NASA, 화성탐사 로버에 GPS 달았다 [여기는 화성]

미국 항공우주국(NASA)이 화성탐사 로버 ‘퍼시비어런스’에 지구 도움 없이도 스스로 위치를 파악할 수 있는 기능을 추가했다고 우주과학 매체 스페이스닷컴이 22일(현지시간) 보도했다.

지구와 달리 화성에는 GPS와 같은 위성항법 네트워크가 없다. 이 때문에 퍼시비어런스를 비롯한 로봇 탐사선들은 그 동안 탑재된 센서와 카메라, 화성 궤도를 도는 위성에서 전송된 영상, 그리고 수억㎞ 떨어진 지구 탐사팀의 지시에 의존해 자신의 위치를 추정해왔다.

퍼시비어런스 로버 카메라로 촬영한 이미지. 이미지 오른쪽 하단에 로버가 보이고 그 뒤로는 화성의 표면 위로 길게 뻗은 타이어 자국이 보인다. (출처=NASA/JPL-칼텍)

NASA는 최근 업그레이드를 통해 퍼시비어런스에 ‘화성용 GPS’에 해당하는 자율 위치 인식 기능을 부여했다. 이에 따라 로버는 더 이상 지구의 확인을 기다리지 않고도 계획된 경로를 따라 주행할 수 있게 됐다.

NASA 제트추진연구소(JPL) 우주로봇 전문가이자 퍼시비어런스 엔지니어링팀 반디 베르마는 “도로도 지도도 없는 광활한 사막에 홀로 서 있다고 상상해보라. (로버는) 하루에 단 한 통의 전화로 ‘여기가 어디냐’는 질문을 받는 상황과 같았다”며 “퍼시비어런스가 지난 5년간 화성에서 겪어온 현실이 바로 그렇다”고 밝혔다.

그는 “정밀한 위치 분석을 위해서 지구에 있는 인간의 도움이 필요했다”면서도 “이제는 더 이상 그렇지 않다”고 덧붙였다.

로버가 촬영한 이 파노라마 사진은 지난 2일 MGL 기술을 사용해 궤도 이미지와 비교 분석한 5쌍의 스테레오 내비게이션 카메라 이미지다. (출처=NASA/JPL-칼텍)

2021년 2월 화성 예제로 분화구에 착륙한 자동차 크기의 퍼서비어런스 로버는 그 동안 몇 m마다 촬영한 이미지에서 지질학적 특징을 분석하고 바퀴 미끄러짐을 고려해 이동 거리를 추정하는 방식으로 자신의 위치를 추적해왔다. 하지만, 작은 오차가 누적되며 장거리 주행 시 실제 위치와 35m 이상 차이가 발생할 수 있었다.

NASA에 따르면, 로버는 위험 지형에 근접했다고 판단될 경우 조기에 정지하고 지구의 확인을 기다리도록 설계돼 있다. 베르마는 “인간이 ‘길을 잃은 게 아니다, 안전하다. 계속 가라’고 말해줘야 했다”고 밝혔다.

이 이미지는 로버가 작년 12월 10일 예제로 분화구에서 주행하는 동안 AI가 계획한 경로(자홍색)와 실제 주행 경로(주황색)를 보여준다. (출처=NASA/JPL-Caltech/UofA)

화성은 지구에서 평균 약 2억2500만㎞ 떨어져 있어 통신 지연으로 실시간 제어가 불가능하다. 지구의 지시를 받아 방향을 수정하는 데는 화성 시간으로 하루 이상이 걸릴 수 있다.

이번에 도입된 ‘화성 글로벌 로컬라이제이션(Mars Global Localization, MGL)’ 시스템은 로버가 촬영한 파노라마 이미지를 궤도선이 확보한 지형 지도와 비교해 자체적으로 정확한 위치를 계산하는 방식이다. 탑재된 알고리즘은 약 2분 만에 비교 작업을 수행하며, 사람의 도움 없이도 약 25㎝ 이내 오차 범위로 로버의 위치를 파악할 수 있다.

연구팀은 2023년부터 해당 기술을 개발해 과거 로버 정차 지점 264곳에서 촬영한 이미지를 활용해 알고리즘을 검증했다. NASA는 모든 사례에서 소프트웨어가 로버의 위치를 정확히 식별했다고 밝혔다.

프로젝트를 총괄한 JPL 소속 로봇공학 엔지니어 제러미 내시는 “우리는 로버에 새로운 능력을 부여했다”며 “이는 수십 년간 로봇공학 연구에서 해결되지 않았던 과제였고, 이 해법을 우주에서 처음 적용하게 돼 매우 흥분된다”고 밝혔다.

테스트 과정에서 인공지능(AI) 소프트웨어는 NASA 화성정찰궤도선(MRO)이 촬영한 이미지 등 인간 계획자들이 사용하는 동일한 지형 데이터를 분석해 바위와 급경사, 암석 지대 등 위험 요소를 식별하고 안전한 경로를 지도에 표시했다. NASA는 엔지니어들이 화성으로 명령을 전송하기 전, 탐사선의 ‘디지털 트윈’을 활용해 주행 계획을 충분히 검증했다고 설명했다.