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화성 탐사 로봇 큐리오시티에 적용된 PI 정밀 시스템
PICMA 멀티레이어 세라믹 액추에이터 ‘NASA 테스트’ 통과

[PI 제공] 화성에 착륙한 지 4년이 지난 탐사 로봇 큐리오시티는 화성에서 생명체의 흔적을 발견하지는 못했지만 NASA 과학자들은 화성이 한때 생명체를 위한 환경을 지원했다는 사실을 발견했다.

화성에 착륙한 지 4년이 지난 탐사 로봇 큐리오시티는 화성에서 생명체의 흔적을 발견하지는 못했지만 NASA 과학자들은 화성이 한때 생명체를 위한 환경을 지원했다는 사실을 발견했다. [사진=PI]

탐사선이 퇴적암을 드릴링해 얻은 가루를 탐사선 내 ChemLab에서 분석한 결과 탄소, 수소, 산소, 황, 질소, 인 등 생명체의 모든 핵심 성분이 확인된 것이다. 피아이(PI) 모션 및 포지셔닝 시스템은 이 탐사선 내부의 계측 패키지에 적용돼 화성에서 중요한 임무를 수행하고 있다.

탐사선은 매우 극한 조건에서 활동하며 수억 킬로미터 떨어진 곳에서 장치에 이상이 발생할 경우 조치가 불가능하므로 모든 부품이 입증된 신뢰성과 견고한 성능을 가져야 한다. PI의 PICMA 멀티레이어 세라믹 액추에이터는 1,000억 사이클 이상의 성능을 검증하는 NASA 테스트를 통과했다.

16개의 피에조 액추에이터가 플렉처 배열 구조로 내장돼 샘플 처리 시스템을 구성한다. 32개의 샘플 챔버가 샘플 휠 주위에 배열돼 있으며, 챔버들은 각각 쌍을 이루는 피에조 스택 액추에이터와 쌍으로 배열된다.

ChemCam_block [자료=PI]

이 시스템은 광물 분말 샘플을 깔때기를 통해 개별 샘플 셀에 공급한다. 입자 크기 또는 밀도 분리를 균질화하기 위해서는 0.9~2.2kHz 범위의 가변 진폭과 주파수에서 샘플 셀의 분말을 흔들어야 한다. 이 때, 피더의 진동을 정밀하게 제어하기 위해 PICMA 멀티 레이어 피에조 액추에이터가 설치됐으며, 피더는 투과성 X-ray 회질 및 형광 분석 시스템에 분석할 새로운 물질을 제공한다.

PICMA 액추에이터가 화성 광물 샘플에 대한 분광 측정을 수행하는 동안 ChemCam이라는 또 다른 장치는 행성 간 레이저유도파열분광법(LIBS)을 수행한다. 각 레이저 펄스에서 발생하는 가시적인 스파크 플래시는 광섬유 결합 분광기에 의해 평가되며 화학 분석은 샘플의 재료 분해를 제공한다.

이 방법론의 한 가지 주요 이점은 테스트 중인 지질 샘플이 탐사선과 떨어져 있을 수 있다는 것이다. 하지만 이 방법은 광학 초점에 대한 정확한 제어를 필요로 하게 되는데 PI miCos MT Series 스테이지가 이 작업을 수행한다. 고정밀 스테퍼 모터 스테이지는 샘플을 배치하기 위한 이미징 정보를 제공하는 동시에 샘플로부터 광반사를 모으는 망원경의 부경을 축 방향으로 변환한다.

탐사선의 발사와 착륙 시의 충격과 진동에 대비해 스테퍼 모터에서 크로스 롤러 베어링에 이르기까지 스테이지의 모든 부품을 검증하고 최적화해 고장이나 성능 저하의 가능성을 제거해야 했다. 오토포커스 프로세스는 분해능, 백래시, 궤적 품질, 안정성 등 스테이지 성능에 엄격하다. 비행 시 또는 화성 표면에서 스테이지가 노출되는 넓은 온도 범위도 감수해야 한다. 이를 위해 모델링 기술, 열 보상 기술, 정교한 진공 호환 부품, 코팅 및 윤활유를 활용했다. 상용제품(COTS) 스테이지의 특수 변형은 모든 비행 전 테스트를 통과했다.

[이건오 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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