궤도에서 우주선을 건설하는 데 사용할 수 있을까요?
글래스고 대학교(University of Glasgow) 제임스 와트 공과대학(James Watt School of Engineering)의 질 바이에(Gilles Bailet) 박사팀은 무중력 상태에서도 작동하는 프로토타입 3D 프린터에 대한 특허를 획득했습니다. 이 시스템은 우주의 진공 환경에서도 작동하도록 설계되어, 우주선이나 우주 정거장 외부에서도 사용할 수 있습니다. 글래스고 대학교에 따르면, 연구팀은 세 차례의 시험 비행을 통해 90회 이상의 22초간 무중력 기간을 확보하며, 이를 통해 미세 중력 환경에서의 기기 작동 방식을 성공적으로 검증했습니다.
3D 프린터는 2014년 궤도에서 처음 사용되었으며, 국제 우주 정거장(ISS)의 우주비행사들은 이를 이용해 필요한 플라스틱 부품이나 도구를 직접 출력할 수 있었습니다. 불과 작년에는 유럽우주국(ESA)이 금속 3D 프린터를 발사했으며, 현재 ISS에서 미세 중력이 금속 부품 출력에 미치는 영향을 테스트하고 있습니다. 하지만 현재까지 개발된 모든 장비는 지상과 비슷한 압력으로 유지되는 ISS 내부 모듈 내에서 사용하도록 설계되었습니다.
바이에 박사는 "적층 제조(Additive manufacturing), 즉 3D 프린팅은 매우 복잡한 재료를 빠르고 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다"라고 말했습니다. "하지만 지상에서 잘 작동하는 기술이 우주의 진공 상태에서는 종종 충분히 견고하지 못합니다. 또한 3D 프린팅 기술을 ISS의 가압 모듈 외부에서 시도한 사례는 없었습니다. 기존 3D 프린터에 사용되는 필라멘트는 미세 중력이나 진공 상태에서 끊어지거나 막히는 문제가 자주 발생하는데, 이는 우주에서 신뢰성 있게 사용되기 위해 반드시 해결해야 할 과제입니다."
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바이에 박사팀은 일반적인 지상용 3D 프린터 필라멘트를 사용하는 대신, 3D 프린터의 공급 재료 탱크(feedstock tank)로 쉽게 끌어당겨져 다른 재료보다 빠르게 노즐로 공급될 수 있는 분말형 재료를 개발했습니다. 이러한 신규 재료를 사용하면 필라멘트 파손이나 막힘을 근본적으로 방지할 수 있어, 장비의 작동 신뢰도를 높이고 감독 부담을 줄일 수 있습니다.
연구팀은 궤도에서 도구나 우주선 부품을 제작하는 것 외에도, 지상에서 획기적인 발전을 가져올 수 있는 다른 물품 제작 가능성도 모색했습니다. 여기에는 궤도에서 태양 에너지를 수집하여 지상 관측소로 반사할 수 있는 공간 반사경이 포함되어 있어, 24시간 태양광 발전 시스템 구현이 가능합니다. 바이에 박사는 또한 현재보다 훨씬 효과적인 의약품을 생산하는 데 이 기술이 활용될 수 있다고 언급했습니다.
바이에 박사는 "우주에서 자란 결정체는 지상에서 만들어진 것보다 크고 배열이 더 규칙적일 수 있습니다. 따라서 궤도 기반의 화학 공장들은 지구로 다시 전달할 새로운 또는 개선된 의약품을 생산할 수 있습니다. 예를 들어, 우주에서 자란 인슐린은 현재 당뇨병 환자들이 매일 세 번 주사해야 하는 것과 비교해 하루에 단 한 번만 주사해도 되는, 효과가 9배 높은 수준으로 발전할 수 있다는 제안도 있었습니다."라고 설명했습니다.
만약 효과가 입증된다면, 이 3D 프린터는 우주비행사들이 ISS 외부에서 더 큰 물체를 인쇄하는 것을 가능케 할 수 있습니다. 이는 부피가 크고 취약한 장비들을 거대한 로켓에 실어 지상에서 발사하는 대신, 우주에서 현지 제작할 수 있게 함으로써 우주 탐사에 혁명적인 변화를 가져올 것입니다. 우리가 달로 재도약할 경우, 이 기술은 달 기지 건설 과정의 제조 공정을 간소화할 것이며, 장기적으로는 우리 자연 위성(달)을 거점으로 화성을 향한 로켓 발사까지 가능하게 만들 수도 있을 것입니다.