토성 위성 "타이탄"의 바다를 탐험할 수 있는 로봇 잠수함

NASA는 토성의 위성 타이탄에 존재하는 극한의 탄화수소 바다를 탐험할 수 있는 로봇 잠수함을 개발하고 있습니다.

이곳은 지구를 제외하고 표면에 액체가 남아있는 태양계에서 유일한 천체이기도 한데요.

타이탄 표면의 기압은 지구의 1.4배로, 어떻게든 사람이 걸어다닐 수 있는 기압이긴 하지만, 표면 온도는 -180도로 사람이 직접 탐험하기에는 문제가 많아보이기도 합니다.

타이탄에 존재하는 -184도의 메탄과 에탄의 바다

타이탄의 바다는 지구의 바다와는 상당히 다릅니다.

타이탄의 바다를 주로 구성하고 있는 것은 메탄과 에탄의 조합으로 -184도의 온도로 식어있다고 합니다.

이러한 사실은 2005년에 타이탄에 착륙했었던 카시니의 행성 탐사선 호이겐스에 의해 밝혀진 것입니다.

타이탄 최대의 바다에 로봇 잠수함을 보낼 계획!

NASA의 계획은 40만 평방 킬로미터를 덮고 있는 타이탄 최대의 바다 "크라켄"에 로봇 잠수함을 보낸다는 것입니다.

참고로 크라켄은 북유럽 전승에 나오는 바다 괴물에서 유래했으며, 두 번째로 큰 바다인 "리게이아"는 그리스 신화에 등장하는 세이렌에서 유래하고 있습니다.

▲ 카시니 호가 촬영한 타이탄의 바다

타이탄의 바다에 숨겨진 수수께끼

로봇 잠수함을 통해, 타이탄 전문가들의 밤잠을 이루지 못하게 했던 수수께끼의 답이 나올지도 모르겠습니다.

그 수수께끼는 바로, 타이탄의 탄화 수소 바다와 90% 이상이 질소로 구성된 대기가 상호 작용하는 구조입니다.

이는 이 잠수함 프로젝트의 구성원이자, 해양 시뮬레이터를 개발한 워싱턴 주립 대학의 이언 리처드슨 박사가 원하는 것이기도 합니다.

"지구와 달리 그곳에 있는 질소는 실제로 바다에 많이 녹아 있습니다.

실제로 질소 15 ~ 20%정도가 녹아 있다면 선박의 밸러스트 및 프로펠러에 큰 영향을 미치게 될 것입니다." 라고 리처드슨 박사는 말합니다.

지구상에서 로봇 잠수함의 테스트

엔지니어들은 차가운 에탄과 메탄을 액화 천연 가스의 형태로 연구할 수 있지만, 탄화수소 바다와 주로 질소로 이루어진 차가운 대기 아래에서 어떠한 동작을 하게 될지 예측하기는 어렵다고 합니다.

타이탄에 있는 미지의 바다가 로봇 잠수함에 미치는 영향을 알아내기 위해, 리처드슨 박사는 압력 챔버에 질소 가스를 봉입하고 그곳에 액체 에탄과 메탄을 1리터 부은 다음 마이너스 184도까지 냉각시켰습니다.

이어 원통형의 소형 히터(로봇 잠수함의 모델)를 액체(타이탄 바다의 모델)에 빠뜨린 다음, 바다 모델의 온도와 압력을 변화시킨 후 잠수함 모델에 생기는 열이 화학 구조에 미치는 영향을 조사했습니다.

리처드슨 박사에 따르면, 열이 잠수함 주위에 용해된 질소 가스의 거품을 생성하기 때문에, 탐재 카메라에서 관찰이 어려워졌다고 합니다.

또한 질소 거품이 잠수함의 부력 시스템과 추진 시스템을 방해할 수도 있다고 합니다.

해양 시뮬레이터는 타이탄 바다의 화학 성분을 모방하는 것도 가능하다고 합니다.

지구의 경우 기본적으로 같은 성분의 바닷물로 채워져 있지만, 타이탄에서는 크라켄 바다의 경우 에탄, 리지아 바다의 경우 메탄이 더 풍부하다고 합니다.(그 이유는 아직 알 수 없다고 합니다.)

2030년대 중반에 발사 예정

시뮬레이터 실험에서 잠수함 형 탐시기가 자신의 열 때문에 생긴 질소 거품에 대응할 수 없음을 시사하고 있습니다.

또한 가장 최악의 조건은 수심 500미터의 크라켄 바다인 것으로도 조사되었습니다.

미션이 승인되면, 2030년대 중반에 탐사선이 발사되어 30년대 후반 또는 2040년대 초반에 토성 계에 도착하게될 예정입니다.

해당 시키가 지구의 봄에 해당하는 시기이기 때문에, 타이탄은 지금보다 약간 따뜻하고 햇빛이 잘 비추는 환경일 것입니다.

또한 토성 계(1년이 지구의 29년)는 태양에 약간 가깝게 위치하고 있을 것이라고 합니다.

2종의 로봇 탐사기의 설계는 진행 중

NASA의 클렌 연구 센터에서는 2종의 로봇 탐사선의 설계도 진행하고 있습니다.

하나는, 길이 6미터의 길다란 로봇 잠수함으로, 수면 위로 부상하여 지구에 직접 데이터를 송신하도고 개발되고 있습니다.

또 하나는, "타이탄 터틀"이라고 불리는 것으로, 그 이름과 같이 둥그스룸한 형상이 특징인 자율형 로봇입니다.

이쪽은 궤도상에 위치하고 있는 모선을 통해 지구와 통신하게 된다고 합니다.

혼자 행동하는 잠수함 형 탐사선은 가격이 상대적으로 저렴하긴 하지만, 터틀과 모선의 조합은 위험을 최소화하는 것이 가능하고 또한 통신에 사용하는 대역폭도 많이 늘릴 수 있다고 합니다.

이번 프로젝트는 NASA의 이노베이티브 어드벤스드 컨셉 계획의 첫 단계에 해당하는 실험이라고 하는데요.

현재의 단계에서 두 번쩨 단계로의 이행이 최근에 결정되었다고 합니다.

이 기술 개발 단계에서는 2018년 후반부터 2019년 상반기에 일부 시스템에 대한 초기 시험이 예정되어 있다고 합니다.

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