR 등은 비교적 위험이 적은 표면에서 우주선이 항해하도록 설계됐습니다. 참고로 우주선에서 유도(Guidance)는 현재의 위치로부터 목표 위치까지 속도, 회전 및 가속도의 변경을 통해 원하는 경로를 결정하는 걸 의미합니다. 항법(Navigation)은 주어진 시간에 자세, 속도 및 위치의 결정을 뜻하며 제어(Control)은 안정성을 유지하며 경로를 조정하는데 필요한 힘의 조작을 말합니다.
이 미션은 원래 직경 50m를 착륙지점으로 구상해놓았습니다. 그런데 안전지대 중 가장 넓은 곳은 폭 16m로 훨씬 협소했습니다. 이에 연구팀은 우주선이 잠재적인 위험을 피하면서 매우 협소한 이 지점에 정확히 도달하도록 보다 정밀한 항법 기술이 필요하다는 사실을 깨달았습니다.
바위와 분화구를 이정표로 삼아라
미션팀은 베누 표면에 무사히 착륙해 샘플을 채취할 수 있는 안전한 방법을 새롭게 마련해야 했습니다. NASA 성명에 따르면 연구팀은 탐사선에 위험 요소로 작용할 수 있는 이 거대한 바위를 역으로 이정표 삼아 항해하는 방법을 개발했습니다. Natural Feature Tracking(NFT)라 불리는 항법입니다. NFT는 LIDAR보다 더 광범위한 항법 기능을 제공하는데요. 'Bullseye TAG'라 불리는 기술을 실행하는 게 핵심입니다. 이 기술을 이용하면 훨씬 협소해진 샘플링 지역으로 우주선을 보낼 수 있었기 때문입니다. 광학항법(optical navigation) 기술로 우주선에 탑재된 고해상도 이미지 카탈로그(image catalog)를 만들어야 합니다.
올해 초 이 우주선은 Nightingale and Osprey라고 명명된 샘플 채취 장소를 정찰하며 지표 위 625m가량을 비행했습니다. 비행하는 동안 우주선은 NFT 이미지 카탈로그를 완성하기 위해 각기 다른 각도와 조명의 조건 하에서 이미지를 수집했습니다. 연구팀은 이 카탈로그를 사용해 샘플링 지역 주변의 바위와 분화구를 식별했습니다. 그리고 이 정보를 샘플 수집 미션이 이뤄지기 전 탐사선에 업로드 할 예정입니다. NFT는 탑재된 이미지 카탈로그와 지표를 비행하며 찍은 실시간 항해 이미지를 비교해 탐사선을 베누의 표면으로 자율적으로 유도할 계획입니다. 탐사선이 지표로 하강하며 NFT는 주요 지형 지물과 관련해 탐사선의 위치에 따라 예측 지점을 업데이트합니다.
연구팀은 샘플링 지역인 Nightingale and Osprey의 위험 지도를 만들어 큰 바위나 가파른 경사면처럼 탐사선에 해를 미칠 수 있는 모든 지표의 특징을 기록했습니다. 연구팀은 오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)에 탑재돼 있는 레이저 고도계(OSIRIS-REx Laser Altimeter, OLA)를 이용해 베누의 지형을 정밀하게 모델링한 3D 지도를 만들었습니다. NFT의 일부로 이 지도는 바위의 높이와 분화구의 깊이를 기록하고 탐사선이 협소한 샘플링 지점에 도착할 때까지 잠재적인 위험으로부터 멀어지도록 항해를 돕습니다. 하강 중 탐사선이 안전하지 않은 지형에 접촉할 것이라고 예측되면 자동적으로 착지를 연기하고 지표로부터 멀어질 것 입니다. 그러나 이 지역에 위험이 없다고 판단되면 계속해 하강을 한 뒤 예정대로 샘플을 채취할 겁니다.
NFT는 4월에 첫 번째 샘플링 리허설을 하는 동안 이 탐사선의 항법으로 이용됩니다. 운영팀은 2019년 말 궤도 B미션 단계에서 예비시험을 실시했으며, 그 결과 NFT가 설계한 대로 실제 조건에서도 동일하게 작동됐습니다. NFT는 6월 예정된 2차 리허설 때도 항법에도 활용될 예정입니다.
