화성을 비행하는 헬리콥터

독창성 화성 헬리콥터 모델. (NASA/JPL Caltech/사진)

베이징 시간으로 2021년 4월 19일, 미국 항공우주국(NASA)의 Ingenuity Mars 헬리콥터가 화성에서 첫 번째 시험 비행을 성공적으로 완료했습니다. 그리고 역사상 항공기를 조종해 지구가 아닌 다른 행성을 비행하는 것은 인류 우주탐험의 새로운 역사를 창조했다.

NASA의 행성 과학 부문 이사인 Lori Glaze는 NASA의 공식 웹사이트에서 Ingenuity의 중요성에 대해 다음과 같이 언급했습니다. “1997년 Sojourner 화성 탐사선이 화성 표면에 착륙했을 때 우리도 마찬가지로 Ingenuity가 과학 연구의 미래를 위해 갖고 있는 잠재력을 이해합니다. >Ingenuity 헬리콥터는 높이 0.49m, 로터 날개 길이 1.2m, 무게 1.8kg이며 비용은 8,500만 달러입니다. 에너지를 공급하고 무선 통신 시스템을 통해 Perseverance 탐사선과 데이터를 전송하며 컴퓨터, 내비게이션 센서 및 카메라 2대(컬러 카메라 1개, 흑백 카메라 1개)를 갖추고 있습니다.

일반적으로 다른 행성으로 보내는 탐사선과 달리 인제뉴티 자체에는 과학 장비를 탑재하지 않으며 과학 임무를 수행하지도 않으며 다른 행성에서 전원이 공급되는지 확인하기 위한 테스트 장비로만 사용됩니다. 통제된 비행 가능성.

이 역사적인 비행을 완료하기 전에 스마트 팀은 설계 과정에서 많은 어려움을 극복했습니다. Ingenuity의 수석 엔지니어인 Bob Balaram은 "6년 전부터 우리가 취한 모든 조치는 항공기 역사상 미지의 영역이었습니다."라고 말했습니다.

스마트 정사각형 동체의 크기는 다음과 같습니다. 20cm, 16cm, 14cm 크기의 컴퓨터, 카메라, 배터리는 내부에 있고, 동체 외부에는 안테나, 태양광 패널, 랜딩 기어 및 2개의 로터가 있습니다. Perseverance 탐사선의 공간은 매우 제한되어 있으므로 헬리콥터를 어떻게 배치할지가 큰 과제가 되었습니다. 엔지니어들은 로버 본체의 모든 공간을 고려한 후 마침내 로버 본체 아래에 Ingenuity를 배치하기로 결정했습니다.

화성 표면의 중력은 지구 표면 중력의 약 3분의 1이지만, 대기의 밀도는 지구 표면의 1%에 불과해 충분한 양력을 제공하기 어렵다. 따라서 스마트 로버는 매우 잘 설계되고 제작되어야 하며, 매우 가볍기 때문에 양력 부족을 극복할 수 있습니다.

화성은 낮 동안 지구가 낮에 받는 태양 에너지의 절반 정도를 받습니다. 화성의 밤에는 온도가 섭씨 영하 90도까지 떨어지며, 이러한 낮은 온도는 보호되지 않은 전자 장치를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 화성의 극도로 추운 밤에 살아남으려면 Ingenuity가 기체 내부의 히터를 공급할 만큼 충분한 에너지를 확보해야 합니다.

Perseverance와 Ingenuity가 화성 표면에 착륙한 후 두 팀은 시험 비행을 준비하기 시작했습니다. 3월 21일, Perseverance는 착륙 중 Ingenuity를 보호했던 흑연 복합 재료로 만들어진 기타 케이스 모양의 보호 커버를 잃어버렸고, 시험 비행은 카운트다운에 돌입했습니다.

인내와 독창성이 첫 번째 시험 비행을 위한 이륙 위치에 도착한 후 임무 팀은 마지막 질주를 시작했습니다. "공항"으로 알려진 Ingenuity의 이륙 위치는 신중하게 선택되었습니다. 이 소위 공항은 10m² 크기의 평평하고 장애물이 없는 Jezero 충돌 분화구에 위치하고 있으며 동시에 Ingenuity가 이륙한 후 약간 더 멀리 있는 Perseverance는 좋은 관측 시야를 가질 수 있습니다.

퍼서비어런스가 '공항'의 적절한 위치에 도달했음을 임무팀이 확인한 후, 인지뉴어티를 출시하는 작업이 시작됐다. Ingenuity and Perseverance 연결을 담당하는 관리자인 Farah Alibay는 NASA의 공식 웹사이트에서 다음과 같이 말했습니다. “이 헬리콥터와 관련된 모든 것과 마찬가지로 이러한 유형의 작업은 일단 시작되면 되돌릴 수 없습니다. 는 뭔가 잘못되었다는 신호입니다. 다음에 무슨 일이 일어날지 이해할 때까지 화성의 하루(화성의 하루는 약 24시간 39분) 이상 잠시 멈추겠습니다.

인내가 성간을 통해 독창성을 가져왔습니다.” 화성까지 5억 킬로미터 이상을 여행했으며 착륙 과정에서 공중 크레인 등 첨단 기술을 사용했습니다.

그러나 Ingenuity 팀의 경우 Perseverance에서 Ingenuity를 화성 표면으로 성공적으로 방출하는 것이 가장 큰 과제입니다. 이를 위해 그들은 특별히 화성 헬리콥터 전송 시스템을 개발했습니다.

화성의 평평한 표면에서 탐사선 바닥의 지상고는 67cm입니다. 전달 시스템의 높이는 약 6cm이고 헬리콥터 자체의 높이는 49cm로 Ingenuity는 화성 표면에서 약 12cm 위에 있습니다. 12cm라는 제한된 공간은 엔지니어가 직면한 문제입니다. 하지만 스마트를 차체 아래 수평으로 배치하면 작동 공간이 충분하다는 점을 발견하고 이 솔루션을 채택했습니다.

임무팀이 화성 표면에 Ingenuity 배치를 완료하는 데 약 6일이 걸렸습니다. 이 기간 동안 Smart는 미리 설정된 작업을 단계별로 완료했습니다. 먼저 엔지니어들은 화성으로 발사 및 하강하는 동안 헬리콥터를 로버 아래쪽에 단단히 고정하는 잠금 장치의 해제를 명령했습니다. 다음으로, 로프 절단 장치가 점화되어 헬리콥터를 제자리에 고정하는 스프링 암이 헬리콥터를 수평에서 몸체 바닥으로, 몸체(지면)에 수직으로 회전하기 시작합니다. 이 과정에서 작은 전기 모터가 스프링 암을 당깁니다. 스프링 암이 잠긴 후 헬리콥터 동체가 지면에 대해 완전히 수직이 되고 두 개의 스프링 랜딩 기어도 열립니다. 그런 다음 다른 장치가 점화되어 나머지 두 개의 랜딩 기어가 해제되었습니다.

이 과정이 성공적으로 완료된 후 임무 리더는 전송 시스템을 해제하라고 명령했고, 이에 인제뉴티는 12cm나 떨어져 화성 표면에 도달했다. 소재를 확인한 임무팀은 퍼서비어런스에게 인제뉴티에서 멀어지도록 명령했고, 인제뉴이티는 태양광 패널을 사용해 자체 배터리를 충전하기 시작했다. 이 순간부터 Ingenuity는 공식적으로 화성 30일 비행 테스트를 시작했습니다.

3월 말 NASA가 발표한 뉴스에 따르면 Ingenuity의 첫 번째 시험 비행은 빠르면 4월 8일이 될 것입니다. 그 후 NASA는 Ingenuity의 첫 번째 시험 비행이 동부 표준시인 4월 11일에 있을 것이라고 발표했습니다. 그러나 테스트 과정에서 문제점이 발견돼 테스트 시기를 4월 14일 이후로 연기했다. 지상 관제 센터의 엔지니어들은 비행 소프트웨어의 취약점을 발견하고 이를 업그레이드해야 했습니다. 이 문제를 해결한 후 프로젝트 팀은 첫 비행 시간을 베이징 시간으로 4월 19일 15시 30분으로 결정했습니다.

캘리포니아 공과대학 제트추진연구소(JPL)의 Ingenuity 팀이 시험 비행을 시작하기로 결정한 후 Perseverance는 받은 최종 비행 지시 사항을 Ingenuity에 전달했습니다. 화성까지의 긴 여행 후 매우 섬세한 방식으로 방출된 Ingenuity의 첫 번째 비행 과정은 실제로 복잡하지 않았습니다. 프로펠러가 2537rpm의 속도에 도달한 후 Ingenuity가 이륙하여 초당 1미터의 속도에 도달했습니다. 상승; 화성 표면에서 3m 높이에 도달한 후 Ingenuity는 30초 동안 공중에 떠 있다가 하강하여 화성 표면에 착륙했습니다.

로버가 첫 시험비행을 마친 지 3시간이 지나서 퍼서비어런스는 로버의 첫 번째 엔지니어링 데이터 세트와 로버 카메라로 촬영한 사진, 이미지를 화성에서 비행하는 로버를 통해 전달했다. 탐사선은 지구로 다시 전송합니다. Smart 팀은 이러한 데이터를 통해 Smart의 첫 비행이 성공했음을 확인했습니다.

다음 화성의 날에는 첫 비행 중에 수집된 나머지 엔지니어링 데이터와 Ingenuity의 내비게이션 카메라로 촬영한 저해상도 흑백 사진도 JPL로 다시 전송됩니다. . 또 다른 화성의 날에는 Ingenuity 탐사선의 고해상도 컬러 카메라로 찍은 사진도 지구로 다시 전송됩니다. Ingenuity 팀은 이 모든 정보를 사용하여 다음 테스트 작업을 수행할 시기와 방법을 결정합니다. 계획에 따르면 스마트는 테스트 기간 동안 최대 5번의 테스트 비행을 완료할 예정이다. 첫 번째 비행이 성공한 후에는 Ingenuity의 후속 테스트 난이도도 증가하며, 외행성에 대한 향후 임무를 위한 경험을 축적하기 위해 더 높이, 더 멀리 비행하려고 노력할 것입니다.

독창성 팀은 개척자들에게 경의를 표하기 위해 부활절 달걀도 준비했습니다. 그들은 전기 테이프를 사용하여 1903년 라이트 형제가 하늘로 날아간 플라이어(Flyer)의 날개를 덮고 있는 재료 조각을 Ingenuity의 태양 전지 패널 아래 케이블 주위에 감았습니다. 라이트 형제는 1901년에 글라이더와 비행기의 날개를 덮는 데 이 물질을 사용하기 시작했으며, 1903년에 지구상에서 최초로 동력을 제어하는 ​​비행을 완료했습니다.

인지뉴어티 헬리콥터의 화성 표면 이륙 성공은 인간의 화성 탐사 지평을 더욱 확장하는 동시에 화성 탐사 범위를 확대해 향후 임무에 더 많은 가능성을 제공할 것입니다.

화성에 대한 향후 임무에는 1세대 헬리콥터가 탑재되어 탐사에 공중 차원이 추가될 수 있습니다. 화성 헬리콥터는 화성에 착륙하는 우주 비행사를 위한 정찰 역할을 할 수 있으며 작은 과학 탑재물을 운반하거나 우주 비행사가 도달하기 어려운 절벽, 동굴, 구덩이 및 기타 연구 목표를 조사할 수 있습니다.

중국, 아랍에미리트, 미국의 화성 탐사선이 2021년 2월 연달아 화성에 도착했다. 아랍에미리트의 희망호는 화성 주위 궤도 진입에 성공했고, 미국의 퍼서비어런스호는 성공적으로 화성 궤도에 진입했다. 중국의 우주비행사 퀘스천 1호가 5~6월 적절한 기회에 화성 표면에 착륙해 인간의 화성 탐사에 새로운 정점을 열게 된다. 다른 행성에서 이륙할 수 있는 항공기는 미래에도 우리에게 새로운 놀라움을 선사할 것입니다.

남부 주말 직원 작가 Ju Qiang