한 번쯤 먼지 구름을 뚫고 운전해 본 적이 있다면, 축하한다: 당신은 NASA의 아르테미스 착륙선이 달에 착륙할 때 직면할 문제를 부분적으로 이해한 것이다. 앨라배마주 헌츠빌에 있는 NASA 마셜 우주 비행 센터의 플룸 및 항공 환경 팀 소속 항공우주 엔지니어 다니엘 스터브스는 로켓 배기 가스가 달 표토와 어떻게 상호작용하는지 연구하는 데 하루를 보낸다. 역사적인 달 착륙을 망치는 가장 좋은 방법은 땅이 보이지 않는 것이기 때문이다.
앨라배마주 트러스빌 출신으로 오번 대학교에서 항공우주 공학 학사, 석사, 박사 학위를 받은 스터브스는 대학 초기에 NASA에서 일하고 싶다고 결심했지만, 그 길이 즉시 명확하지는 않았다. 대학원에서 그는 NASA 초기 혁신 보조금의 일환으로 플룸-표면 상호작용 모델링 작업을 할 기회를 얻었다. 이제 그는 그 작업을 계속하고 있다. 가끔은 대학원 프로젝트가 결실을 맺기도 한다는 것을 증명하는 셈이다.
NASA의 아폴로 임무는 달 표토(본질적으로 운석이 수천 년에 걸쳐 달 표면을 갈아 만든 면도날처럼 날카롭고 연마성 있는 입자)가 우주비행사, 우주선, 우주복 및 그 근처에 있는 모든 것에 위협이 된다는 것을 밝혀냈다. 미래의 달 탐험가들은 같은 문제에 직면할 것이지만, 더 심각하다: 새로운 착륙선은 아폴로 달 모듈보다 더 크고, 무겁고, 로켓 엔진이 더 많다. 그리고 착륙 단을 남겨두고 떠난 아폴로 착륙선과 달리, 이 새로운 착륙선은 같은 엔진과 추력기를 사용하여 표면에서 직접 이륙할 것이다. 로켓 플룸이 표토와 어떻게 상호작용하는지 정확히 예측하는 것은 착륙선 하드웨어가 살아남고 실제로 이륙하여 오리온과 도킹하고 우주비행사를 집으로 데려올 수 있도록 하는 데 핵심적이다.
"먼지와 표토 플룸은 착륙선의 계기판이 달 표면을 보는 것을 어렵게 만들 수 있습니다," 스터브스가 말했다. "이 계기판이 유도 컴퓨터에 올바른 판독값을 보고하지 않으면, 달 착륙에 영향을 미칠 수 있습니다." 또한 착륙선이 이륙할 때, 날아간 표토는 표면에 배치된 과학 장비나 다른 자산을 손상시킬 수 있다. 실수로 자신의 장비를 샌드블라스팅하는 것보다 '인류의 위대한 도약'을 말해주는 것은 없기 때문이다.
NASA의 인간 착륙 시스템 프로그램은 버지니아주 햄튼에 있는 NASA 랭글리 연구 센터의 60피트 우주 시뮬레이터 챔버에서 로켓 엔진 배기 플룸과 달 먼지에 대한 지상 기반 연구를 수행하고 있다. 테스트는 달 착륙선이 달에 착륙할 때 경험하고 생성할 수 있는 조건을 재현할 것이다. 이 연구는 엔지니어들이 하강 및 상승 중 공기역학적 힘, 착륙선 바닥의 가열, 분화구 형성이나 표면 불안정성으로 인한 대형 달 착륙선의 전복 가능성을 이해하는 데 도움이 될 것이다.
먼지가 가라앉고 NASA가 2028년에 미국 우주비행사를 달에 착륙시킬 때, 스터브스는 자신이 예측하는 데 도움을 준 바로 그 플룸을 모델링한 작업을 되돌아볼 수 있을 것이다. 아르테미스 프로그램을 통해 NASA는 과학적 발견, 경제적 이익, 그리고 유인 화성 임무를 위한 기반 구축을 위해 우주비행사를 달에 보내 탐사할 계획이다. 모든 인류를 위해, 그리고 가급적 먼지 관련 사고는 더 적게.