나사(NASA)가 만드는 달 표면을 탐사하는 미니 자율 협동 로봇은? [고든 정의 TECH+]

미 항공우주국(나사·NASA)는 달 재착륙 및 유인 탐사를 앞두고 여러 대의 소형 착륙선을 달 표면에 보내 달을 탐사할 계획이다. 이 가운데 2024년 발사될 상업용 달 페이로드 서비스(CLPS) 착륙선에는 신발 상자 크기의 소형 로버 3대가 실릴 예정이다.

협동 자율 분산 로봇 탐사(Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration·CADRE) 시스템은 지금까지의 나사의 탐사 로버와 전혀 다른 방식으로 달을 탐사한다.

퍼서비이런스나 큐리오시티 같은 나사의 화성 로버는 800kg 무게의 경차 크기 로버에 모든 실험 및 탐사 장비가 실려 있다. 그런 만큼 만약 로버가 고장 나거나 사고를 당하게 되면 시스템 전체를 못 쓰게 되고 임무에 실패하는 상황에 직면할 수 있다. 따라서 나사의 과학자들은 안전한 경로를 따라 로버를 하루에 조금씩만 이동시키고 있다.

어쩔 수 없는 선택이긴 하지만, 만약 넓은 지역을 탐사하고 지형도를 작성하거나 작업을 하기에는 매우 비효율적인 구조이다. 특히 화성처럼 외부 행성의 경우 지구와의 교신에 상당한 시간이 들어 효율이 크게 떨어진다.

CARDE의 핵심은 분산과 자율성에 있다. 각각의 로봇은 스테레오 카메라와 지표 투과 레이더를 이용해서 지형을 탐사하고 지표 아래를 조사한다. 사람은 직접 조종하는 대신 해당 지역을 탐사하라는 지시만 내립니다. 그러면 로봇들이 서로 협동해서 자율적으로 해당 지역을 조사한다. 1차 목표는 400㎡ 면적의 지역을 스스로 조사해 3차원 지형도를 만드는 것으로 사람이 직접 조종하는 것보다 훨씬 빠르게 일을 마무리할 수 있다. 탐사 과정에서 로봇이 1대 고장 나서 작업을 못해도 작업 속도만 느려지지 동일한 임무를 자율적으로 수행하는 건 변하지 않는다.

사람의 지시 없이 스스로 임무를 수행하기 위해서 CARDE 로버는 퍼서비어런스나 큐리오시티에 탑재된 BAE Systems RAD750 보다 더 강력한 CPU가 필요하다. BAE Systems RAD750는 방사선 환경에서도 수십 년간 작동을 보장하는 안전성을 지니고 있으나 성능이 1997년도 PC와 비슷한 수준에 불과해 자율 임무를 수행하기 어렵다.

따라서 CARDE 로버에는 화성 헬리콥터인 인저뉴어티처럼 스마트폰 프로세서가 사용된다. 고방사선 환경에서 수명이 짧고 안전성이 떨어지는 대신 최신 기술이 집약되어 성능을 높일 수 있다.

다만 추운 화성과 달리 달은 낮에 매우 뜨겁기 때문에 프로세서와 모터가 계속해서 작동하면 발열을 감당하기 어렵다. 따라서 CARDE 로버들은 30분 쉰 다음 태양 전지로 배터리를 충전하고 다시 임무를 수행하는 방식을 사용한다. 그래도 전체 임무 수행 시간은 기존의 로버보다 훨씬 빠르다.

그런데 사실 빨리 임무를 수행해야 하는 또 다른 이유가 있다. 작은 로버에는 달의 추위에서 전자 시스템을 보호할 수 있는 보온 시스템을 장착할 수 없기 때문에 로버의 최대 임무 수행 시간은 낮 시간인 14일 정도에 불과하다.

달의 밤과 낮은 14일 정도 지속되며 낮에는 섭씨 100도가 넘지만, 밤에는 영하 100도 아래로 곤두박질치기 때문에 별도의 보온 시스템이 없으면 기기가 손상된다. 따라서 CARDE는 그 안에 임무를 달성해야 한다. 짧긴 하지만 자율 협동 로봇의 테스트 목적인 만큼 그 정도면 검증에 필요한 정보를 수집할 수 있을 것이다.

나사는 2024년 달의 폭풍의 대양에 있는 레이너 감마 지역에서 서로 임무를 분담해 목표를 자율적으로 달성하는 CARDE 로버를 테스트할 예정이다. 만족할 만한 성과를 거둔다면 앞으로 우주 탐사에서 더 크고 다양한 자율 협동 로봇을 볼 수 있게 될 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com