중국이 2016년에 공식 제안한 '국제 달 과학연구기지' 계획은 달 표면에 '작은 마을'과 같은 장기 운영 과학연구 시설을 건설하는 것으로, 네티즌들 사이에서는 이를 '광한궁(챵어嫦娥가 사는 달 궁전)' 프로젝트라고 부른다. 이 계획에 따르면, 국제 달 과학연구기지는 2035년까지 기본형 건설을 완료하고, 2045년까지 확장형 건설을 마칠 예정이다. 

 환구시보 취재에 따르면, 달 과학연구기지 건설과정에서는 부분적으로 '현지 자원 활용' 개념을 채택하여 달 표면의 흙으로 건축 자재를 만들고, 동시에 달 표면의 얼음 자원을 개발해 관련 과학연구 임무를 지원할 계획이다. 

 

중국이 주도하는 국제 달 과학연구기지는 장기간 자율 운영이 가능하며, 단기간 유인 참여가 가능하고 확장과 유지보수가 가능한 종합적인 과학 실험 시설이다. 지구와 달 사이의 왕복, 에너지 공급, 중추 제어, 통신 항법, 달 표면 과학조사 및 지상 지원 등의 능력을 갖추고 있어 과학 탐사 연구, 자원 개발 활용, 첨단 기술 검증 등 다학제적(多学科)이고 다목적인 종합 과학 및 기술 활동을 지속적으로 수행할 수 있다. 

 

ㅡ 달 표면 흙을 활용한 ‘현장 3D 프린팅 시스템'의 혁신

 

국제 달 과학연구기지를 건설하는 과정에서 '달 표면 흙 현장 3D 프린팅 시스템'이라는 장비가 중국의 건설 기술 우위를 달 표면까지로 확장할 예정이다. 

 

"'달 표면 흙 현장 3D 프린팅 시스템'은 집광된 태양 에너지를 이용해 달 표면 흙을 고온으로 용융시켜 벽돌을 만드는 장치입니다." 심우주탐사실험실의 '달 표면 흙 현장 3D 프린팅 시스템' 기술 책임자 양홍룬은 환구시보와의 인터뷰에서 이 장치의 두 가지 주요 특징을 설명했다. 첫째, 달 표면 흙만을 유일한 원재료로 사용하기 때문에 지구에서 어떤 보조 재료도 가져갈 필요가 없어 진정한 현지 자원 활용이 가능하며, 달의 흙으로 달 위의 집을 지을 수 있다. 둘째, 이 3D 프린팅 시스템의 광섬유 다발은 유연하고 끝부분이 자유롭게 움직일 수 있어 "벽돌을 만들 뿐만 아니라, 프린팅 헤드의 이동 경로를 사용자가 정의하여 달 표면 흙으로 원하는 형태를 만들 수 있다"고 한다. 

 

 

'달 표면 흙 벽돌기계'라고도 불리는 이 시스템의 핵심 원리는 포물면 집광 반사경을 통해 태양광을 모아 광섬유 다발로 전송하여 약 3,000배의 집광 된 태양 에너지를 생성하고, 이를 통해 달 표면 흙을 1,300°C 이상으로 가열해 용융시켜 달 표면 흙 벽돌을 제작하는 것이다. 이 시스템은 달의 자원과 에너지를 현지에서 활용할 수 있게 하며, 제작된 달 표면 흙 벽돌은 강도가 높고 단열성이 좋다는 특징이 있어 달 과학연구기지의 도로, 장비 플랫폼 및 건물 건설 요구를 충족시킬 수 있다. 

 

ㅡ '달 벽돌' 제작의 기술적 도전

그러나 '달 벽돌' 제작에는 많은 어려움이 있다. 심우주탐사실험실 연구원들에 따르면, '달 벽돌'은 제작 과정에서 성형이 어렵고, 달 표면 흙은 열전도율이 낮고 용융점이 높으며 광물 성분이 복잡해 균일하게 가열하기 어렵고, 균열이나 공극 같은 결함이 발생하기 쉽다. 또한, '달 벽돌'을 굽는 과정에서 지속적이고 안정적인 에너지 공급도 큰 난관이다. 달 표면 흙 현장 3D 프린팅 시스템은 3,000배 이상의 집광된 태양 에너지를 안정적으로 전송해야 하며, 동시에 달 표면의 낮은 태양 고도각, 고진공, 저온 등 가혹한 환경에 대응해야 한다. 이러한 요소들은 에너지 전송 장치의 손상과 기능 상실을 초래할 수 있다. 

 

"장치 개발 초기에 우리가 직면한 핵심 과제는 달의 극한 환경의 제약하에서 어떻게 신뢰할 수 있는 태양 에너지 집광과 달 표면 흙 성형을 실현할 것인가였습니다." 양홍룬은 "팀은 여러 기술 노선을 체계적으로 비교했습니다. 집광 단계에서는 프레넬 렌즈, 박막 렌즈, 반사식 집광기 중 어떤 것을 사용할 것인지, 달 표면 흙 성형 측면에서는 분말 소결, 고온 용융, 접착 고정화 중 어떤 방식을 채택할 것인지 고민했습니다"라고 설명했다. 일련의 검증 실험을 통해서 프로젝트팀은 최종적으로 '반사 집광+광섬유 다발 에너지 전송+분말 베드 용융 코팅 성형'이라는 기술 노선을 선택하여 에너지 포착 전송부터 프린팅 성형까지의 전체 체인의 난제를 해결했다. 

 

ㅡ 달에서 물 확보하기

현지에서 '벽돌 굽기' 외에도, 달에서 물을 얻는 것은 중국 연구원들이 '광한궁'을 건설하는 또 다른 중요한 혁신이다. 달의 극지방에는 많은 얼음 자원이 매장되어 있으며, 이 얼음은 미래 국제 달 과학연구기지의 생명 유지 자원(식용수, 산소 등)일 뿐만 아니라 전기분해를 통해 수소와 산소 연료를 얻어 심우주 탐사 임무의 에너지 수요를 지원함으로써 지구에서 물자를 운송하는 비용과 위험을 줄일 수 있다. 

 

그러나 달 표면의 환경 조건은 지구와 다르며, 고진공과 극저온의 극한 환경이기 때문에 달 표면 흙에서 사용 가능한 수자원을 어떻게 추출할 것인가는 앞으로 직면할 중요한 문제다. 이 문제를 해결하기 위해 심우주탐사실험실은 하얼빈공업대학 등 대학 및 연구소와 공동으로 달 표면 흙에서 현장에서 물을 추출할 수 있는 장치를 개발했다. 

 

관련 연구원은 환구시보에 "달 표면 흙 물 추출 구상을 위해 개발된 중국 최초의 다중 바늘식 달 표면 흙 얼음 열추출 시스템 원리 시제품은 고강도 얼음 함유 달 표면 흙 굴착의 어려움, 진공 상태에서 증발하는 수증기 수집의 어려움, 얼음 추출 효율이 낮은 문제 등을 해결했다"고 밝혔다. 이 장치는 여러 개의 가늘고 긴 나선형 드릴 바늘로 얼음을 함유한 모의 달 표면 흙 현장에서 시추하고 가열하여 기체 상태의 물을 생성하며, 수증기는 유도 채널을 통해 저온 응축기로 정향 유입되어 고체 얼음으로 응축되어 수집된다. 이 장치의 얼음 추출 효율 등 핵심 지표는 국제 선진 수준에 도달했다. 

 

"현재 심우주탐사실험실 팀은 지구 외부 자원 개발 및 활용을 위한 기술적 난제 해결에 전면적으로 착수했으며, 이미 여러 중요한 성과를 거두었습니다. 팀은 달 표면 흙 용융 전기분해를 통한 산소 생산 및 제련, 달 표면 흙 얼음 열추출, 달 표면 흙 섬유 제작 등 일련의 원리 시제품을 성공적으로 개발했으며, 이는 국제 달 과학연구기지 등 심우주 탐사 주요 공정 임무 수행을 강력히 지원할 것입니다"라고 양홍룬은 말했다. 

 

ㅡ 국제 협력의 미래

국제 달 과학연구기지 건설 제안은 현재 세계 여러 나라의 호응을 얻고 있는데, 17개국과 국제기구, 60개 이상의 국제 과학연구기관이 국제 달 과학연구기지 협력에 참여하고 있다. 앞으로 중국은 세계 각국과 함께 공동 연구 개발, 공동 탑재, 지상 시설 건설, 국제 규칙 제정 및 인재 교육 훈련 등의 공동 건설 활동을 진행할 예정이며, 지상 실험 시설을 공유하고 과학 및 응용 연구를 공동으로 수행하여 과학적 성과를 공유할 예정이다. 

 

출처: 환구시보-환구망
2025-07-08

(원문보기) https://china.huanqiu.com/article/4NPgxbV7Ahq

 

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