▲차세대 달 탐사 로버 큐브로버.(사진=아스트로보틱)

미 항공우주국(NASA·나사) 케네디우주센터가 선정한 아스트로보틱(Astrobotic)이 달 표면에서 저렴하게 다양한 과학 기구와 탑재물을 운반하고 작동시키는 큐브 로버(Cube Rover·탐사로봇)를 상용화했다고 ‘더로봇리포트’가 최근 보도했다.

아스트로보틱은 나사의 중소기업혁신연구(SBIR) 및 팁포인트(Tippoint) 프로그램을 통해 자금을 지원받았다.

아스트로보틱은 큐브 로버 제품군을 다듬고 상용화해 서비스형 모빌리티(MaaS)를 제공함으로써 달 표면에 대한 기술 시연과 과학적 조사를 위한 진입 장벽을 낮출 수 있도록 했다.

이 탐사선은 다가오는 달 임무에 대한 효용을 극대화하기 위해 여러 달 착륙선과 호환되도록 설계됐다.

◆큐브로버, 계측기 이동성 극대화하고 무게는 최소화해 4kg에 불과

아스트로보틱의 큐브로버는 작고 가볍고 극심한 기후변동에 대응하며, 로버에서 작동하는 계측기의 이동성을 극대화했다. 동시에 큐브로버는 경량 디자인, 재료 사용, 배터리 크기, 모터 선택을 강조해 만든 무게 약 4kg에 불과한 가장 가벼운 상업용 행성 탐사로봇이 됐다. 이는 비행비용을 획기적으로 줄여 더 많은 고객들이 달에 접근할 수 있게 해준다.

큐브로버에는 아스트로보틱의 페레그린 착륙선처럼 달 표면에 있는 알려진 물체에 대한 상대적 방향을 조정하는 데 사용되는 보정된 카메라가 장착돼 있다.

로버 운영팀이 사용하는 이 현지화 데이터는 수집된 임무 데이터의 가치를 높여줌으로써 고객들이 정보에 입각해 다음 이동 장소에 대한 결정을 내리고 현지 위치 정보를 사용해 데이터 품질을 확실하게 만들어 준다.

또한 아스트로보틱은 페이로드 통합 프로세스를 단순화하기 위해 자사의 ‘큐브 로버 페이로드 사용자 가이드’에 정의된 업계 표준 인터페이스를 탐사로봇 전체에 통합했다.

아스트로보틱과 케네디우주센터의 입자 기계학 및 표토 운영 실험실(Granular Mechanics and Regolith Operations Laboratory)이 테스트를 진행중이다. 이 실험실에서 팀은 서로 다른 달 표토를 흉내낸 시뮬레이터에서 큐브 로버에 대한 이동성을 테스트하고 있다.

이 테스트들은 탐사 로봇 임무 수행 중 맞닥뜨리는 경사면, 틈 및 기타 달 표면의 불규칙한 부분에서의 성능을 특징짓게 된다.

◆큐브 로버, 큐브샛처럼 다양한 계측기 패키지 지원

큐브 로버는 기본적으로 달 연구를 원하는 모든 사람들의 공유 탐사 로봇이다. 이 탐사 로봇은 표준 폼 팩터에서 다양한 계측기 패키지를 지원한다는 점에서 큐브샛과 유사한 방법론을 사용한다.

큐브 로버는 국제적으로 인정된 큐브샛(CubeSat) 크기 조정 방법을 활용해 페이로드 볼륨 및 운반 용량을 정의한다. 여기서 1kg의 페이로드 용량을 지원하는 10cm x 10cm x 10cm 체적을 단위(unit), 또는 ‘U’라고 한다.

아스트로빅은 페이로드 시장 수요에 맞추기 위해 2U, 4U, 6U 큐브 로버 크기를 개발하고 있다.

◆큐브 로버 동력 전달장치에 4개의 맥슨 BLDC 모터 및 기어헤드

▲행성 기어박스가 장착된 맥슨 브러시리스 DC(BLDC) 스텝 모터는 큐브 로버의 신뢰성을 높이고 작동 수명이 연장되도록 특별히 개조됐다. (사진=맥슨)

큐브 로버 동력 전달장치는 달 표면뿐만 아니라 가혹한 우주 환경에서 사용하기 위해 최적화된 4개의 맥슨 BLDC 모터와 기어헤드를 사용한다.

동급의 산업용으로 출발한 이 액추에이터의 우주 버전은 원래 화성 마스2020 퍼서비어런스 탐사 로봇 임무를 위해 제트추진연구소(JPL)와 함께 개발됐다.

맥슨은 성공적 화성용 탐사 로봇 설계 검증(통과)에 이어 상업적 우주 분야인 화성 과학 임무에 비해 더 비용에 민감한 상업용으로 사용할 수 있도록 설계 및 관련 생산 기술을 최적화했다.

목표는 마스2020에서만 가능한 독자 설계 기능을 제거하면서도 모터를 충격, 진동, 진공 및 광범위한 온도 범위에서 견고하게 만드는 모든 핵심 설계 기능을 유지하는 것 이었다.

그 결과 나온 모터 및 관련 기어헤드들은 우주에서 사용되는 등급의 계획된 제품들 가운데 첫 번째로 나왔다.

설계만큼이나 중요한 것은 강화된 품질 보증 단계가 구현된 생산 기법이다. 또한 확장된 수용테스트과정(ATP Acceptance Test Procedure)에는 예를 들면 각 액추에이터의 100% 부하 테스트가 포함된다.

그 결과 탐사 로봇의 환경 조건과 신뢰성 요구사항에 적합한 질량에 최적화되고 고출력 밀도를 보이는 강력한 모터 및 기어헤드가 나왔다.

◆다른 우주임무용 부품들과 호환성

큐브 로버의 설계에 통합된 기술은 JPL이 다른 임무에 사용하는 기술을 기반으로 한다. 이것이 바로 맥슨의 전기 모터와 기어 헤드가 큐브 로버 설계에 포함된 이유 중 하나다.

맥슨은 유럽우주국(ESA)과 나사를 위한 많은 프로젝트를 수행해 왔다. 예를 들어 현재 화성에 있는 퍼서비어런스 화성 탐사 로봇과 화성 헬리콥터 인제뉴어티가 그렇다.

맥슨은 또한 아스트로보틱과 함께 우주급 X 드라이브 시스템 출시 고객으로 일했다. 이번 부품들의 경우 휴대용 인슐린 펌프에 일반적으로 사용되는 맥슨의 고도의 규제를 받는 맥슨 의료용 기기 설계에서 파생됐다.