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문제 정의
- 보다 안전한 지하동굴을 활용하기 위한 기반환경을 분석 하여 보다 가시성이 있는 잠재적 거주환경을 규명하는데 본 연구의 목적이 있다.
제안 방법
- (2007)의 ‘Lunar Habitation Strategies’에 대한 로봇 ‘Cavehoppers’의 함몰구(skylight)에 대한 동굴탐사 시 지면과 동굴, 동굴과 지면, 지면과 지구와의 통신환경과 제원에 대하여 모식적인 그림으로 제시한 사례에 대하여 분석하였다.
- al., (2009)의 ‘Understanding the activation and solution properties of lunar dust for future lunar habitation’에 대하여 자연환경의 한계극복 방안과 의식주 전반에 관한 거주의 한계와 가시성에 관한 분석을 시도하였다.
- al.,(2010)의 ‘New discoveries of lunar holes in Mare Tranquilltatis and MareIngenii’와 Horz(1985)의 ‘Lava tubes: potential shelter forhavitats’와 Khan과 Haggy(2007)의 ‘Mapping exposed and buried lava flows using synthetic aperture and ground-penetrating radar in craters of the Moon lava field’에 관한 달 동굴의 구조와 형상을 거주와 관련하여 분석하였다.
- 그림 9. 달에 지하 용암 동굴과 필라델피아 시 중심지의 크기 비교. Credit: Purdue University/courtesy of David Blair.
- 미 탐사 분야인 동굴 내부로의 형상 측량을 위한 시도는 거주선택에 중요한 요건이 될 수 있으므로 2가지의 방안을 분석하였다. 로봇에 의한 동굴탐사방법과 산란 빛 영상촬영 기법에 의한 방법이다.
- 본 연구의 분야별 접근성을 용이하기 위하여 아래와 같이 5개의 분야별 선행연구에 대한 자료를 아래의 내용별 검토에 의한 결론에 도달하도록 분석을 시도하였다.
- 이러한 달 동굴에 대한 선행 구현 사례를 통하여 자연과 기술환경에 대한 분석을 통하여 한계와 가능성 평가에 따른 대안을 도출 제시하였으며, 이를 통한 미래 인류의 거주공간으로서의 접근성 여부를 판단하였다.
- 그림 10. 제주 용암동굴인 소천굴과 달의 용암동굴(그림 9)간의 크기 비교. 오종우(2017)
이론/모형
- 그림 5. 초대형 함몰구(skylight)에 대한 레이저영상 기법인 LiDAR에 의한 탐측에 으로 지형지물에 대한 지도화 과정(Gimbaled LIDAR scans landing zone 80 seconds before touchdown to detect hazards and to map terrain features of interest)(Whittaker, 2012, 2017).
성능/효과
- 3%로 분석되었다. 결과를 볼 때 거주여건에 따라서 취사선택이 기준이 다를 수 있지만 A와 B등급에 관한 총 선호도는 약 50%이므로 용도별 동굴의 선택에 따라 1/2의 선택권은 필자의 경험에 따라 지구상의 동굴환경에 비하여 호조건인 것으로 판단된다.
- 연구의 주저자인 퍼듀대학의 데이비드 블레어(David Blair)는 달의지하에 용암 동굴이 생성되는 경우 어느 정도 크기까지 안정하게 있을 수 있는지를 연구하였다. 그 결과 1 km가 넘는 거대한 용암 동굴이라고 해도 만약 아치 형태라면 충분히 견고하게 유지될 수 있다고 확인하였다(그림 9). 또한 천정의 두께형태와 동굴 벽의 지질 상태에 따라서 5km 길이의 거대한 동공도 유지 가능할 수 있을 것으로 가정하였을 때 지구의 용암동굴(그림 10)과의 규모적 대비를 가늠할 수 있다.
- 달의 동굴에 대한 거주환경에 요건이 될 수 있는 5개 분야에 대한 분석 결과 지구의 용암동굴의 규모와 형상에서 지구의 용암동굴과 큰 차이를 확인하였다. 달의 동굴은 내인적인 분화나 지진 보다 외인적인 환경인 운석의 낙하에 의한 대형의 함몰구가 대표적인 현상이다.
- 이상에서 분석된 통신환경의 수준을 분석한 결과 달의 동굴내외부와의 통신환경은 지구상에서 개발된 최신형의 통신 인프라의 수준으로도 충분한 커뮤니케이션에 문제는 없을 것으로 평가된다. 그러나 이를 운영할 수 있는 전력기반의 인프라 기술로 태양열 등의 배전과 송전에 관련된 요구전력의 한계를 넘을 수 있는 시스템 구축에는 한계가 있을 것으로 분석되었다.
후속연구
- Velten 교수팀에서의 연구로 다양한 측면에서 보다 면밀한 접근으로 구현하고 있는 진행과정을 통하여 미래에 달의 용암 동굴 내부 탐사가 가능해질 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 Rover형 로봇에 직접적인 확인기법과 간접적인 확인기법에 의하여 미개척분야인 동굴의 탐사에 의한 동공정보가 거주공간 구현을 위한 전략적인 구현에 기여할 것이다.
- 미국의 위스컨신대학의 Velten 교수의 산란 빛 영상시스템(Scattered-light imaging system)의 새 기법은 레이저를 발사하여 반사되는 빛을 분석(fires and recaptures scattered laser light)하는 방법으로서 직접 보이지 않는 동공 내에 어떤 형상이 있는지를 대략 알 수 있다. 동굴의 주굴에서 갈라진 지굴의 존재를 초당 1조 프레임으로 사진을 찍을 수 있는 MIT의 초고속 카메라 기술이 응용된 기술로 알 수 있는 방법이 달의 거주지 관련 동굴탐사에서도 활용될 것이다.
- Kennedy(2007)의 우주거주의 디자인 결정과 핵심 대상으로서 통신의 경우 직접적인 계전기형의 효율성을 위한 Person-to-Person; Person-to-Spacecraft; Spacecraft-to-Ground형의 시스템으로 분류되어 제시되어 동굴의 통신환경에 다양성이 구현되어 지형적인 환경제약에 따라 일부 한계는 있을 수 있으나 발전적인 ICT의 발전 추세로 보아 극복될 것으로 기대된다. 또한 동굴 자료전송연계 위한 대상별 통신시스템 현황은 현실적으로 달 동굴의 내외부와 지구간에 통신의 장단점이 있으므로 이에 대한 지속가능한 연구개발의 적용이 요청된다. 동굴 자료전송연계 위한 대상별 통신시스템 현황은 그림 13과 같다.
- 물론 이론적인 가능성이 존재 자체를 입증해주는 것은 아니지만, 흥미로운 환경인 점은 분명함에 따라 가까운 미래에 인류가 여기에 도시를 건설할 수도 있는 시기가 올 경우에 대비하여 거주공간으로서의 Kennedy 논문서 제시된 ‘달 거주 전략’의 17가지 그림과 13가지 표에 나타난 요건들을 참고하여 연구개발이 ICT의 융합에 의한 최첨단 과학기술의 접근으로 지속적인 추진이 역점을 두어야 할 것이다.
- Velten 교수팀에서의 연구로 다양한 측면에서 보다 면밀한 접근으로 구현하고 있는 진행과정을 통하여 미래에 달의 용암 동굴 내부 탐사가 가능해질 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 Rover형 로봇에 직접적인 확인기법과 간접적인 확인기법에 의하여 미개척분야인 동굴의 탐사에 의한 동공정보가 거주공간 구현을 위한 전략적인 구현에 기여할 것이다. 향후 로봇을 활용하여 달 내부를 탐사할 경우, 달 표면의 용암 지형을 분석해 달 지하에 용암동굴의 형상과 지형지물과 장애물 등 존재할 수 있는 ‘산란 빛 영상시스템’(Scattered-light imaging system)에 의한 동굴 촬영에 적용 가능한 기술적용으로 다양한 환경을 분석 제공할 것이다.
- 향후 로봇을 활용하여 달 내부를 탐사할 경우, 달 표면의 용암 지형을 분석해 달 지하에 용암동굴의 형상과 지형지물과 장애물 등 존재할 수 있는 ‘산란 빛 영상시스템’(Scattered-light imaging system)에 의한 동굴 촬영에 적용 가능한 기술적용으로 다양한 환경을 분석 제공할 것이다.
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