NASA의 새로운 탐사선이 금성의 지옥 환경에서 어떻게 살아남을 것인가

우연히 우리 옆집 이웃이기 때문에 우리가 금성에 대해 철저히 이해하고 있다고 상상할 수 있습니다. 하지만 당신은 틀렸을 것입니다. NASA는 30년 넘게 이 행성을 방문하지 않았으며, 우리가 간신히 알아볼 수 있는 곳이 너무 많습니다. 지질학적 역사부터 표면에 어떤 종류의 암석이 있는지까지, 환경은 본질적으로 미스터리.

과학자들은 금성이 한때 지구처럼, 그러나 두 곳은 진화의 어느 시점에서 갈라져서 오늘날과 같이 크게 다른 곳이 되었습니다. 우리는 금성이 열을 유지하고 태양계에서 가장 뜨거운 행성으로 만드는 두꺼운 대기를 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 그리고 우리는 그 표면이 산, 균열, 화산으로 덮여 있다는 것을 알고 있지만 이러한 것들이 여전히 활성화되어 있는지는 알 수 없습니다.

금성에 대해 알려지지 않은 것이 너무 많은 한 가지 이유는 두꺼운 대기가 대부분의 지형을 시야에서 가리고 구름층을 뚫고 그 아래에 무엇이 있는지 보기가 어렵기 때문입니다. 또 다른 이유는 그곳이 으스스할 정도로 살기 힘든 곳이라는 점이다. 굽는 온도와 산성으로 가득 찬 두꺼운 대기 사이에서 인간이 만든 어떤 것도 표면에서 몇 분 이상 살아남지 못했습니다.

하지만 우리가 옆집에 있는 이 신비한 행성에 대해 더 알고 싶다면, 우리는 그곳을 방문해야 합니다. 이것이 바로 NASA의 DAVINCI 임무가 수행할 계획입니다. 탐사선을 대기 중에 투하하여 표면에 떨어지는 동안 판독값을 측정하는 것입니다. 다음 중 하나가 될 미션 세 가지 임무 2029년에 발사되어 2031년에 대기권을 통과하여 금성에 도착할 예정입니다.

이 지옥 같은 환경을 견딜 수 있는 프로브를 구축하는 방법과 이를 통해 무엇을 배울 수 있는지 알아보기 위해 우리는 두 사람과 이야기를 나눴습니다. DAVINCI 팀 구성원: 임무 책임자인 Jim Garvin과 시스템 프로젝트인 Mike Sekerak 엔지니어.

비너스의 분위기는 어떤가요?

금성은 우리에게 얼마나 상대적으로 가까운지를 고려할 때 행성 과학의 개척지로서 알려진 바가 거의 없습니다. 상부 구름층 아래에서 무슨 일이 일어나고 있는지는 특히 흥미로운 질문입니다.

“구름 꼭대기부터 표면까지 대기의 특성은 이렇게 크고 거대합니다. 질량의 75%가 하부 15~20km에 존재하는 대기는 거의 탐사되지 않은 상태입니다." Garvin 말했다.

1960년대와 1970년대에 금성에 보내진 탐사선은 대기에 대한 데이터를 수집하려고 시도했고 어느 정도 성공했습니다. 그러나 대기에 대한 이전 측정은 막힌 흡입구와 제한된 기술과 같은 이전 탐사선의 물리적 문제로 인해 신뢰할 수 없었습니다. 이로 인해 일부 뒤죽박죽된 판독 결과가 나왔고 Garvin은 "그 중 일부는 말이 되지 않습니다."라고 말했습니다.

특히 낮은 대기는 여러 면에서 미스터리입니다. 온도와 압력이 너무 높아 액체처럼 출렁이는 초임계 유체일 수도 있습니다. 행성 표면의 암석이 대기와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 질문도 있습니다.

그리고 대기와 표면을 연구하면 금성에 관해 우리가 갖고 있는 가장 큰 질문 중 하나에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 금성의 표면에 한때 액체 상태의 바다가 있었습니까? 그렇다면 금성은 어떻게 되었습니까?

두 가지 큰 과제

금성은 탐사선에게 환영받는 장소가 아닙니다. 오븐보다 두 배나 뜨겁고, 바다 1km 아래에 있을 때보다 표면에 더 많은 압력이 가해집니다.

Sekerak은 "여기서 우리가 겪고 있는 기술적 과제는 매우 흥미롭습니다."라고 말했습니다. 금성에 대한 잠재적인 임무의 가장 큰 문제는 표면 온도가 화씨 900도(섭씨 475도)까지 올라갈 수 있기 때문에 열입니다. 그것은 납을 녹일 만큼 뜨겁고 전자 제품에 큰 피해를 줍니다.

하지만 그것은 환경 문제의 한 부분일 뿐입니다. "그러나 어려움이라는 측면에서 압박감도 크게 뒤지지 않습니다"라고 Sekerak은 말했습니다. 표면의 압력은 약 95바(bar)로 대기압의 거의 100배에 달합니다. 지구 표면이므로 이런 종류의 환경에 대한 탐사선을 설계하는 것은 일종의 건물을 짓는 것과 같습니다. 잠수함.

DAVINCI는 대기 중으로 떨어지면 열과 압력으로 인해 구성 요소가 파괴되기 전에 필요한 모든 정보를 수집하기 위해 시간과의 경쟁을 벌이게 됩니다. 프로브를 최대한 오랫동안 활성 상태로 유지하기 위해 프로브는 구형이며 압력을 견디고 열을 차단하기 위해 두꺼운 티타늄 껍질로 덮여 있습니다. 그리고 이 껍질 내부에는 용융 석영으로 만든 섬유의 일종인 아스트로쿼츠(Astroquartz)를 포함한 특수 재료로 만들어진 추가 단열재가 있습니다.

내부는 구성 요소를 외부와 열적으로 분리하여 쉘에서 열이 전달되는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 그런 다음 고전압 전자 장치의 스파크를 방지하고 발사 중에 지구 가스가 누출되는 것을 방지하기 위해 이산화탄소 가스로 채워집니다.

전체적으로 팀이 하강 구체라고 부르는 탐사선의 직경은 약 1미터입니다. 대기가 도움이 되더라도 하강 속도를 늦추기 위해 낙하산이 달린 궤도선에서 방출될 것입니다. 너무 두꺼워서 공기를 통하는 것보다 물을 통해 프로브를 떨어뜨리는 것과 더 비슷하기 때문입니다.

탐사선이 표면에 도달하는 데는 총 63분이 소요되며, 그 1시간 동안 탐사선은 잔인한 환경으로 인해 필연적으로 파괴되기 전에 가능한 한 많은 데이터를 수집하게 됩니다.

끝까지 샘플링 중

하강 구체는 대기를 통해 떨어지고 아래로 샘플링하여 위에서 아래까지 대기의 그림을 만듭니다.

구 내부에는 화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity)의 장비와 유사한 분광계와 같은 장비가 있습니다. Perseverance는 시료에 나타나는 빛의 파장을 보고 시료의 화학적 조성을 측정할 수 있습니다. 흡수하다. 그러나 샘플을 수집하고 신중하게 분석하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있는 화성 탐사선과 달리 DAVINCI는 몇 분 안에 샘플링 및 분석을 수행해야 합니다.

구 위의 다양한 지점에 흡입 밸브가 있으며, 가스를 섭취하기 위해 부서지는 세라믹 덮개가 있습니다. 이러한 가스는 매우 빠르게 분석된 다음 더 많은 샘플을 채취할 수 있도록 배출되어야 합니다. 이를 통해 탐사선은 모든 층에 걸쳐 대기의 화학적 성질을 가장 자세하게 관찰할 수 있습니다.

이런 일이 발생하는 동안 프로브의 다른 센서는 대기의 구조를 이해하는 데 도움이 되도록 온도 및 압력과 같은 요소를 측정합니다. 그런 다음 이 모든 데이터는 탐사선이 표면에 닿기 전에 궤도선으로 다시 전송됩니다.

프로브는 착륙이 아닌 대기로만 샘플링하도록 설계되었습니다. 하지만 표면에 닿으면 살아남을 가능성이 있습니다. 두꺼운 대기와 낙하산은 하강 속도를 늦추는 데 도움이 되지만 "확실히 우주 비행 장비에 이상적인 속도보다 낮은 속도로 충돌할 것"이라고 Sekerak은 웃으며 말했습니다.

그러나 탐사선이 착륙 후에도 살아남는다면 열이 구체를 통해 스며들어 전자 장치를 튀길 때까지 최대 20분 동안 데이터를 수집할 수 있습니다. 그리고 이는 표면 온도와 압력은 물론 존재하는 가스에 대한 더 많은 보너스 데이터가 될 것입니다.

대기의 화학적 성질을 이해하는 것은 DAVINCI의 목표 중 일부일 뿐입니다. 대중에게 가장 흥미로울 수 있는 또 다른 부분은 신비한 금성 표면의 사진을 찍는 것입니다.

인간 규모의 금성

탐사선은 "이전 인류가 한 번도 본 적이 없는 일종의 지형인 금성의 산"에 내려올 것이라고 Garvin은 말했습니다. 그리고 팀은 이 경험을 시각적으로나 화학적으로 기록하고 싶어합니다.

하강 구체에는 표면의 고대비 이미지를 찍어 3D 지도로 만들 수 있는 카메라도 있습니다.

하지만 카메라가 금속 구 내부에서 작동하려면 창이 필요합니다. 그리고 유리는 고압 환경을 처리하는 데 적합한 소재가 아닙니다. 그래서 다빈치의 창문은 유리가 아닌 사파이어로 만들어질 예정이에요.

Sekerak은 "말 그대로 매우 큰 사파이어 조각입니다."라고 말했습니다. “광학적인 특성이 뛰어나기 때문이죠.” 매우 강하면서도 매우 선명하여 촬영한 이미지가 왜곡되지 않습니다. 그러나 빛이 들어오는 창문은 필연적으로 더 많은 열을 내보냅니다. 그래서 엔지니어들은 창문 조립체 주위에 상변화 물질을 추가했습니다. 이 물질은 특정 온도에서 녹아 창에서 과도한 열을 흡수합니다.

이렇게 하면 카메라가 하강하는 동안 깨끗하고 선명한 이미지를 촬영할 수 있습니다. 이것들은 높은 곳에서부터 표면까지 금성의 지형을 촬영하는 데 사용될 것입니다.

"우리의 최종 이미지 해상도는 10cm가 될 것입니다."라고 Garvin은 말했습니다. "거실 건너편에서 볼 수 있는 규모입니다."

Garvin은 풍부한 과학적 데이터를 제공할 뿐만 아니라 이 규모로 이미지를 캡처하는 것이 대중이 금성을 단순히 관찰할 수 있는 점이 아닌 실제 장소로 볼 수 있다는 느낌을 갖도록 도와주세요. 멀리.

“우리는 인간의 시각과 감각적 인식을 금성에 가져오고 싶습니다.”라고 그는 말했습니다. "우리는 인간 규모에서 금성을 감지하기 시작할 것입니다."

미지의 것에 대한 테스트

금성 탐사에서 가장 까다로운 부분은 온도나 압력처럼 우리가 알고 있는 문제를 다루지 않는다는 것입니다. 정보가 거의 없는 환경에서 어떤 문제가 발생할 수 있는지 예측하려고 합니다.

그렇기 때문에 테스트와 준비는 2029년으로 예정된 출시를 준비하면서 DAVINCI 팀이 향후 7년 동안 하는 일의 큰 부분이 될 것입니다.

Sekerak은 “우리는 최악의 테스트를 실시합니다.”라고 설명했습니다. "그래서 우리는 최악의 환경이 무엇인지 테스트합니다."

예를 들어 연구자들은 금성의 구름에 황산 방울이 포함되어 있으며 황산이 물질을 먹어치운다는 것을 알고 있습니다. 하강 구체를 낙하산에 부착하는 케블라 랜야드에 대한 특별한 관심 사항입니다. 따라서 랜야드가 산성 환경을 견딜 수 있는지 테스트하기 위해 엔지니어들은 랜야드를 산 몇 방울에 매달아 두는 것이 아니라 전체 표면을 코팅합니다. 그런 다음 끈의 당김 강도를 테스트하여 가능한 최악의 환경에서도 프로브를 대기 중에 통과할 수 있을 만큼 오랫동안 견딜 수 있는지 확인하세요. 사례.

지구와는 다른 환경에서 하드웨어를 테스트하는 방법은 창의력을 발휘해야 합니다. 금속 구체가 가열되는 데 시간이 얼마나 걸리는지 확인하기 위해 팀은 금속 구체를 금속 주조소로 가져갔습니다. Sekerak은 "그들의 임무는 금속을 녹이는 것"이라고 말했습니다. "그리고 우리는 열 흐름을 측정하기 위해 뜨거워지는 연습을 하기 위해 내부에 장비를 설치했습니다."

아이디어는 행성이 구체에 던질 수 있는 미지의 모든 것을 허용하기 위해 모든 중요 시스템에 충분한 여유를 구축하는 것입니다. Garvin은 다음과 같이 설명했습니다. "우리는 이를 수행하는 방법에 대해 많은 엔지니어링 사고와 위험 감소를 구축했습니다."

이는 데이터 수집 방식에도 영향을 미칩니다. “금성에서 좋은 하루를 보낸다면 아마도 500장의 하강 이미지를 다시 얻을 수 있을 것입니다.”라고 그는 말했습니다. “인류에게 알려진 최악의 날이 있다면 아마도 35일을 되찾을 것입니다. 하지만 35개는 이런 종류의 매핑을 수행하는 데 필요한 것보다 훨씬 더 많습니다.” 물론, 이미지가 많을수록 더 많은 정보를 얻을 수 있으며, 이는 더 많은 과학을 가능하게 하므로 바람직합니다. 하지만 최악의 상황에서도 그들은 귀중한 정보를 찾아낼 것입니다.

항상 새로운 것을 배울 수 있습니다.

금성을 방문하는 것은 대규모 우주 임무의 야심찬 기준에도 불구하고 엄청난 도전입니다. 그러나 우리가 배울 수 있는 내용에 대한 잠재적 보상은 엄청납니다.

금성에 대해 배우는 것은 그 자체로 흥미로울 것입니다. 하지만 이는 외계 행성을 이해하는 데에도 중요합니다. 제임스 웹 우주 망원경과 같은 임무에서는 태양계 외부의 새로운 행성을 발견하고 조사하므로 지구, 화성, 금성과 같은 암석 행성에 대한 기준점이 필요합니다.

우리는 지구와 화성의 본질적인 특성을 꽤 확실하게 이해하고 있으며, 금성의 데이터를 추가함으로써 먼 행성을 훨씬 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

“금성은 크고 암석이 많고 대기를 지닌 행성의 교정 지점이 될 것입니다. Webb과 그 너머에 있는 대형 망원경을 통해 우리가 보고 이해할 수 있게 될 것입니다.” Garvin 말했다.

물론, 배우고 탐구하고 새로운 곳으로 여행하려는 인간의 본능이 가장 많이 존재합니다. Sekerak은 "이것이 내가 우주 탐험 임무를 수행하는 것을 좋아하는 이유 중 하나입니다. 우리는 우리가 전혀 알지 못하는 곳으로 가고 있습니다"라고 말했습니다.

우리는 지구와 화성의 환경을 위한 구축에 대해 많은 것을 배웠으며 이제 그 지식 중 일부를 가져와 다른 곳에 적용할 수 있습니다. 해당 환경을 위한 구축은 우리의 기술을 확장할 것이며 탐사선을 가지고 방문하면 일부 미스터리가 풀릴 수 있습니다. Sekerak이 말했듯이, 새로운 우주 환경을 방문할 때 "항상 배울 수 있는 새로운 것이 있습니다."

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