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화성으로 가는 Teledyne FLIR 머신 비전 카메라

7월 30일에 NASA에서는 화성 2020 퍼서비어런스(Perseverance) 로버 탐사 임무를 개시했으며, 이 로버는 2021년 2월 18일에 이 붉은 행성에 착륙할 예정입니다. 주요 탐사 임무는 고대 미생물의 흔적을 탐색하고 최초의 화성 토양 샘플을 채취하여 지구로 다시 가져오는 것입니다. 그러나 NASA 팀에게는 이 여행을 준비하는 또 다른 최초의 목적이 있습니다. 바로 우주선이 다른 행성에 착륙하는 장면을 촬영하는 것입니다. 우주선 착륙을 최초로 촬영하기 위해 엔지니어들은 6개의 FLIR RGB 머신 비전 카메라를 설치했습니다.

이전의 화성 탐사 임무에서도 행성 하강의 스틸 사진을 촬영하기는 했지만 착륙 장면은 촬영한 적은 없습니다. 우주 탐사 임무의 모든 일에는 전문가의 엔지니어링이 필요하지만, 로버 착륙은 특히 중차대한 작업입니다. 대기권 진입, 하강 및 착륙의 전체 프로세스에 7분밖에 걸리지 않으며, 이 동안에 작동이 하나라도 잘못되면 전체 탐사 임무가 화염에 휩싸이게 됩니다.

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6개 FLIR CMOS 카메라의 위치를 보여주는 우주선의 도해. 이미지 제공: 캘리포니아 공과대학 NASA 제트 추진 연구소. 

6개의 FLIR CMOS 카메라가 대기권 진입, 하강 및 착륙 활동(EDL, 즉 “공포의 7분”) 동안에 우주선을 고화질 동영상으로 촬영합니다. 화성 임무에 사용되는 카메라는 FLIR Chameleon3 제품군에 속하는 제품으로서, 5개의 1.3메가픽셀 CMOS 카메라와 1개의 3.2메가픽셀 USB 카메라로 구성되어 있습니다. 대부분의 사람에게는 FLIR이 열감지 영상 처리에 대해 알려져 있지만 Chameleon3 카메라는 FLIR에서 제공하는 첨단 비열 산업용 머신 비전 카메라 제품군 중 하나입니다. 

착륙(및 촬영)이 진행되는 과정은 다음과 같습니다.

화성 대기권에 진입하기 전에 Perseverance는 낙하산과 열차폐로 구성된 투피스 덮개로 보호된 상태로 로켓 스테이지에서 분리됩니다.

표면으로부터 약 11.27km 지점에서 낙하산이 펼쳐집니다. 이 시점 직전에 낙하산을 향한 세 개의 상향 카메라가 녹화를 시작하면서 낙하산이 초음속으로 팽창하는 장면을 촬영합니다. NASA 출처의 아래 동영상에서는 낙하산이 펼쳐지는 모습을 볼 수 있습니다.

지상으로부터 8km 떨어진 지점에서 열차폐가 떨어져 나가고 로버를 향한 하향 카메라가 노출되면서 로버가 하강 스테이지에서 내려간 이후의 진행 과정을 녹화하기 시작합니다.

다음에 로버는 뒤쪽 덮개 및 낙하산으로부터 낙하하여 이탈합니다. 이후의 하강은 “SkyCrane”이라고 부르는 로켓 추진 하강 스테이지에서 관리합니다. 상향 카메라와 마찬가지로 또 다른 하향 카메라도 녹화를 시작하면서 로버가 표면에 착륙하면서 역사적인 탐사 임무를 시작하는 순간을 포착합니다.

큐리오시티(Curiosity) 로버도 유사한 EDL을 겪었습니다. 퍼서비어런스의 착륙 과정을 이해하려면 착륙의 난제를 보여주는 이 NASA 동영상을 확인하십시오.

4개의 낙하산 하강 스테이지 카메라가 뒤쪽 덮개 및 하강 스테이지와 함께 떨어져 나갑니다. 로버의 상향 및 하향 카메라는 부착된 상태로 유지되지만, 엔지니어들은 화성의 혹독한 극한 온도에서 오래 버틸 것으로 예상하지 않습니다(NASA에는 유감이지만 카메라는 지구상에서 살아남도록 설계되었습니다). 그러나 그때는 이미 전례 없는 우주선 착륙 장면을 포착한 후일 것입니다.

카메라가 우주에서 작동하도록 설계되지 않았을지라도 카메라 제조 및 공정 관리의 품질에 대한 FLIR의 헌신으로 인해 NASA에서는 자신들이 평가한 샘플이 실제로 비행한 장치를 대표할 것이라고 확신하게 되었습니다. FLIR의 머신 비전 카메라는 열악한 산업용 환경에서도 하루 24시간 연중 내내 작동할 수 있도록 설계 및 테스트되었지만, 중력 및 온도의 절댓값이 0인 상황에서 테스트할 기회는 얻지 못했습니다. 외계 테스트 기회를 제공해준 NASA에 감사를 드립니다!

착륙 장면을 지구로 다시 전송하는 데는 몇 주의 시간이 소요될 수 있습니다. NASA에서는 초당 12~75개 영상의 프레임률로 휴대폰 촬영 장면에 유사한 형식을 통해 총 25,000여 개의 영상을 녹화할 것을 기대하고 있습니다. 영상이 도착하면 우주선이 화성에 착륙하는 최초의 실제 장면을 볼 수 있게 됩니다.