NASA가 또 일을 벌였다. 화성에서의 비행의 미래를 손보고 있는데, 아마도 다른 행성에서 헬리콥터를 한 번 날린 것만으로는 충분하지 않았나 보다. 연구진은 미래의 화성 헬리콥터가 더 높이, 더 멀리 날 수 있게 해줄 로터 블레이드를 개발 중이다. 이는 다른 행성에서 동력 비행을 한 최초의 항공기로 역사를 쓴 용감한 소형 헬리콥터 인제뉴이티보다 더 많은 과시를 가능하게 할 전망이다. 2028년 발사를 앞둔 스카이폴 미션은 세 대의 헬리콥터를 화성으로 보내 그 유산을 이어가는데, 붉은 행성의 성가신 얇은 대기층을 위해 설계된 날개를 갖추고 있다. 지구에서 사용되는 날개와 연상되지만 다른 곡선형 가장자리를 특징으로 한다. 왜 쉽게 만들겠는가?

진짜 재미는 비전통적인 것에서 시작된다. 더 얇고 날카로운 날개는 스카이폴 이후 미션의 단일 비행 거리를 확장할 수 있다. 캘리포니아 실리콘밸리에 있는 NASA 에임스 연구센터의 한 팀은 임페리얼 칼리지 런던, 일본 나고야 대학과 협력하여 '로암엑스-0201'이라는 새로운 날개 단면(에어포일)을 테스트해 왔다. 화성 조건에 맞춰 조정된 고급 시뮬레이션과 알고리즘을 사용하여 그들은 공기역학적 성능을 크게 향상시킬 것을 약속하는 더 얇고 비대칭적인 형상을 찾아냈다. 풍동 테스트는 이 설계가 성능을 개선했을 뿐만 아니라 위험한 비행 조건에서 더 잘 회복한다는 것을 확인했다. '좋은 설계'란 나쁜 날의 공기역학적 등가물에서 살아남는 것만큼이나 멋진 법이니까.

숫자는 인상적이다. 고충실도 시뮬레이션에 따르면 재설계된 날개는 과학 장비를 탑재한 채 단일 무중단 비행으로 커버하는 거리를 인제뉴이티의 0.7킬로미터에서 최대 18.7킬로미터까지 확장할 수 있다. 이는 약 26배 증가로, NASA 본부에서 제대로 된 커피 한 잔까지의 거리와 비슷하다. 이 발견은 9월 22일 미국 항공우주학회 저널에 발표된 논문에서 발표되었는데, 아마도 공기역학자들이 자랑하러 가는 곳일 것이다.

그렇다면 왜 이 날개는 그렇게 잘 작동할까? 부분적으로는 '항력 발산'에 도달하기 전에 더 높은 속도에서 더 오래 작동할 수 있기 때문이다. 항력 발산은 로터가 음속에 접근할 때 성능이 갑자기 떨어지는 현상으로, 화성에서는 지구보다 음속이 낮다. 고속도로 속도에서 움푹 들어간 곳을 만나는 것과 같은 공기역학적 등가물이라고 생각하면 된다. 로암엑스-0201 날개는 난류를 이용해 양력을 생성하는 방식에서도 다르다. 공기가 날개 위로 흐르면서 '경계층'이라는 얇은 영역을 형성한다. 새로운 에어포일은 의도적으로 앞전에서 그 흐름을 방해하여, 역설적으로 날개를 위로 끌어올리는 교란을 만들어 이전 설계보다 로터크래프트를 더 효과적으로 들어 올리는 데 도움을 준다. 균형을 잡기 위해 일부러 발을 헛디디는 것과 같지만, 과학이 더 많다.

또 다른 과제는 '실속'으로, 기류 각도가 변한 후 성능이 급격히 떨어지고 비행이 불안정해지는 현상이다. 인제뉴이티의 날개는 실속에서 급격한 성능 저하를 겪었지만, 연구된 조건에서 로암엑스-0201 설계는 실속 거동이 크게 개선된 것으로 나타났다. 이는 미래의 헬리콥터가 더 넓은 범위의 비행 각도에서 안전하게 작동할 수 있음을 의미한다. 지구보다 밀도가 1%에 불과한 대기에서 비행하고 갓길 지원도 없을 때는 항상 플러스 요인이다.

이 기술은 아직 화성에 사용할 준비가 되지 않았지만, 테스트는 엔지니어들이 계산 예측과 실제 성능 사이의 불일치를 이해하고 해결하는 데 도움을 주고 있다. 이는 많은 시뮬레이션을 겸허하게 만든 격차다. NASA 전반의 진행 중인 연구는 더 멀리 날고, 더 많은 탑재량을 운반하며, 새로운 과학 및 발견 임무를 열 수 있는 더 효율적인 화성 헬리콥터를 가능하게 하는 것을 목표로 한다. 우리가 화성을 탐사할 거라면, 우리가 아는 공기역학 법칙을 건강하게 무시하면서 스타일과 거리로 하는 게 좋지 않겠는가.