달의 과학적 기술적 경제적 가치가 증대됨에 따라 세계 주요 우주국들은 달 자원 개발 및 달 기지 건설을 위한 로드맵을 수립하여 달 탐사 사업을 단계적으로 수행하고 있다. 또한 달 표면에 전초기지를 건설하기 위해서는 막대한 양의 자원을 지구로부터 수송해야하므로, 달 표면에 존재하는 자원을 활용하는 현지 건설기술(Lunar In Situ Construction Technology)이 개발 중이다. 하지만 달 지형과 자원은 달 내부의 지각 및 화산활동과 달 외부로부터의 태양광, 운석 충돌 등으로 인해 지역별로 다양한 특성을 지닌다. 이에 본 논문에서는 달 자원의 공간적 분포분석을 통해 현지 건설기술의 적용을 위한 고려사항을 제시하였다. 더불어 달 기지 건설을 위해서는 달 착륙선의 안정적인 착륙과 로버의 이동 용이성을 고려해야 하므로, 달 건설 후보지역 선정을 위한 지형조건을 함께 제시하였다. 현재 달 궤도선으로부터 주로 관측되는 달 지형 및 자원 정보는 낮은 공간해상력과 함께 달 표면에 국한되는 제약점이 있다. 향후 전개될 로버 중심의 달 탐사는 달 현지 건설기술 개발과 달 기지 건설후보지 선정에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
달의 과학적 기술적 경제적 가치가 증대됨에 따라 세계 주요 우주국들은 달 자원 개발 및 달 기지 건설을 위한 로드맵을 수립하여 달 탐사 사업을 단계적으로 수행하고 있다. 또한 달 표면에 전초기지를 건설하기 위해서는 막대한 양의 자원을 지구로부터 수송해야하므로, 달 표면에 존재하는 자원을 활용하는 현지 건설기술(Lunar In Situ Construction Technology)이 개발 중이다. 하지만 달 지형과 자원은 달 내부의 지각 및 화산활동과 달 외부로부터의 태양광, 운석 충돌 등으로 인해 지역별로 다양한 특성을 지닌다. 이에 본 논문에서는 달 자원의 공간적 분포분석을 통해 현지 건설기술의 적용을 위한 고려사항을 제시하였다. 더불어 달 기지 건설을 위해서는 달 착륙선의 안정적인 착륙과 로버의 이동 용이성을 고려해야 하므로, 달 건설 후보지역 선정을 위한 지형조건을 함께 제시하였다. 현재 달 궤도선으로부터 주로 관측되는 달 지형 및 자원 정보는 낮은 공간해상력과 함께 달 표면에 국한되는 제약점이 있다. 향후 전개될 로버 중심의 달 탐사는 달 현지 건설기술 개발과 달 기지 건설후보지 선정에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
As the Moon's scientific, technological, and economic value has increased, major space agencies around the world are leading lunar exploration projects by establishing a road map to develop lunar resources and to construct a lunar base. In addition, as the lunar base construction requires huge amoun...
As the Moon's scientific, technological, and economic value has increased, major space agencies around the world are leading lunar exploration projects by establishing a road map to develop lunar resources and to construct a lunar base. In addition, as the lunar base construction requires huge amounts of resources from the Earth, lunar in-situ construction technology is being developed to produce construction materials from local lunar resources. On the other hand, the characteristics of lunar topography and resources vary spatially due to the crustal and volcanic activities inside the Moon as well as the solar wind and meteorites from outside the Moon. Therefore, in this paper, the geospatial analysis of lunar resource distribution was conducted to suggest regional consideration factors to apply the lunar in situ construction technologies. In addition, the lunar topographic condition to select construction sites was suggested to ensure the safe landing of a lunar lander and the easy maneuvering of a rover. The lunar topographic and resource information mainly from lunar orbiters were limited to the lunar surface with a low spatial resolution. Rover-based lunar exploration in the near future is expected to provide valuable information to develop lunar in situ construction technology and select candidate sites for lunar base construction.
As the Moon's scientific, technological, and economic value has increased, major space agencies around the world are leading lunar exploration projects by establishing a road map to develop lunar resources and to construct a lunar base. In addition, as the lunar base construction requires huge amounts of resources from the Earth, lunar in-situ construction technology is being developed to produce construction materials from local lunar resources. On the other hand, the characteristics of lunar topography and resources vary spatially due to the crustal and volcanic activities inside the Moon as well as the solar wind and meteorites from outside the Moon. Therefore, in this paper, the geospatial analysis of lunar resource distribution was conducted to suggest regional consideration factors to apply the lunar in situ construction technologies. In addition, the lunar topographic condition to select construction sites was suggested to ensure the safe landing of a lunar lander and the easy maneuvering of a rover. The lunar topographic and resource information mainly from lunar orbiters were limited to the lunar surface with a low spatial resolution. Rover-based lunar exploration in the near future is expected to provide valuable information to develop lunar in situ construction technology and select candidate sites for lunar base construction.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
달 지형과 자원은 과거 화산과 같은 내부 지각활동과 태양풍, 운석 충돌에 의한 외부 영향에 의해 지역별로 다양한 특성을 지닌다. 본 장에서는 달 탐사 궤도선의 관측 데이터를 기반으로 제작된 달 자원 및 지형 지도를 이용하여 현재 개발 중인 달 현지 건설기술의 지역적 적용 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 달 표면에 존재하는 알루미늄, 마그네슘, nanophase Fe(0)와 지형의 공간 분포에 대해 분석하였다.
달 현지 건설기술은 달 현지의 토양(또는 토양의 금속 산화물)을 이용하는 기법과 지구에서 수송한 유기재료를 달 토양과 배합하는 기법으로 구분된다. 본 장에서는 우주강대국들을 중심으로 개발되고 있는 달 현지 건설기술과 건설 자원에 대해 조사하였다.
하지만 과거 달의 지각 및 화산 활동 과 태양풍, 운석 충돌 등의 외부 영향으로, 달 지형과 자원은 지역별 다양한 분포 특성을 지닌다. 이에 본 논문에 서는 먼저 달 현지 건설 기술 동향에 대해 조사하였고, 달 자원과 지형의 공간분석을 통해 달 현지 건설기술 적용을 위한 고려사항을 제시하였다.
이에 본 논문에서는 달 현지의 건설 자원 및 지형의 공간 분포 분석을 통해 달 현지 건설기술의 적용을 위한 고려사항을 제시하였다. 주요 달 건설자원인 알루미늄과 마그네슘은 각각 고지대와 바다에 주로 존재하며, nanophase Fe(0)는 달 바다의 토양 성숙도가 높은 지역에 주로 존재할 것으로 추정된다.
제안 방법
이들 데이터들은 각기 다른 달 탐사 궤도선과 관측센서를 통해 제작되었다. 또 한 달 전역의 자원과 지형을 보여주나 다른 공간해상도를 가지므로, 지리정보시스템에서의 공간 데이터 중첩을 위해 원통투영법과 경위도 좌표체계를 가지도록 설정하였다. 철, 알루미늄, 마그네슘 분포 지도는 Lunar Prospector의 감마선 분광기를 이용하여 제작되었다.
Clementine의 자외선-가시광선 카메라를 이용하여 제작된 토양 성숙도(Optical Maturity)는 달 토양이 화산 또는 운석 등의 영향 없이 얼마나 외부에 노출되었는지를 보여주며, 수치가 낮은 지역일수록 장기간 노출되어 토양 성숙도가 높은 지역임을 의미한다. 마지막으로 달 음영기복도와 경사도는 Lunar Reconnaissance Orbiter의 레이저 고도계 데이터를 기반으로 구축된 수치표고모델을 이용하여 제작하였다.
본 장에서는 달 탐사 궤도선의 관측 데이터를 기반으로 제작된 달 자원 및 지형 지도를 이용하여 현재 개발 중인 달 현지 건설기술의 지역적 적용 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 달 표면에 존재하는 알루미늄, 마그네슘, nanophase Fe(0)와 지형의 공간 분포에 대해 분석하였다. 다만 지구로부터 수송이 불가피한 폴리머 콘크리트와 달 고위도 지역에만 적용 가능한 황 콘크리트는 분석 대상에서 제외하였다.
국내에서는 한양대학교에서 폴리머 콘크리트를 개발하였다. 한국형 복제토인 KOHLS-1과 폴리머를 중량비 10%로 배합하고 0.01 torr 진공환경에서 강도실험을 함으로써 달에서의 시공 가능성을 확인하였다[21]. 하지만 달에는 고분자 화합물이 존재하지 않는다.
대상 데이터
또 한 달 전역의 자원과 지형을 보여주나 다른 공간해상도를 가지므로, 지리정보시스템에서의 공간 데이터 중첩을 위해 원통투영법과 경위도 좌표체계를 가지도록 설정하였다. 철, 알루미늄, 마그네슘 분포 지도는 Lunar Prospector의 감마선 분광기를 이용하여 제작되었다. 감마선 분광기는 달 표면의 화학적 구성성분을 알기위해 개발된 센서로 달 자원의 분포와 함께 자원 함량(wt%) 을 관측한다.
이론/모형
달 건설 자원과 지형의 분포를 분석하기 위해 미국 지질조사국(USGS)에서 제공하는 달 자원 지도 및 토양 성숙도와 항공우주국(NASA)에서 구축한 달 수치표고모델 을 이용하였다[22,23](Table 1). 이들 데이터들은 각기 다른 달 탐사 궤도선과 관측센서를 통해 제작되었다.
후속연구
하지만 이들 건설자원은 달 내부 활동과 우주로부터의 영향으로 인해 지역별로 다양한 특성을 보여주므로, 달 전초기지 건설을 위해서는 달 건설자원의 분포와 매장량을 고려하여 건설 부지를 선정해야한다. 더불어 우주선의 안정적인 착륙과 건설 로봇의 이동 용이성을 위해서는 건설 후보지역의 지형적 조건을 고려돼야 할 것이다.
8은 과거 아폴로 17호 임무 수행기간 동안 촬영한 영상으로, 달 표면에도 큰 규모의 암괴와 다양한 경사도를 지닌 지형이 존재하는 것을 보여준다. 따라서 향후 지구에서 인력과 자원을 수송하기 위한 기반시설을 달 표면에 건설하기 위해서는 굴착이 용이한 장소를 선정하여 평탄화하는 작업이 필요하다
따라서 테르미트 반응 기법을 달 기지건설에 적용하기 위해서는 낮은 압축강도와 진공환경에서의 불완전한 연소 및 반응 문제를 해결해야 한다. 또한 주조 과정에서 많은 양의 알루미늄 및 마그네슘 분말이 필요하므로, 착륙선의 재활용이나 달 토양에서의 화학적 추출 방안을 고려해야 한다.
현재 주요 우주 강대국 들은 무인 로봇 중심의 달 탐사를 준비 중이다. 무인 로봇 중심의 달 현지 탐사는 정확한 지형정보와 함께 달 지표면과 지표면 아래의 자원정보를 제공할 수 있으므로, 향후 달 현지 건설기술 개발과 달 건설 후보지 선정에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
향후 달 전초기지 건설을 위해서는 달 건설자원 및 지형 조건 이외에도, 달 현지 자원을 활용한 물/산소 생산 가능성과 달 현지 자원의 경제적 가치 등을 고려하여 건설 후보지를 선정해야 한다. 또한 달 기지 건설 후보지역은 달의 과학적 탐사 목적에도 부합돼야한다.
향후 달 표면에 전초기지를 건설하기 위해서는 지역 별 자원 분포와 지형 특성에 따른 현지 건설기술이 적용돼야 한다. 달은 대기와 물이 없으므로 평탄한 지형이 생기기 어렵다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
달 현지 건설기술이란 무엇인가?
달 현지 건설기술(Lunar In-Situ Construction Technology)은 지구에서 가져올 수 있는 자원을 대신하 기 위해, 유인 또는 무인 탐사 과정에서 취득할 수 있는 달 현지 자원을 이용하여 전초기지, 착륙장, 도로 등을 건설하는 기술이다. 하지만 과거 달의 지각 및 화산 활동 과 태양풍, 운석 충돌 등의 외부 영향으로, 달 지형과 자원은 지역별 다양한 분포 특성을 지닌다.
현재 관측되는 달 지형 및 자원 정보의 한계는 무엇인가?
더불어 달 기지 건설을 위해서는 달 착륙선의 안정적인 착륙과 로버의 이동 용이성을 고려해야 하므로, 달 건설 후보지역 선정을 위한 지형조건을 함께 제시하였다. 현재 달 궤도선으로부터 주로 관측되는 달 지형 및 자원 정보는 낮은 공간해상력과 함께 달 표면에 국한되는 제약점이 있다. 향후 전개될 로버 중심의 달 탐사는 달 현지 건설기술 개발과 달 기지 건설후보지 선정에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
달 탐사와 달기지 건설계획의 문제점은 무엇인가?
또한 미국과 유럽연합은 유인 달 탐사와 달기지 건설계획을 발표하였다[7,8]. 하지만 달의 극한환경에서 전초기지와 거주시설을 건설하고 자원개발을 위해서는 막대한 양의 자원을 지구로부터 수송해야하므로 많은 예산과 시간이 소요된다. 따라서 달 현지자원을 이용하여 건설 활동에 필요한 자원을 생산하는 기술이 개발 중이다[9].
참고문헌 (26)
G. Ju, "Development Status of Domestic & Overseas Space Exploration & Associated Technology", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 44, no. 8, pp. 741-757, 2016. DOI: https://doi.org/10.5139/JKSAS.2016.44.8.741
Ministry of Science and ICT, "3rd Basic Space Development Plan", 2018.
K. J. Kim "A Research Trend on Lunar Resource and Lunar Base", The Journal of The Petrological Society of Korea, vol. 26, no. 4, pp. 373-384, 2017. DOI: https://doi.org/10.7854/JPSK.2017.26.4.373
NASA, "NASA Radar Finds Ice Deposits at Moon's North Pole", Available from https://www.nasa.gov/mission_pages/Mini-RF/multimedia/feature_ice_like_deposits.html.(accessed June, 20. 2017)
E. N. Slyuta, A. M. Abdrakhimov, E. M. Galimov, V. I. Venadsky, "The Estimation of Helium-3 Probable Reserves in Lunar Regolith", 38th Lunar and Planetary Science Conference, Abstract no. 2175, 2007.
ISECG, "The Global Exploration Roadmap", Available from https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/GER- 2013_Small.pdf (accessed February, 6, 2018)
NASA, "New Space Policy Directive Calls for Human Expansion Across Solar System", https://www.nasa.gov/press-release/new-space-policy-directive-calls-for-human-expansion-across-solar-system (accessed March, 19, 2018)
ESA, "Moon Village: A Vision for Global Cooperation and Space 4.0", Available from https://www.esa.int/About_Us/Ministerial_Council_2016/Moon_Village (accessed March, 19, 2018)
G. B. Sanders, W. E. Larson, "Integration of in-situ resource utilization into lunar/Mars exploration through field analogs", Advances in Space Research, vol. 47, pp. 20-29, 2011. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.08.020
L. A. Taylor, "Generation of native Fe in lunar soil", Engineering, Construction, and Operations in Space, ASCE, New York, pp. 67-77, 1988.
R. L. Korotev, R. V. Morris, "On the Maturity of Lunar Regolith", Workshop on New Views of the Moon, pp. 49. January. 1998.
J. A. Happel, "Indigenous materials for lunar construction", Applied Mechanical Reviews, vol. 46, no. 6, pp. 313-325, 1993. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3120360
ESA, "3D printing of a model building block for a lunar base outer shell", http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Shaping_the_Future/3D_ printing _of_a_model_building_block_for_a_lunar_base_outer_shell. (Accessed November 13, 2017)
E. J. Faierson, K. V. Logan, B. K., Stewwart M. P. Hunt, "Demonstration of concept for fabrication of lunar physical assets utilizing lunar regolith simulant and a geothermite reaction", Acta Astronautica, vol. 67, no. 1-2, pp. 38-45, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2009.12.006
Delgado, A., E. Shafirovich, "Towards better combustion of lunar regolith with magnesium", Combustion and Flame, vol. 160, pp. 1876-1882, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.03.021
D. Vaniman, D. Pettit, G. Heiken, "Uses of lunar sulfur. Second Conference on Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century", Johnson Space Center, NASA, USA, pp. 429-435, 1992.
H. A. Omar, "Production of lunar concrete using molten sulphur", Final Research Report, Grant NAG8-278, NASA, USA.1993.
B. Khoshnevis, A. Carlson, N. Leach, M. Thangavelu, "Contour crafting simulation plan for lunar settlement infrastructure buildup", Earth & Space 2012: Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments", ASCE, Pasadena, California, USA, pp. 1458-1466. 2012. DOI: https://doi.org/10.1061/9780784412190.155
The New Stack, "3D printed buildings made by robots for the earth, moon and mars", Available from https://thenewstack.io/3d-printed-buildings-made-by-robots-for-the-earth-moon-and-mars/ (accessed November 29, 2017)
M. P. Bodiford, K. H. Burks, M. R. Perry, R. W. Cooper, and M. R. Fiske, "Lunar in situ materials-based habitat technology development efforts at NASA/MSFC", Earth & Space 2006: Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments, ASCE, Houston, Texas, USA, pp. 1-8. 2006. DOI: https://doi.org/10.1061/40830(188)70
J. Lee, T. S. Lee, K. Y. Ahn, B. C. Chang, "Workability of Polymeric Concrete for Lunar Infrastructure", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, vol. 37, no. 2, pp. 507-512, 2017. DOI: https://doi.org/10.12652/Ksce.2017.37.2.0507
USGS, "U.S.G.S. Planetary GIS Web Server", Available from https://webgis.wr.usgs.gov/index.html (accessed April, 30. 2018)
NASA, "PDS Geosciences Node: Lunar Reconnaissance Orbiter", Available from http://pds-geosciences.wustl.edu/missions/lro/default.htm (accessed April, 30. 2018)
D. Rapp, "Lunar ISRU Technology" Use of Extraterrestrial Resources for Human Space Missions to Moon or Mars. Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 91-111, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-32762-9_3
NASA, "Apollo 17 Extravehicular Activity", Available from https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/images.html (accessed May, 09, 2018)
A. A. Berezhnoy, J. Flahaut, C. Wohler, D. Rommel, A. Grumpe, E. A. Feoktistova, V. V. Shevchenko, C. Quantin, P. Williams "Candidate landing sites for the luna-glob mission," The 7th Lunar Exploration Symposium, pp. 235-245
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.