Artificial Intelligence in Space

1969년에 아폴로 우주선이 달에 착륙한 이후 50년이 지난 현재 과학은 엄청난 속도로 발전했지만 50년 전 초등학생 장래희망 부동의 1순위 였던 우주비행사는 이제는 순위권에도 들지 못하는 신세로 전락하고 말았다. 한편, 엔터프라이즈라는 이름은 특이하게도 미국의 군사력을 상징하는 상징적인 의미를 가지고 있어서 세계 최초의 핵추진 항공모함인 CVN-65의 이름으로 1961부터 사용되었고 2017년 은퇴한 이후에도 정치, 과학계의 끊임없는(?) 노력에 의해 신형 포드급 항공모함인 CVN-80으로 2028년 돌아올 예정이라고 한다. 또한, 인류 최초의 심우주항공모함(2245년 취역 예정) NCC-1701 의 경우도 엔터프라이즈라는 이름을 가지고 아폴로 이후 우주에 대한 꿈과 희망을 가지고 있던 많은 아이들을 수십억 광년의 광활한 우주로 매주 여행을 시켜주었다. 

스타쉽 엔터프라이즈가 등장하는 Star Trek은 1965년을 시작으로 수많은 드라마와 영화를 통하여 인류의 영역을 수십억 광년의 우주로 확장시킨 SF 대작이다. 드라마 속에서는 1960년대 부터 인공지능 기술을 활용하여 미지의 우주로 여행을 가능하게 하였고 “Data” 라는 이름의 가상인간은 사람들 속에서 압도적인 데이터 분석 능력을 기반으로 사람의 감정을 가지고 진화해가는 모습을 보여주고 있다. 드라마가 시작되고 인류가 최초로 달을 방문한지 반세기가 지난 현재 과연 AI는 현실의 우주 여행에 있어서 어떻게 활용되고 있을까?

2010년 이후 나사의 우주선 발사는 SpaceX 가 2/3를 차지해 나가고 있고 국제우주정거장으로의 우주 화물 및 우주인 운송의 대부분을 맡고 있는 상태이다. 뿐만아니라, 29억달러 규모의 달착륙선 계약도 독점한 상태라 지구상에서 우주 비행 기술에 대한 독보적인 위치를 차지하고 있다고 해도 과언이 아니다. SpaceX 는 비용 절감과 안정성 확보를 위해서 다양한 분야에 AI기술을 활용하고 있다.

1. 운항 시스템

전기차 테슬라에도 적용된 기술인 Autopilot 프로그램을 활용하여 로켓이 발사에서 ISS 도킹 스테이션까지 스스로 경로를 탐색해서 날아 가도록 AI 기반 자동 조종 프로그램을 활용하고 있다.  Autopilot 시스템은 연료 사용량 및 비축량, 포물선 비행, 날씨, 엔진 추진 및 로켓 비행에 영향을 미치는 다양한 요인을 실시간 측정하여 우주의 목표 지점까지 로켓의 항로를 자동 계산하여 사람이 만들수 있는 오류를 줄여 효율적이고 안전한 여행이 가능하도록 지원한다.

2. 착륙 시스템

승무원을 국제 우주 정거장으로 실어나른 로켓은 ML과 컴퓨터 비전을 사용해 착륙을 실시간 모니터링 하며 안전한 착류지점을 찾아내는데, 착륙 시스템에 탑제된 AI 시스템은 로켓을 최적의 궤도로 안전하게 착륙시키기 위해서 Convex 최적화 알고리즘 및 실시간 컴퓨터 비전 인식기술을 동시에 활용하여 처리한다.

3. AI 비서

2018년 SpaceX는 Dragon 화물 캡슐에 CIMON이라는 작은 로봇을 국제 우주 정거장으로 보냈다.  Crew Interactive Mobile Companion의 약자인 CIMON은 인공 지능으로 구동되는 최초의 우주 비서이다. 에어버스가 개발한 로봇의 AI 시스템은 Ubuntu를 기반으로 IBM의 왓슨을 자연어 모듈로 음성인식을 활용하여 구축됐으며 14개의 fan을 사용하여 무중력 상태의 우주선에서 자유롭게 이동을 하며 우주인을 도와주고 있다. CIMON은 우주비행사의 조수로 일하며 그들과 대화하고 일상적인 작업을 돕는 역할을 하며 자동으로 우주선 안에서 발생하는 데이터를 지상의 제어센터로 전송하는 역할을 담당하고 있다고 한다. 2019년 출시된 CIMON 2는 감정과 어조를 기반으로 대화에 반응할 수 있는 ‘왓슨 톤 애널라이저’로 업그레이드되어 현재까지도 ISS에서 우주인과 함께 열심히 작업중이라고 한다.

4. 충돌 감지 시스템

정지 궤도의 위성에는 우주에서 위성을 안내하고 우주의 파편 및 기타 외계 물체와의 충돌을 방지하기 위한 센서가 내장되어 있다. 인공위성의 AI 시스템은 이런 센서를 활용하여 지구를 스쳐가는 행성의 예상 가능한 궤도, 우주 파편 및 주변 인공위성과 충돌 가능한 항로를 예측하여 방지하도록 하는데 그럼에도 불구하고 지난 1년 동안 SpaceX의 Starlink가 다른 위성과 여러번 충돌하는 사건이 발생하기도 했다.

5. 비상 감지 시스템

AI 활용의 가장 큰 장점 중 하나로 로켓에는 AI 기반 긴급 중단 시스템이 내장되어 있다. SpaceX의 Falcon 9로켓의 경우 이 시스템이 탑재되어 있어 발사되기 전 실시간 시스템 점검을 통하여 문제가 발생시 자동으로 로켓을 정지시켜 비행시 발생할 수 있는 참사를 사전에 차단하게 된다.

6. 기타

그외 허블 우주 망원경으로 촬영한 이미지는 딥 러닝을 사용하여 은하의 배치를 시뮬레이션하여 위치를 분류하며, 화성 탐사 로봇인 Curiosity와 같은 경우는 자율 주행 차량과 같은 ML 알고리즘을 사용하여 화성의 표면을 안전하고 효율적으로 이동한다고 한다. 또한, NASA는 Google과 제휴하여 AI 알고리즘을 사용하여 은퇴한 Kepler 망원경을 활용한 외계 행성의 신호를 감지하는 프로젝트를 진행하고 있다. 

50년 지난 현재도 우주기술에 엔터프라이즈의 “Data”와 같은 완전한 인공지능이나, 우주를 점프하거나 광속으로 날아가는 기술은 아직 나오지 않았지만 인공지능 기술을 활용한 다양한 분야에 진보가 차근차근 이루어지고 있다. 

2018년 세상을 떠난 천재물리학자 스티븐 호킹 박사는 생존을 위해 인류는 끊임 없이 우주로 진출해야 한다고 주장했다. 이제는 더이상 우주비행사를 꿈꾸는 아이들의 없는 현실에서 이러한 경고는 인류의 미래에 대한 낙관이 쉽지 않음을 예고하고 있다. 이러한 상황에서 인공지능기술이 그러한 불안을 해소하는 하나의 중요한 역할을 해내길 기대해 본다.

참고 링크: