우주 시대 앞당기는 3D프린팅…달기지 건설자재·탐사 로켓 찍어낸다

우주자원활용한 3D프린팅 주목

달기지 건설자재 지구 조달 불가
NASA, 상금 걸고 '달 대장간' 추진
美벤처, 달 표토 활용한 기술 개발

美선 '3D프린팅 로켓' 발사 성공
한번에 '출력'…비용·시간 확 줄여

미국 벤처기업 아이콘이 달 표면에서 우주 기지를 건설하는 모습을 나타낸 상상도. 미국 항공우주국(NASA)은 달의 표토와 3D 프린팅 기술을 활용해 이르면 2026년 달에 건물을 지을 계획이다. /NASA 제공

영화 ‘애드 아스트라’의 화성 탐사 기지. 내부 벽면이 붉은색 벽돌로 이뤄졌다. 우주와 관련된 공상과학(SF) 영화에서 자주 볼 수 있었던 금속 재질 기지와는 사뭇 다른 모습이다. 화성의 모래를 활용 재료 삼아 ‘3D(3차원) 프린팅’ 기술로 탐사기지를 만들었다는 것이 영화 속 설정이다. 전문가들은 애드 아스트라처럼 3D 프린팅 기술을 우주 탐사에 활용하는 사례가 부쩍 늘어날 것으로 전망하고 있다.

○‘달 대장간’에서 건자재 조달

21일 과학계에 따르면 미국 항공우주국(NASA)은 현재 ‘달 대장간(lunar forge)’ 연구를 진행하고 있다. 매사추세츠공대(MIT) 등 7개 대학교가 참가했다. 총 110만달러의 상금을 놓고 ‘우주현지자원활용(ISRU)’ 기술을 개발 중이다.

우주 공간에서 기지를 건설하기 위해서는 골조부터 벽체까지 많은 자원을 현지에서 조달해야 한다. 탐사 기지 건설용 자재를 모두 로켓에 실어 우주로 보내는 것은 부피와 질량을 고려했을 때 현실적으로 불가능하기 때문이다.

우주현지자원활용의 핵심은 3D 프린팅이다. 3차원 공간에 실제 사물을 인쇄하듯 만들어 낸다. 3D 프린터를 달 표면에 두고 달의 표토(레골리스)를 이용해 건설 자재를 제작하면 비용을 크게 낮출 수 있다. 레골리스에는 실리콘, 철, 알루미늄, 칼슘 등이 다수 포함돼 있다.

최근엔 성과가 나왔다. 미국 센트럴 플로리다대 연구진은 레골리스에 소금물을 섞은 뒤 1200도로 구워내자 대기압의 2억5000만 배에 달한 압력을 견딜 수 있는 것을 확인했다. 미국 벤처기업 아이콘은 레골리스를 이용해 콘크리트 비슷한 재질로 만든 뒤 건물을 짓는 기술까지 개발했다. 아이콘은 NASA와 5720만달러 규모 계약도 체결했다. 2026년 달 표면에서 기지 건설을 시연할 예정이다.

○3D프린터 로켓…제작 비용·시간↓

3D 프린팅으로 금속성 파이프, 레일 등을 제작하는 기술도 개발되고 있다. 과거 3D 프린팅 기술을 쓰려면 플라스틱과 같은 경화성 소재를 써야 했다. 소재를 녹인 뒤 모양을 잡아 굳혀야 하는데 금속 소재를 이렇게 다루기엔 기술적으로 한계가 있었기 때문이다. 또 소재를 한 줄씩 쌓아 올리다 보니 이음새가 상대적으로 약하다는 단점도 있었다.

NASA는 구리 기반 합금 소재(GRCop)와 금속 분말을 고출력 레이저로 융합하는 방식으로 섭씨 3315도까지 견디는 금속 구조물 제작하는 데 성공했다. 미국의 신생 우주기업 렐러티비티 스페이스는 NASA의 3D 프린팅 기술을 활용해 로켓 테란1을 개발하는 등 상용화 시도가 잇따르는 기술이다. 기본 구조물과 추진제 탱크, 터보 펌프 등 로켓 전체 질량의 85%를 3D 프린팅으로 제작했다는 것이 회사 측 설명이다.

3D 프린팅 방식으로 로켓을 만들면 제작 비용과 시간이 크게 줄어든다. 서로 다른 구조체를 각각 만들어 판금, 조립, 용접하는 방식 대신 한꺼번에 뽑아내듯 제작할 수 있기 때문이다. 렐러티비티 스페이스는 3D 프린팅 기술 덕분에 부품 수가 기존 로켓의 100분의 1로 줄었다고 설명했다.

렐러티비티 스페이스는 테란1의 발사 비용을 1회당 1200만달러로 잡고 있다. 스페이스X의 팰컨9 1회당 발사 비용(6700만달러)의 5분의 1 수준이다. 렐러티비티 스페이스는 최근 테란1 발사에 성공했다. 2024년에는 후속 모델 테란R을 시험 발사할 예정이다. 렐러티비티 스페이스는 “테란 로켓은 궤도 비행을 시도한 가장 큰 3D 인쇄 물체”라며 “지구와 달, 화성 사이에서 임무를 수행할 수 있는 우주 화물선을 만들 예정”이라고 말했다.

김진원 기자 jin1@hankyung.com