인류 최초로 화성에서 헬리콥터를 날리다

미국 나사는 새로운 화성 탐사선인 마스 퍼서비어런스 로버(Mars Perseverance Rover)를 한국시간(이하 모두 한국시간) 지난 7월 30일 오후 8시 50분 플로리다주 케네디 우주센터에서 아틀라스 V 541 로켓에 실어 발사했습니다.

Mars Perseverance Rover는 내년 2월 19일 새벽 5시에 화성의 Jezero 분화구에 착륙예정입니다. Jezero 분화구는 지름 49 km로 한때 물로 가득찼을 거라 생각되는 곳입니다.

이번 Mars Perseverance Rover에는 인류의 외계 행성 탐사에서 최초로 헬리콥터를 싣고 갑니다. 즉 외계 행성에서 최초로 '동력' 비행체를 날리게 됩니다. 여기서 동력 비행체라고 한 이유는 1985년 구 소련의 금성 탐사선인 베가가 두개의 헬륨 풍선을 금성의 두꺼운 대기에서 날린 기록이 있기 때문입니다. 두개의 헬륨 풍선은 금성 54 km 상공에 46시간 동안 비행하며 데이터를 송신했었습니다.

화성 표면에서 동력 비행체를 날리는 것은 지구와는 차원이 다릅니다. 우선 화성 대기가 지구의 1%로 매우 희박합니다. 즉 화성 표면에서 비행체를 날리는 것은 지구에서 지상 10만 피트(30.5 km)에서 날리는 것과 비슷합니다. 지구에서 헬리콥터로 최고로 높이 올라간 기록은 4만 피트(12.2 km)입니다. 다만 화성의 중력이 지구의 38% 정도라 이것은 유리한 점입니다.

화성의 대기가 이렇게 희박하므로 헬리콥터의 로터는 2300 rpm ~ 2900 rpm의 고속으로 회전해야 합니다. 지구상의 헬리콥터 로터는 500 rpm 정도로 회전합니다.

다만 헬리콥터 로터 끝의 속도가 음속을 넘을 경우 기체역학적으로 문제가 생기므로 로터 끝의 속도가 음속의 70%는 넘지 않아야 합니다. 참고로 화성의 대기는 지구보다 희박하므로 음속은 지구보다 느립니다.

아울러 헬리콥터의 모양도 우리나라 산림청 헬기인 KA-32처럼 두개의 로터가 서로 반대 방향으로 회전하는 이중 반전 로터를 사용해 회전으로부터 생기는 토크를 서로 상쇄하도록 했습니다.

무엇보다 무게가 가벼워야 합니다. 이번 화성 헬리콥터는 모든 부분을 합쳐 무게가 단지 1.8 kg밖에 나가지 않고 로터의 무게도 한개가 35 g으로 두개니까 70 g입니다. 이 헬리콥터는 화성 표면에서 90초간 비행할 예정입니다.

화성 헬리콥터를 Mars Perseverance Rover에 장착하는 장면 중 모든 과학자와 기술자들이 방진복을 입고 손에는 정전기 방지용 스트랩이 감겨 있고 케이블로 접지되게 되어 있음을 알 수 있습니다. 재미 있는 부분은 안경 쓴 사람들은 혹 안경이 벗겨질까봐 방진복에 테이프로 안경을 고정시켜놨습니다.