3D 프린터와 우주 기술

우주탐사에 다양하게 활용되는 3D 프린터 기술

3D 프린팅 기술은 우주 탐사와 개발의 미래를 혁신적으로 바꾸고 있습니다. 이 기술은 우주에서의 구조물 제작, 비용 절감, 그리고 자원 활용 최적화에 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 장기적인 우주 탐사와 거주 가능성에 새로운 가능성을 열어주고 있습니다.

1. 우주 환경에서의 구조물 제작

NASA의 3D 프린팅 기술은 우주 탐사에 필요한 부품과 도구 제작을 지원하며, 국제우주정거장(ISS)에서 성공적으로 적용되고 있습니다. 특히, 2014년 ISS에 설치된 최초의 3D 프린터는 간단한 부품과 공구를 현장에서 바로 제작할 수 있도록 해, 지구에서 운송할 필요 없이 우주에서 필요한 항목을 즉석에서 생성할 수 있었습니다. 대표적으로, ISS에서 프린팅한 렌치와 같은 공구는 디자인 파일을 지구에서 전송해 현장에서 제작한 사례로, 장기 우주 탐사의 수리와 유지보수에 있어 필수적인 역할을 합니다.

https://www.nasa.gov/missions/station/3-d-printer-powered-up-on-the-international-space-station/

3-D Printer Powered Up on the International Space Station - NASA

현재 ISS의 Additive Manufacturing Facility(AMF)와 같은 장비는 다양한 재료와 설계를 활용해 우주에서 요구되는 도구와 실험 장비 등을 만들어내고 있으며, 우주에서의 제조와 자원 활용을 최적화하는 중요한 기술로 자리 잡고 있습니다. 이 기술은 우주 임무에 있어 비용 절감뿐만 아니라 자급자족적 운영을 가능하게 하여 향후 장기적인 달 및 화성 탐사에도 중요한 기반이 될 것입니다.

https://www.nasa.gov/missions/station/solving-the-challenges-of-long-duration-space-flight-with-3d-printing/

Solving the Challenges of Long Duration Space Flight with 3D Printing - NASA

2. 달과 화성 탐사에 필요한 거주지 건설

NASA와 ESA는 달과 화성에 거주지를 건설하기 위해 현지 자원을 사용하는 3D 프린팅 기술을 적극 연구하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 달과 화성의 표면에 풍부하게 존재하는 월석과 화성 토양인 ‘레골리스(Regolith)’를 주요 재료로 사용하여 거주지와 실험실과 같은 필수 구조물을 프린팅하는 것입니다. 이를 통해 지구에서 건축 자재를 모두 운송해야 하는 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 우주 환경에 적합한 안정적인 구조물을 구축할 수 있습니다.

https://3dprintingindustry.com/news/nasa-to-explore-3d-printed-lunar-structure-possibilities-with-redwire-regolith-print-launch-193859/

NASA to explore 3D printed lunar structure possibilities with Redwire Regolith Print launch - 3D Printing Industry

https://www.esa.int/Enabling_Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation/3D_printing_our_way_to_the_Moon

3D printing our way to the Moon

NASA는 특히 Redwire Regolith Print 프로젝트를 통해 ISS에서 레골리스 시뮬런트를 이용한 3D 프린팅 실험을 수행했으며, 이를 기반으로 달 표면에서 거주지와 같은 대형 구조물을 프린팅하는 기술을 개발하고 있습니다. 이 프로젝트는 향후 달 탐사와 영구적인 인류 거주지 구축을 위한 핵심 기술로 여겨지고 있습니다. ESA 또한 달의 토양을 활용해 구조물의 방사선 차단과 같은 기능을 갖춘 돔 형태의 거주지 모델을 개발하고 있으며, 재료의 강도와 무게를 최적화하는 다양한 프린팅 기술을 테스트하고 있습니다.

https://www.nasa.gov/technology/manufacturing-materials-3-d-printing/nasa-looks-to-advance-3d-printing-construction-systems-for-the-moon-and-mars/

NASA Looks to Advance 3D Printing Construction Systems for the Moon and Mars - NASA

3. 생명 유지 및 식량 생산 시스템

NASA와 협력 업체들은 3D 프린팅을 활용한 우주 식량 생산 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 예를 들어, NASA는 장거리 우주 탐사에 필요한 영양소를 포함한 식량을 3D 프린팅으로 만들어 보존 기간을 늘리고, 효율성을 높이기 위한 방법을 탐구 중입니다. 식재료를 분말 형태로 저장하여 필요할 때 3D 프린터로 다양한 식단을 만들 수 있게 하며, 이 접근법은 화성 장기 탐사에 유용할 것입니다. 이러한 분말은 수분을 제거해 보관 기간을 30년 이상으로 연장할 수 있어, 우주선의 제한된 저장 공간을 절약하고 자원 낭비를 줄이는 데 도움을 줍니다.

https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2019/ip_2.html

Deep-Space Food Science Research Improves 3D-Printing Capabilities | NASA Spinoff

NASA와 함께 일한 엔지니어들은 초기에는 초콜릿과 피자를 3D 프린터로 제조하는 실험을 성공시켰으며, 장기적으로 맞춤형 영양 바와 같은 음식을 제작하여 개인의 건강에 맞춘 식단을 제공할 수 있는 시스템을 개발하고 있습니다. 이 시스템은 심박수, 칼로리 소모량과 같은 생체 데이터를 바탕으로 개별화된 식품을 프린팅해 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 기술은 장거리 우주여행 동안 승무원의 심리적 안정을 도모하고 다양한 음식을 경험할 수 있게 하는 데 기여할 것입니다.

https://www.space.com/21308-3d-printing-nasa-space-food.html

How 3D Printers Could Reinvent NASA Space Food

4. 우주 쓰레기 문제 해결

NASA와 파트너들은 우주 쓰레기를 재활용하여 우주에서 필요한 도구와 부품을 제조할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발하고 있습니다. 대표적인 예로 Refabricator와 같은 기기가 있습니다. Refabricator는 기존 플라스틱을 재활용하여 새로운 3D 프린팅 재료로 전환할 수 있는 기술을 갖추고 있으며, 현재 국제우주정거장(ISS)에서 이를 활용해 낡은 도구와 포장재를 다시 사용 가능한 재료로 가공해 새로운 도구를 프린트하고 있습니다. 이는 우주 임무의 자원 절약을 크게 돕고, 지구로부터 자재를 수송하는 비용을 줄일 수 있는 효과적인 솔루션입니다.

https://www.nasa.gov/image-article/refabricator-recycle-reuse-plastic-installed-space-station/

Refabricator to Recycle, Reuse Plastic Installed on Space Station - NASA

Made In Space와 같은 기업은 이러한 재활용을 위한 3D 프린터 시스템을 개발하여 ISS에서 사용 중인데, 여기서 생산된 부품은 지구에서 제작한 것과 비교해 연구가 진행됩니다. 이 시스템은 우주 쓰레기 문제를 해결하고 장기 우주 탐사에 필요한 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 기술로 평가받고 있으며, 특히 미래의 달 및 화성 탐사에서도 현지 자원을 활용할 수 있는 기반이 됩니다. 예를 들어, NASA는 Artemis 프로그램을 통해 달의 표토를 사용해 구조물을 3D 프린팅할 수 있는 가능성도 연구 중입니다.

https://www.space.com/made-in-space-3d-printer-recycler-launch.html

Plastic Recycler Will Turn Space Station Trash into 3D Printing Stock

5. 장기 우주 탐사 및 우주 산업 발전의 기폭제

NASA와 협력 기업들은 화성 및 달 탐사에 필수적인 3D 프린팅 기술을 통해 현지 자원을 활용하여 거주지를 건설하는 방법을 연구 중입니다. 예를 들어, NASA의 3D 프린팅 챌린지는 팀들에게 현지 재료(화성의 토양 등)를 사용하여 자급 가능한 거주지를 만드는 데 필요한 기술을 발전시키도록 유도하고 있습니다. 챌린지의 일부 팀은 레골리스(행성 표토)와 같은 현지 자원을 사용해 구조물을 만드는 방법을 개발했으며, 이는 인류의 우주 거주 가능성을 높이는 중요한 기술적 돌파구가 되고 있습니다.

https://www.space.com/nasa-3d-printed-habitat-competition-winners.html

Here's the Winner of NASA's 3D-Printed Mars Habitat Challenge

이 기술을 바탕으로 NASA는 ICON과 협력하여 향후 달과 화성에서 자립적인 탐사 환경을 구축할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 연구하고 있으며, 이 시스템은 달 표면의 재료를 이용해 착륙장이나 건물 등 다양한 인프라를 구축할 수 있게 할 예정입니다.

https://www.nasa.gov/technology/manufacturing-materials-3-d-printing/nasa-looks-to-advance-3d-printing-construction-systems-for-the-moon-and-mars/

NASA Looks to Advance 3D Printing Construction Systems for the Moon and Mars - NASA

3D 프린터가 여는 미래: 환경과 지속가능성

3D 프린터와 우주 기술은 자원의 효율적 사용을 통해 환경 보호에 기여할 수 있습니다. 특히, 우주 환경에서의 자원 제한과 높은 비용을 고려할 때, 3D 프린터는 필요할 때만 부품을 생산하여 낭비를 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대됩니다.

우주 탐사에 있어 발사체의 연료 사용 시 발생하는 온실가스의 양은 상당합니다. 만약 3D 프린팅을 통해 우주공간에서 달과 화성 등에서 현장에 있는 자원을 활용할 수 있는 가능성이 열린다면, 지구에서 모든 자재를 운송하지 않아도 되기 때문에 로켓 발사로 인한 온실가스 배출을 줄일 수 있습니다.

우주 폐기물 관리에 사용되는 재활용 프린터와 더불어 3D 프린팅을 통해 현장에서 필요한 부품을 바로 제작할 수 있게 되면 불필요한 자원 낭비를 줄일 수 있고, 장기적으로 지속 가능한 자원 관리에도 기여할 수 있습니다.

앞으로 3D 프린터가 어떤 미래를 열어갈지 지켜봐야겠습니다.