NASA의 화성 탐사선 '퍼서비어런스(perseverance)'의 산소생성기 곧 가동, 어떤 기기인가?

NASA의 화성 탐사선 '퍼서비어런스(perseverance)'의 산소생성기 곧 가동, 어떤 기기인가?

2021년 2월 18일 화성에 무사히 착륙한 NASA의 '퍼서비어런스(perseverance)'는 화성에서 생명의 흔적을 조사하는 탐사선이다. 이 퍼서비어런스는 지구에서 들여온 자원뿐만 아니라 현지에서 수집한 자원을 활용하는 기구가 내장돼 있으며 곧 화성 대기에서 산소를 생성할 예정이다.

물체에 가해지는 중력은 그 물체의 질량에 비례하기 때문에 탐사선 등은 '가능한 한 가벼운 편이 바람직하다'고 할 수 있다. 이 아이디어에 따라 NASA는 탐사선에 싣는 자원을 줄이기 위해 'In-Situ Resource Utilization(즉시 자원 이용 기술: ISRU)'이라는 현지에서 얻을 수 있는 자원으로부터 우주인의 생존에 필요한 자원과 우주기지 건자재 등을 생산하는 기술을 추진하고 있다.

2021년 2월 18일 화성에 도착한 퍼서비어런스에는 '화성 유인 탐사'를 내다보고, 화성 대기에서 산소를 생성하는 실증 실험용 기기 'MOXIE'라는 ISRU가 탑재돼 있다. 화성의 대기는 이산화탄소가 96%, 산소는 0.13%에 불과해 지구와의 거리 때문에 장기 미션에서 사용하는 모든 산소를 지구에서 들여온다는 것은 거의 불가능하다. 유인 화성 탐사 시에는 산소의 현지 생산은 필수적이기 때문에 이번에 MOXIE에서 산소의 현지 생산을 테스트하게 된다.

다음이 MOXIE 실물.

이번에 퍼서비어런스에 탑재된 MOXIE는 화성 대기에서 회수한 이산화탄소를 800℃ 가까이 가열해 전기분해를 통해 산소와 일산화탄소를 생성해 산소만을 활용하는 시스템이다. 크기는 23.923.930.9cm, 무게는 17.1kg인 일반 자동차에 들어가는 배터리급 크기다. 가동에는 300W의 전력이 필요하고, 퍼서비어런스의 전력 생성량과 전력용량의 관계로 1개월당 몇 시간밖에 기동할 수 없으며, 산소 생성량은 시간당 10g.인간의 생존에는 시간당 20g의 산소가 필요하고, 나아가 지구로 귀환하는 데 필요한 혼합 연료에는 산소가 3만~4만5000kg인 산소가 필요하므로 만일 장기 미션에서 사용하는 모든 산소를 현재의 MOXIE로 충당하고자 한다면 최소한 현재의 100배 크기의 MOXIE가 필요하다.

이번 퍼서비어런스에 탑재된 MOXIE가 하는 것은 어디까지나 실증 실험으로, 생성된 산소도 화성 대기중에 방출할 뿐이라는, 「산소의 생성」만을 목적으로 하고 있다. MOXIE는 착륙 성공 며칠 후 장비가 정상가동되는 것으로 확인됐으며, 시운전 진행계획은 계획대로 진행되었다.

Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) - NASA Mars
https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/moxie/

Crazy Engineering : Making Oxygen on Mars with MOXIE - YouTube
https://youtu.be/7rzu7TTkIMA

This golden box will soon make oxygen on Mars.That's great news for human explorers.| Live Science
https://www.livescience.com/mars-perseverance-moxie-makes-oxygen.html