소행성대에는 기회와 미지의 자원, 풍부한 자원과 과학적 미스터리가 가득합니다.
이 작은 몸체에 어떻게 착륙하고 안전하게 이동할 수 있나요? 이것은 많은 엔지니어들이 생각해 본 질문입니다. 기존의 하드웨어 로봇이 취약한 소행성의 표면에 착륙하면 표면의 구조가 파괴되어 유효한 샘플을 얻거나 지속적인 탐지를 수행할 수 없게 될 위험이 높습니다.
새로운 유형의 "소프트 로봇"은 소행성 임무에 획기적인 발전을 제공할 수 있습니다.
01 취약한 소행성이 경착륙 문제에 직면하다
달이나 행성에 로봇 우주선을 안전하게 착륙시키는 것은 이미 매우 어렵습니다. 소행성에 착륙하는 것은 훨씬 더 어렵습니다.
거대 행성과는 다릅니다. 소행성의 표면 중력은 극도로 약하며, 아마도 지구의 수백만분의 1 수준일 수도 있습니다. 미세 중력 환경은 우주선 착륙 및 활동에 큰 어려움을 가져옵니다. 스러스터에 의존하는 기존의 '경착륙' 방법은 정확한 제어가 어렵고, 소행성의 느슨한 표면 구조를 파괴하기 쉬우며, 이는 소행성의 구성과 진화 역사 연구에 심각한 영향을 미칠 것입니다.
NASA의 OSIRIS-REx 임무는 소행성 Bennu에 대해 매우 보수적인 접근 방식을 취했습니다. "우리는 필요 이상으로 오랫동안 표면과의 실제 접촉의 불확실성을 다루고 싶지 않았습니다"라고 Moreau는 말했습니다. 그래서 그들은 긴 샘플링 팔을 이용해 16초 안에 소행성을 정찰할 수 있는 계획을 고안했습니다.
현재 기술로는 진정한 소행성 '착륙'까지는 아직 갈 길이 멀다.
02 느린 착륙: 소프트 로봇의 비전
미세 중력 환경의 특성을 고려하여 콜로라도 대학의 Jay McMahon 교수 팀은 소행성의 연착륙을 달성하기 위해 "소프트 로봇"(AoES) 개발이라는 대담한 아이디어를 제시했습니다. 이 로봇은 착륙 및 표면 활동을 위해 전자기 흡착 및 정전기 접착과 같은 약한 힘을 최대한 활용하고 추진제 및 기계적 고정에 의존할 필요가 없으며 "무충돌" 진정 착륙을 달성할 수 있습니다.
소프트 로봇은 수련과 비슷하게 여러 개의 꽃잎 모양으로 디자인되었습니다. 꽃잎은 표면 지형을 손상시키지 않고 소행성 표면의 넓은 영역을 덮을 수 있는 탄성 재료로 만들어졌으며, 궤도 속도와 태양 복사 압력을 사용하여 궤도를 조정하고 속도를 늦추는 방식으로 회전하고 늘어날 수도 있습니다.
소프트 로봇은 전자기 흡착을 위해 소행성의 표면 전하 분포를 사용할 수 있습니다. 소행성의 표면은 복잡한 전하 분포와 전기장을 생성하는 다양한 먼지 입자로 채워져 있습니다. 도마뱀붙이가 분자 상호 작용을 사용하여 벽에 부착하는 것처럼 소프트 로봇도 소행성의 전하 구름을 제어하여 소행성 표면에 부착할 수 있습니다. 꽃잎 몇 개.
부착하는 또 다른 방법은 정전기력을 사용하는 것입니다. 소행성 표면의 정전기력은 약하지만, 소프트 로봇은 넓은 표면적을 통해 충분한 정전기 접착력을 축적할 수 있다. 일부 꽃잎의 전하를 조정하면 소프트 로봇이 움직일 수 있습니다. 이 운동 모드는 연료 추진을 필요로 하지 않으며 소행성의 2차 오염을 일으키지 않습니다.
03 장기 모니터링 및 자원 활용
연착륙이 성공하면 소프트 로봇은 소행성 표면에서 오랫동안 작동해 다양한 과학적 탐사를 수행할 수 있게 된다. 표면에 센서를 점으로 찍어 자기장, 열 흐름, 전하 분포 및 기타 정보를 모니터링하여 소행성의 형성 메커니즘과 진화 역사를 밝힐 수 있습니다. 장기적으로 이는 소행성 자원의 개발과 활용에 큰 의미가 있습니다.
04 기술적 어려움: 항법, 동력 및 제어
소행성에 착륙하기 위해 소프트 로봇을 사용한다는 개념은 매우 매력적이지만 많은 기술적 과제에 직면해 있으며 가장 중요한 문제는 탐색 및 제어입니다.
복잡하고 알려지지 않은 소행성 환경에서 정확한 착륙과 표면 탐색을 달성하려면 소프트 로봇이 장애물 회피와 자율 계획 능력을 갖춰야 합니다. 강체에 비해 소프트 로봇의 역학 및 제어 시스템은 더 복잡합니다. 꽃잎 팔이 변형될 때마다 전체 질량 분포와 동적 매개변수가 변경됩니다. 제어 알고리즘은 효율적이고 정확해야 하며, 알려지지 않은 환경에 대한 적응성이 충분해야 합니다.
장기간의 우주 비행은 또한 소프트 로봇의 재료와 구조에 심각한 문제를 야기합니다. 높은 복사열과 극심한 온도차를 견딜 수 있어야 하며, 고장이 발생하는 경우 자체 복구할 수 있는 능력도 있어야 합니다.
질량을 줄이고 구조적 강도를 향상시키는 것은 이 분야에서 해결해야 할 또 다른 과제입니다. 극미중력 환경에서 작동하려면 소프트 로봇은 얇고 가벼워야 하지만 구조가 너무 약하면 동작 및 샘플링 작업에 동력을 공급하기 어렵기 때문에 너무 많은 질량을 추가하지 않고 작업을 수행하는 데 필요한 강도와 강성을 보장해야 합니다.
05 미래를 기대할 수 있다
어려움에도 불구하고 연착륙의 꿈은 이 분야의 발전과 혁신을 계속해서 주도하고 있습니다. 2017년부터 NASA 연구 보조금을 받은 콜로라도 대학 팀은 현재 소프트 로봇 기술 중 일부가 궤도 내 위성 유지 관리 및 우주 쓰레기 청소에 사용될 수 있는지 여부를 조사하고 있습니다.
소프트 로봇이 인간을 위한 소행성 탐사를 개척할 수 있을지는 아직 밝혀지지 않았습니다.