▲특수 레이저를 이용해 달 표면의 얼음을 탐색하기 위해 고안된 큐브 위성(CubeSat)인 달 섬광(Lunar Flashlight) 우주선 일러스트. F프라임은 이 위성과 근지구 소행성 정착 지도 작성용 큐브 위성 모두를 작동하게 된다. (사진=나사 ,JPL칼테크)

미 항공우주국(NASA·나사)의 화성 헬리콥터인 인제뉴어티가 지난 4월 19일 첫 비행에서 화성 상공을 맴돈 순간은 지구 이외 행성에서 동력화되고 통제된 첫 비행 사례로 지구인을 열광시켰다. 공기가 희박(지구의 1%)하고 중력이 약한(지구의 약 3분의 1) 화성에서 비행하는 방법을 알아내는 데는 수 년이 걸렸다. 이 임무 수행에는 항공기 개발 과제와 함께 이 전례없는 비행을 가능케 하는 소프트웨어(SW)가 필요했다.

‘더로봇리포트’는 지난 9일(현지시각) 나사의 인제뉴어티 화성 헬기의 성공을 가져온 재사용 가능한 다중 임무 비행 SW 프레임워크인 F프라임(F Prime)를 집중 조명했다.

이 SW아키텍처는 당초 큐브샛 , 소형 우주선, 그리고 계측기구들을 가동하기 위해 설계됐지만 화성 헬기 비행 프로젝트 성공의 훌륭한 조력자가 됐다.

이 프로그램은 지난 2013년 남캘리포니아에 있는 나사 제트추진연구소(JPL)의 캔험 팀이 개발한 것이다. 당초 목적은 한 응용기기용으로 작성된 구성 요소를 다른 응용기기에서도 손쉽게 재사용하고 다양한 프로세서에서 가동될 수 있는 저렴하고 유연한 휴대용 SW 아키텍처 옵션을 개발하는 것이었다.

이 팀은 지난 2017년 F프라임을 오픈소스로 공개해 외부 협력사, 대학, 일반인도 자체 프로젝트에 활용할 수 있도록 했다. 이 프로그램은 나사가 오픈 소스나 SW 카탈로그를 통해 일반인에게 무료로 제공하는 수백 개의 코드 중 하나다.

캔험은 “F 프라임은 진정으로 재사용 가능한 다중 미션 비행 아키텍처 설계 목표를 가능케 했으며 화성 헬리콥터 프로젝트에 제공된 오픈소스 협업과 가시성이라는 추가 보너스도 얻었다”고 말했다.

그는 “이는 일종의 오픈소스의 승리다. 왜냐하면 우리는 오픈소스 운영체제(OS)와 오픈소스 비행 SW 프레임워크, 그리고 기성 비행기용 부품을 사용했기 때문이다. 만일 누군가가 언젠가 스스로 이 비행을 해 보고 싶다면 직접 해 볼 수 있다”고 덧붙였다. (화성 헬기 인제뉴어티에는 맞춤 제작 부품과 기성 부품이 많이 조합됐다. 여기에는 카메라 2대를 포함한 많은 휴대폰 기술이 들어갔다.)

F프라임은 인제뉴어티 화성 헬기에 적용되기 이전에도 지난 2014년부터 국제우주정거장(ISS) 래피드스캣(RapidScat) 산란계(일종의 레이더)와 2017년 JPL의 아스테리아 큐브샛(ASTERIA Cube Sat) 등에서 성공적으로 탑재, 운용됐다.

▲F프라임은 인제뉴어티 이전부터 사용돼 왔다. 대표적으로 지난 2014년부터는 국제우주정거장(ISS)의 래피드스캣(RapidScat) 산란계(일종의 레이더) 기구에, 2017년에는 JPL의 아스테리아 큐브샛(ASTERIA Cube Sat)(사진) 등에서 성공적으로 탑재, 운용됐다. (사진=JPL)

F프라임은 향후 달의 분화구에서 달 표면 얼음을 찾는 나사의 달 섬광 큐브 위성(Lunar Flashlight CubeSat), 소행성 지도를 그려낼 근접 소행성 정찰 위성(Near-Earth Asteroid Scout CubeSat), 그리고 잠재적으로는 태양계 생명체 탐사를 도울 JPL의 해양 세계 생명체 조사(Ocean Worlds Life Surveyor) 계측기구 등의 프로젝트에 사용된다..

아딜 리즈비 JPL 루나 플래시라이트 및 NEA 정찰 위성의 비행SW 책임자는 “F 프라임이 명령, 원격 측정, 파라미터, 그리고 우주선의 배열과 같은 여러 비행 SW 서비스를 위한 즉각적인 솔루션을 제공한다"고 말했다. 또한 여러 미션에서 사용할 수 있도록 F프라임의 휴대성을 아주 뛰어나게 만들 일종의 자동 코딩 툴도 있다.

리즈비는 “이렇게 하면 화성 헬리콥터와 같은 SW 구성 요소를 루나 플래시라이트같은 다른 미션의 비행SW에 넣거나, F프라임을 사용하는 다른 사용자가 오픈소스 용도로 사용할 수 있다”고 설명했다. 그는 “그리고 화성 헬리콥터에 사용되는 SW 중 상당 부분이 달로 가거나 소행성으로 가거나 학생들의 책상에 놓여 있는 다른 우주선에 있는 SW와 같다는 것은 꽤 멋진 일”이라고 말했다.

◆F프라임 숙련 대학생들 JPL 취업에 유리

F프라임이 오픈소스로 데뷔한 이후 이 SW는 점차 대학과 학생 프로젝트를 위한 유용한 비행 SW 옵션으로 주목받기 시작했다.

조지아 공대의 한 학생 연구 팀은 F 프라임을 대화형 자동 아마추어 무선 페이로드를 운반하는 GT1 큐브샛에 포함시켜 교육 훈련용으로 사용하고 있다.

GT1 큐브샛의 SW 책임자인 조지아 공대 연구팀 스털링 피트 교수는 “우리는 처음부터 직접 작성하는 옵션을 포함해 몇 가지 비행SW 프레임워크를 평가한 후 F프라임을 선택했다”고 밝혔다. 그는 “우리는 이 모든 코드를 처음부터 새로 만들고, 사용하고, 필요한 수준의 안정성을 보장하기 위해 테스트할 자체 인력 자원이 없다. 하지만 F프라임을 사용함으로써 이 SW아키텍처의 유산을 활용할 수 있고 우리의 테스트 결과와 관련 이점을 F프라임 커뮤니티 및 프로젝트에 다시 제공할 수 있다”고 말했다.

카네기멜론대 학생이 주도하는 한 연구팀은 행성 탐사 사용 가능성을 증명하기 위해 고안된 작은 로봇인 아이리스 루나 로버를 운영하기 위해 F프라임을 선택했다.

레이윈 듀발 아이리스 프로그램 부책임자는 “창작자들과 직접 연계되는 실행 가능한 옵션이어서 직접 사용하기로 결정했다”고 밝혔다. 여기서 F프라임은 데이터를 기록하고 상태를 모니터링하는 동안 로봇을 제어하게 된다.

듀발은 “F프라임은 오픈소스이기에 우리 모듈을 받쳐줄 다양한 사례를 제공했으며, 포럼을 통해 우리가 갖게 될 질문에 대한 답을 얻는데 있어 잠재적 지원 서비스 비용을 걱정할 필요 없이 신속한 답변을 얻을 수 있게 됐다”고 말했다.

제프 레빈슨 JPL 소형 모형 비행기 SW 그룹 감독은 조지아 공대 및 카네기멜론대와의 양방향 파트너십을 보고 있다.

JPL은 초보 엔지니어들에게 세계 최고의 비행 시스템 전문 지식을 제공하고, 그 다음에는 미래의 엔지니어들이 자신의 재능을 가지고 JPL에서 일을 시작하기 위한 작업 이해도를 향상시킬 수 있다.

듀발은 “F프라임은 집어 들기 쉬운 아키텍처가 아니다. 따라서 F프라임을 숙달하고 탄탄한 프로젝트를 만드는 학생은 JPL과 같은 조직에 필요한 놀라운 잠재력을 가지고 있는 것이다”고 말했다. 그는 “F프라임을 배운 많은 아이리스 프로젝트에 참여한 우리 학생들이 JPL에 지원하는 것에 관심을 표명하고 있어 F프라임이 채용 도구로서의 가치를 입증한다고 생각한다”고 덧붙였다.