우주 혁신 Space Manufacturing

우주 혁신 Space Manufacturing

우주 제조(Space Manufacturing)는 우주공간에서 물건과 자재를 생산하는 과정을 말합니다. 지구에서의 전통적인 제조 방법은 중력, 대기 및 자원과 같은 수많은 제약이 있습니다. 그러나 우주의 무중력 환경에서는 보다 정밀하게 제품을 생산할 수 있고, 우주의 자원을 활용하여 지구상 자원 제약을 벗어날 수 있으며, 이러한 우주 제조의 발전은 항공 우주 분야, 의학 분야  심지어 지구 너머의 지속 가능한 생활에 이르기까지 산업을 비약적으로 변화시킬 가능성이 있습니다.

 

무중력의 제조혁신

---

중력이 없는 상태에서 우주 제조는 지구상에서 불가능하거나 비효율적인 제조를 벗어나 혁신적인 기술의 문을 열 수 있습니다. 적층 제조 또는 3D 프린팅으로 우주에서 쉽게 구할 수 있는 원자재를 사용하여 정밀하게 복잡한 구조를 제작할 수 있습니다. 또, 지구에서는 구현할 수 없는 신소재를 무중력 환경에서는 구현할 수도 있습니다. 달, 소행성 또는 화성에서 발견되는 물질도 활용이 가능합니다. 이러한 우주제조의 혁신은 로켓을 통한 고비용, 에너지 집약적인 현재의 지구에서 우주로의 운송 필요성을 현격하게 줄일 수 있습니다.

 

1992년 NASA는 우주 실험실에서 비결정질 금속이라는 신소재를 개발했습니다. 금속이 깨지는 이유는 금속을 구성하는 물질이 결정 형태로 굳어있기 때문인데, NASA가 개발한 비결정질 금속은 결정을 이루지 않아 잘 부서지지 않습니다. 현재는 전차의 장갑판, 대포의 탄두, 고탄력 라켓 등에 활용되고 있습니다.

 

미국의 스타트업인  메이드 인 스페이스는 3D프린터를 통해 우주 제조를 실현하고 있습니다.  2014년, 지구에서 보낸 송신한 설계도를 우주에서 받아 3D프린터로 우주에서 처음으로 볼트를 조이는 렌치를 만들었고, 2016년부터 3년간 200개 이상의 연장과 부품을 생산했습니다.

메이드 인 스페이스가 우주에서 만든 스패너

또, 메이드 인 스페이스는 ZBLAN이라고 하는 첨단 광섬유를 국제 우주정거장 ISS에서 생산할 예정입니다. 빛 흡수와 산란 형태가 기존의 광섬유와 현격히 차이가 나서 데이터 전송속도가 월등히 빠른 것으로 알려졌습니다. 1970년대에 개발되었지만 불순물 결정의 제거가 어려워 대량생산을 구현하기가 어려웠습니다. 가격도 m당 100달러에 육박해서 상용화되지 않았습니다. 하지만 우주에서는 불순물 생성을 매우 쉽게 차단할 수 있어 ZBLAN의 경제성이 확보되기 때문에 대량생산이 가능해질 것으로 예상됩니다.

 

항공우주 산업 혁명

---

우주 제조가 활성화 된다면 항공 우주 산업에는 커다란 혁신을 가져올 수 있습니다. 우주에서의 제조는 우주 망원경, 위성, 심지어 미래의 우주 거주지와 같은 대규모 구조물 생산을 가능하게 합니다. 우주에서 필요한 대형 구조물을 우주에서 직접 제조한다면, 지구에서 조립된 무거운 페이로드를 로켓을 통해 발사할 필요가 없게 되며, 이러한 비용을 절감하고 경제적 효율성을 높일 수 있습니다.

한국건설기술원과 미국 엑스아크가 공동설계한 화성기지 모델 아크햅

 

자원 활용 및 지속 가능성

---

우주 제조의 또 다른 매력적인 측면은 자원 활용 및 지속 가능성입니다. 우주에는 얼음, 금속, 광물과 같은 자원이 매우 풍부합니다. 이러한 자원을 활용한다면 우리는 지구의 제한된 매장량에 대한 의존도를 줄일 수 있고, 지구 너머에 지속 가능한 전초 기지를 구축할 수 있게 됩니다. 우주 제조 기술은 이러한 자원을 추출, 처리 및 활용하여 인류의 임무를 지원하고 자급자족하는 우주 경제를 창출하는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

의료 발전

---

우주 제조는 비약적인 의료 발전을 가져올 것으로 예상하고 있습니다. 무중력 조건은 지구에서 생성된 것보다 훨씬 안정적인 인체 조직, 의약품 등을 생산할 수 있습니다. 이것은 재생 의학, 장기 이식 및 약물 개발을 위한 새로운 길을 만들 수 있습니다.

 

대형 제약회사 머크는 국제우주정거장(ISS)에서 항암제 키트루다와 관련한 실험을 진행하였습니다. 여기에 사용되는 면역 관문 억제제 펨브롤리주맙을 우주에서 제조 할 경우 현재 정맥주사 방식보다 쉽게 인체에 투여할 수 있는 약물로 제조가능하다는 것을 발견하였습니다.

 

미국 캘리포니아의 신생기업 바르다 스페이스 인더스트리(Varda Space Industries, 이하 바르다)는 미세중력 환경을 이용해 지상에서는 만들기 어려운 약물을 제조하기 위해 우주로 위성을 쏘아올렸습니다. 화이자 팍스로비드(후천성면역결핍증(HIV/AID) 치료제 및 코로나19 치료제)의 첨가제로 쓰이는 리토나비르(항바이러스제)의 결정을 우주에서 어떻게 바꿀 수 있는지를 실험했습니다.

 

향후 과제 및 전망

---

우주 제조의 잠재력은 매우 크지만 먼저 해결하여야 할 몇 가지 과제가 있습니다. 효율적인 제조 시스템을 개발하여야 하고, 우주비행사의 안전이 보장되어야만 하며, 우주 자원 활용을 위한 법적 근거 마련이 포함됩니다. 또한 우주 기관, 민간 기업 및 국제 단체 간의 상호 협력은 우주 제조의 혁신을 촉진하고 발전시키는 것에 매우 중요합니다.

 

우주 제조는 우주 탐사 및 활용에 대한 접근 방식의 패러다임 전환을 의미합니다. 이제는 우주로 나가고 관찰하는 것만이 아닌, 우주의 방대한 자원을 활용하고, 기존 산업을 변화시키고, 지구를 넘어 인류가 영원토록 지속 가능한 삶을 위한 길을 만들어가는 첫걸음 인 것입니다. 인류 기술 역량의 한계를 계속 확장함에 따라 우주 제조는 인류의 존재가 지구라는 고향 행성의 경계를 넘어 우주로 향하는 관문의 열쇠입니다.