지구에서 운전대만 잡아도 아찔한데, 무려 화성에서 혼자 운전하는 녀석이 있다?
화성 표면을 달리는 탐사 로버가 지구의 명령 없이 스스로 판단해 움직이는 시대가 왔다. 우주 산업의 판도를 바꾸고 있는 AI 자율 주행 탐사 이야기다. 나만 몰랐나 싶을 정도로 하지만 완벽하게 자리를 잡은 이 기술 덕분에 NASA의 큐리오시티 로버는 최근 험난한 야당(Yardang) 지형 구역도 자유롭게 누비고 있다.
이 놀라운 AI 자율 주행 탐사의 핵심, 최첨단 AI와 우주 반도체의 컬래버레이션을 지금 바로 짚어보자.
화성 탐사에서 AI가 없으면 생기는 일
지구에서 화성까지 신호가 도달하는 데 걸리는 시간은 상황에 따라 3분에서 최대 22분이다. 서울에서 부산까지 KTX로 두 시간 반이 걸리는 것과는 비교도 안 되는 이야기지만, 우주에서 이 지연은 치명적이다. 로버가 낭떠러지 앞에 섰을 때 “멈춰!”라는 명령을 보내면, 그 명령이 도착할 때쯤 로버는 이미 굴러떨어져 박살난 뒤다.
그래서 NASA는 오래전부터 로버에 스스로 판단하는 기능을 탑재하며 AI 자율 주행 탐사의 기반을 다져왔다. 큐리오시티에는 AEGIS(Autonomous Exploration for Gathering Increased Science, 과학 데이터 수집을 위한 자율 탐사 시스템)라는 AI가 내장돼 있다.
이 시스템은 카메라로 주변 지형을 스캔하고, 암석의 종류와 형태를 분류한 뒤, “이 돌은 레이저로 쏴볼 가치가 있겠다”고 스스로 결정한다. 예전에는 과학자들이 지구에서 사진을 받아보고, 일일이 타깃을 지정한 다음, 다시 명령을 보내야 했다. 하루에 한 번 명령 업링크(명령 전송)가 가능하면 잘하는 편이었고, 사실상 탐사 속도는 인간의 수면 주기에 맞춰 느릿느릿 움직였다.
하지만 AEGIS 덕분에 큐리오시티는 인간 과학자가 자는 동안에도 혼자 암석을 분석하고, 레이저 분광 데이터를 수집하며 완벽한 AI 자율 주행 탐사를 수행한다. 인간이 자는 동안 로버는 일한다는 표현이 과장이 아닌 셈이다. 실제로 NASA 연구진이 발표한 자료에 따르면, AEGIS 도입 이후 화학 분석 샘플 수집 효율이 약 3배 이상 향상됐다.
로버 안에 들어간 반도체, 얼마나 특별하지?
이렇게 똑똑한 AI 자율 주행 탐사가 가능하려면 이를 뒷받침하는 ‘두뇌’, 즉 반도체가 튼튼해야 한다. 하지만 우주용 반도체는 우리가 쓰는 스마트폰이나 컴퓨터 칩과 차원이 다르다. 화성은 지구처럼 보호막(자기장)이 없어서, 우주에서 날아오는 무시무시한 고에너지 방사선 입자가 반도체 회로를 사정없이 때리기 때문이다. 만약 최신 스마트폰을 그대로 화성에 보냈다면, 도착하기도 전에 먹통이 되어 벽돌이 되었을 것이다.
그래서 우주용 반도체는 방사선 맞고도 버티는 ‘방사선 내성’ 처리를 필수적으로 거친다. 회로를 설계할 때부터 특수 공정을 적용하는 것은 물론, 중요한 계산은 세 번씩 반복해서 다수결로 결정하는 독특한 방식을 쓴다. 예를 들어 “1+1은 몇이지?”라는 질문을 세 회로에 동시에 던진 뒤, 세 곳 모두 “2”라고 답해야 정답으로 인정하는 식이다. 혹시나 방사선을 맞아 한 곳이 오류를 일으키더라도 AI 자율 주행 탐사에 치명적인 문제가 생기지 않도록 철저하게 방어하는 것이다.
실제로 화성에서 활약 중인 큐리오시티의 메인 컴퓨터(RAD750 프로세서) 처리 속도는 약 400MHz 수준이다. 요즘 나오는 최신 스마트폰보다 무려 10배 이상 느린 수치다. “아니, 그렇게 느린 칩으로 어떻게 AI 자율 주행 탐사를 해?” 싶겠지만, 이 느릿한 칩은 화성의 극한 환경을 버티며 13년이 넘는 시간 동안 단 한 번의 고장도 없이 멀쩡히 돌아가고 있다. 속도보다 중요한 건, 어떤 위기에서도 살아남는 ‘생존’이기 때문이다.
지금 이 순간에도 NASA 큐리오시티 미션 공식 페이지에서 실시간 탐사 현황을 확인해보면, 이 든든한 반도체를 탑재한 로버가 험난한 야당 지형을 향해 거침없이 나아가고 있는 모습을 볼 수 있다.
AI 자율 탐사가 바꾸는 우주 산업의 미래
큐리오시티의 사례는 단순히 로버 하나의 이야기가 아니다.
자율 AI 자율 주행 탐사 기술은 앞으로 달, 목성의 위성 유로파, 심지어 소행성 탐사에도 그대로 이식된다. 지구에서 더 멀어질수록 통신 지연은 길어지고, 인간이 직접 조종하는 방식은 한계에 부딪힌다. 결국 로버나 탐사선이 현장에서 스스로 판단할 수 있어야 탐사의 질과 속도 모두 올라간다.
이 흐름을 반도체 산업도 따라가고 있다.
기존에는 우주용 칩이 성능을 희생하고 내구성을 택하는 구조였다면, 최근에는 저전력 AI 추론 칩(엣지 AI 반도체) 기술이 발전하면서 성능과 내구성을 동시에 추구하는 방향으로 진화하고 있다. 엣지 AI란 클라우드 서버 없이 기기 자체에서 AI 연산을 수행하는 방식인데, 우주에서는 서버와의 통신이 수십 분씩 지연되니 이게 필수다.
한국도 이 흐름에서 비켜서 있지 않다.
한국천문연구원은 AI 기반 우주 탐사 분석 기술 개발에 투자를 늘리고 있으며, 한국천문연구원 공식 사이트에서 국내 우주 AI 연구 현황을 확인할 수 있다. 국내 반도체 기업들도 방사선 내성 칩 분야에서 기술 역량을 쌓아가고 있는 건 주목할 만한 흐름이다.
결국 화성 표면을 느릿느릿 굴러다니는 것처럼 보이는 로버 한 대 안에는, 극한 환경을 버티는 특수 반도체와 인간 없이도 과학적 판단을 내리는 AI가 한 팀을 이루며 작동하고 있다. 우주 탐사의 최전선은 이미 AI와 반도체의 전쟁터이기도 하다.