“화성이여, 반갑습니다..(Hello MARS!)”

미국 항공우주국(NASA)과 제트추진연구소(Jet Propulsion Labs, JPL)의 엔지니어와 과학자들은 올해 2월18일 화성의 에제로 분화구(Jezero Crater) 지표면에 탐사 로버를 성공적으로 착륙시키는 쾌거를 거두었다. 

NASA의 퍼시비어런스(Perseverance) 로버는 화성의 생명체 거주 가능성과 존재여부를 확인하고 미래의 유인탐사에 대비해 화성의 샘플을 가지고 지구로 귀환하는 임무를 수행하기 위해 2020년 7월에 발사되었으며, 약 7개월 간의 비행을 끝내고 에제로 분화구에 성공적으로 착륙했다.

이 탐사 로버가 사상 처음으로 화성에서 사진을 촬영할 때 사용된 비전 프로세싱 애플리케이션과 다수의 계측장비에 자일링스의 FPGA가 탑재된 것을 우리(Xilinx)는 자랑스럽게 생각하고 있다.

퍼시비어런스 로버는 화성 표면에 착륙하기 위해 내비게이션 및 자율주행을 지원하는 VCE(Vision Compute Element)에 FPGA 기반 하드웨어 가속기가 탑재돼 있다. 

자일링스의 방사선 경화(Radiation-Hardened) 버텍스-5QVs(Virtex-5QVs, SIRF)는 영상 보정 및 필터링, 감지 및 매칭 등과 같은 특정 입체영상 및 시각적 작업을 가속화하는데 사용되는 컴퓨터 비전 가속기 카드(CVAC)에서 재프로그래밍이 가능한 비주얼 프로세서 역할을 수행한다.

탑재된 장비 중 하나인 마스트캠-Z(Mastcam-Z) 다중 스펙트럼 입체영상 기기는 MSL(Mars Science Lab) 아키텍처 기반의 디지털박스에 방사선 내성 버텍스-II FPGA(XQR2V3000)를 사용하고 있다. 

유기물과 광물질을 탐사하는 셜록(Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals, SHERLOC) 분광계는 카메라 시스템에 XQR2V3000 FPGA를 통합하고 있다.

사실, 화성 탐사 임무에 자일링스 솔루션이 탑재된 것은 이번이 처음은 아니다. NASA의 오퍼튜니티(Opportunity) 로버는 화성에서 90일간 머무를 수 있도록 설계되었으며 지구 시간으로 15년간 성공적으로 화성 표면을 탐사한 후 2019년 2월13일 임무를 종료했다. 

이는 NASA의 화성 탐사 프로그램은 지금까지 가장 성공적인 탐사 임무 중 하나로 기록되었으며, 제트추진연구소와 역사적인 임무에 참여하게 된 것은 우리에게 무척이나 고무적인 일이다.

NASA의 화성 탐사 임무에는 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity) 등 2개의 화성 탐사 로버가 참여했다. 이 로버들은 행성을 탐사하여 화성 내 수원지를 찾을 수 있도록 설계되었다. 

초기에 이들 로버는 90일간 탐사할 수 있도록 설계되었지만 스피릿은 7년 이상(20배), 오퍼튜니티는 15년 동안(55배) 임무를 이어가면서 모든 사람의 기대를 뛰어넘었으며, 화성의 지질학적 구성에 대한 귀중한 정보를 지구로 전송했다.

태양광으로 구동되도록 설계된 화성 탐사 로버를 개발한 제트추진연구소는 화성 탐사 로버의 착륙 및 지표면 운행을 위해 설계 당시 최상위 스페이스 등급의 FPGA인 자일링스 내방사선 버텍스-4 FPGA를 설계디자인에 채택했다. 

XQVR4062 FPGA는 엔지니어가 로버의 다단계 하강 및 착륙절차 중 여러 기동 단계에서 폭발을 촉발시키는 중요한 발화동작을 제어하기 위해 각 화성 탐사 로버 착륙선에 적용됐다. 

NASA 엔지니어들은 화성 탐사 로버의 정교한 발화 시퀀스를 밀리초 단위로 조정해야 하는 착륙선의 파이로(Pyro) 스위치 인터페이스 시스템의 핵심요소로 FPGA를 사용했다. 

화성으로 떠난 또 다른 탐사 로버는 큐리오시티(Curiosity)라는 이름을 부여받은 MSL(Mars Science Lab)로 2011년에 발사됐으며 약 8개월간 3억5200만 마일을 비행했다.

핵융합발전기로 작동하도록 설계된 이 로버는 화성의 미생물체 존재여부를 확인하기 위해 아직까지도 화성 표면을 항해하고 있다.

큐리오시티를 구동하는 다양한 애플리케이션은 자일링스의 FPGA를 기반으로 구동한다. 로버의 팔(Robot-Arm)에 장착된 카메라인 MAHLI(Mars Hand Lens Imager)는 영상을 수집하고, 백엔드 이미지 프로세싱 박스로 구성된 MALIN 시스템은 모든 탑재된 카메라의 영상을 처리한다. 

프로세싱의 핵심 실리콘으로 버텍스-II(XQR2V3000) 방사선 내성 FPGA가 적용됐다. 이를 통해 큐리오시티는 지구에서 3,500만마일이나 떨어진 외계의 멋진 풍경을 지구로 전송할 수 있었다.

지구와 통신할 수 있는 X-대역 송신기/수신기와 같은 중요한 통신시스템을 비롯해 지구로 데이터를 보내는 주요 경로로 기능하는 화성 궤도와 통신할 수 있는 UHF Electra-Lite 소프트웨어정의라디오(SDR) 장비 또한 자일링스의 XQR2V3000 FPGA로 구동된다.

우주의 기원을 찾고, 생명체의 흔적을 찾고, 미래 유인탐사에 대비해 화성으로 로버를 보내고, 여기에서 수집된 다양한 정보를 지구로 전송하는 범지구적 프로젝트에 자일링스의 FPGA가 핵심요소로 활용된 것을, 더 나은 삶에 우리의 기술로 인류에 기여할 수 있음을 자랑스럽게 생각한다.

글: 미날 사완트(Minal Sawant) / 항공우주사업부문 디렉터 / 자일링스