미래 화성기지는 3D 프린터로

과학기술

미래 화성기지는 3D 프린터로
NASA 공모전, 한국 연합팀 최종 진출

2018.08.09 11:05 김준래 객원기자

화성을 향한 인류의 관심이 그 어느 때보다도 높아지고 있는 상황에서, 미 항공우주국(NASA)이 주최한 화성 주택 설계 공모전이 당선작 결정을 위한 최종 단계를 앞두고 있어 귀추가 주목되고 있다.

첨단기술 전문 매체인 뉴아틀라스(newatlas)에 따르면 지난 2015년부터 시작된 NASA의 화성주택 설계 공모전이 이제 마지막 관문을 앞두고 있다. 공모전의 목표는 승무원들이 화성 현지에서 1년 정도 거주할 수 있는 기지를 만드는 것이다. (관련 기사 링크)

행성 탐사를 위해 NASA가 3D 프린터로 기지를 건설하는 공모전을 개최했다. ⓒ NASA

행성 현지에서 소재 조달 여부를 파악하기 위해 개최

미국의 우주탐사 관련 사업을 총괄하고 있는 NASA는 숙원 사업을 몇가지 갖고 있다. 그중 하나가 달과 화성에 유인기지를 건설하는 것이다.

화성에 기지를 건설하는 것은 생각보다 어려운 작업이다. 특히 기지 건설에 필요한 모든 자재를 지구에서 수송해 간다는 것은 경제성을 고려할 때 거의 불가능에 가깝다. 따라서 행성 기지 건설 자원은 최대한 현지에서 조달해야 한다는 것이 NASA 측의 생각이다.

이를 위해 NASA는 지난 2015년 행성 기지 건설을 위한 아이디어 공모전을 개최했다. 행성 현지에 존재하는 소재들을 주로 사용해 기지 건설이 가능한지 여부를 판단하자는 것이 공모전의 개최 취지였다.

1단계 디자인 선정작 중 하나인 포스터앤파트너스社의 작품 ⓒ NASA

NASA가 내세운 조건은 단 하나였다. 건축 면적 93㎡ 정도 크기의 거주 공간에서 4명의 탐사대원들이 12개월 정도 거주할 수 있는 기지를 3D 프린터를 이용해 건설하되, 화성 현지에 있는 무기질과 같은 소재를 이용해야 한다는 점이었다.

공모전의 정식 명칭은 ‘3D Printed Habitat Challenge’으로서 총 4단계의 과정으로 이루어져 있다.

1단계는 3D 프린터 기술의 특성을 살린 건축 콘셉트에 관한 디자인 선정 과정이다. 이는 이미 2015년 가을에 선정이 끝났다. 당시 세계적인 디자인 스튜디오인 포스터앤파트너스(Foster & Partners)의 작품이 선정작에 포함돼 관심을 모으기도 했다.

포스터앤파트너스가 공개했던 동영상을 살펴보면 굴착로봇을 화성에 보내 땅을 파고 바닥을 다지는 모습이 나온다. 이후 팽창하는 형태의 모듈을 해당 부지에 설치하고, 그 위에 대형 3D 프린터가 현지에서 조달한 흙으로 코팅을 해 외벽을 형성하는 장면도 등장한다.

최종 단계까지 진출한 우리나라 연합팀

2단계와 3단계 공모는 2017년에 진행됐다. 2단계의 명칭은 ‘구조부재 경쟁(Structural Member Competition)’, 3단계는 ‘현지 거주지 경쟁(On-Site Habitat Competition)’이었다.

2단계에서 중요한 것은 현지 기지를 건설할 소재에 대한 아이디어였다. 행성 표면에서 발견한 자원을 그대로 사용해도 좋고, 지구에서 가져간 물질을 혼합해 별도의 소재를 만들어도 된다는 대회 규정에 따라 다양한 아이디어가 도출됐다.

치열하게 경합한 77팀 중 2단계를 통과한 팀은 불과 5개에 불과했다. 주목할 점은 우리나라 한국건설기술연구원과 한양대학교가 팀을 이룬 ‘문엑스컨스트럭션(MoonX Construction)’이 월등한 기술과 아이디어로 1등을 차지했다는 사실이다.

당시 문엑스컨스트럭션팀은 달의 토양과 비슷한 현무암질의 복제토와 재활용플라스틱의 한 종류인 LDPE를 혼합하여 3D 프린터가 사출하기에 가장 적합한 소재를 제출했다.

2단계 경연을 통과한 총 5개 팀은 1개월 후 경연 장소인 미국 일리노이주의 시험 센터에 다시 모여 3단계 경연을 시작했다. 문엑스컨스트럭션팀은 3차 경연까지 생존한 참가팀 중 유일한 비 미국팀이었다.

우리나라 연합팀의 3D 프리터가 행성 현지에 건설될 기지를 사출하고 있다 ⓒ NASA

3단계는 2단계에서 선정된 소재들을 사용해 실물 크기의 주거 시설을 실제로 건설해 보는 과정으로 진행됐다. 문엑스컨스트럭션팀은 3방향 축을 상승과 동시에 이동시키며 입체적으로 출력하는 ‘공간 적층’ 방법을 고안해 기존의 3D 프린팅 방식으로는 구현하기 힘들었던 돔 구조물 제작을 구현해 냈다

그 결과 3단계 경연에서 3위를 차지하는 성과를 거뒀다. 비록 2단계 경연에서 1등을 차지했던 여세를 이어가지는 못했지만, 촉박한 일정에 쫓기고 대형 3D프린터를 미국에까지 운송해야 했던 문제 등을 고려하면 나름대로 선방을 했다는 것이 관계자들의 평가다.

물론 공모전이 끝난 것은 아니다. 최종 단계인 ‘센테니얼챌린지(Centennial Challenges)’가 남아 있다. 센테니얼챌린지는 NASA가 행성 탐사를 위해 반드시 필요한 4개 핵심과제의 해결방안을 찾기 위해 전 세계를 대상으로 개최하는 공모전으로서 3D Printed Habitat Challenge는 센테니얼챌린지의 일환이다.

센테니얼챌린지는 3D Printed Habitat Challenge를 포함해 비행기능이 내장된 소형 위성 제작 공모전(Cube Quest Challenge)과 휴머노이드 로봇을 제어하는 소프트웨어 개발 공모전(Space Robotics Challenge), 그리고 신진대사 기능이 뛰어난 혈관 생성 공모전(Vascular Tissue Challenge) 등으로 구성되어 있다.

대회 관계자는 “3단계 경연에서 3위 이내의 성적을 거둔 팀들은 내년에 개최되는 센테니얼챌린지의 최종 대회에 나갈 자격을 얻게 된다”라고 소개하며 “4개 분야로 나뉘어진 최종 대회에서 영예의 1등을 차지하는 팀은 200만 달러의 상금을 받는다”라고 밝혔다.

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