이미 미국, 중국, 일본 등은 2025년경에 달 기지를 세우고 자원을 채취하려는 준비를 하고 있다. 이런 일정은 각국의 사정에 따라 더 빨라질 수도 늦어질 수도 있지만 가까운 미래에달 기지가 건설된다는 것은 확실한 셈이다.
미국항공우주국(NASA)이 그리는 달 기지 상상도에는 우주선 착륙장과 도로, 자원 채취장, 거주 시설, 탐사 로봇 등이 있다. 그런데 달은 지구와 다른 환경이므로 건물을 세우는 방법도 지구와 달라야 한다. 과연 달에 건물을 짓고 도로를 낼 수 있는 방법이 있을까? 아쉽게도 여기에 대해 정확한 방법을 제시한 사람은 없었다.
이런 상황에서 우리 연구팀은 토목공학을 기초로 ‘우주용 굴착 로봇’과 ‘달 콘크리트’를 제안했다. 실제로 달에서 땅을 파고 벽돌을 쌓아올리는 방법을 내놓은 것이다. 달 콘크리트로는 도로를 포장해 지구에서 볼 수 있는 아스팔트 길도 만들 수 있다. 이는 세계적으로 좋은 반응을 얻었고, 우주 굴착 로봇의 경우는 지난 3월에 특허로 등록됐다.
달의 중력은 지구의 6분의 1이므로 사람이 서 있는 것조차 힘들다. 그러니 땅을 파는 일이나 건물의 지지대를 세우는 일은 거의 불가능하다. 하지만 건물을 세우기 위해서는 땅을 파고 지지대를 세우는 작업은 꼭 필요하다. 그래서 우리 연구팀은 드릴로 달 지표면에 구멍을 내고, 그 안에 기둥 모양의 긴 심을 박는 방법을 생각해냈다. 우선 달에서 몸을 가눌 수 있도록 지지대를 마련한 뒤 작업을 하려는 것이다.


우주용 굴착로봇과 달 콘크리트

드릴이 땅 속에 충분히 들어가면 드릴 안에 지지대와 파이프를 꽂고 두꺼운 머리 부분을 맞물리게 한다. 이렇게 하면 지지대를 단단하게 고정할 수 있으므로 중력이 약한 달에서도 드릴이 강한 힘을 발휘할 수 있다. 따라서 땅을 파는 것도 큰 건축물을 지탱할 기둥을 세우는 것도 가능해진다.
이 기술로 달에 빌딩을 세우는 과정을 상상해보자. 우선 굴착 로봇이 달 표면에서 자신의 다리를 땅에 고정한다. 그 다음 드릴로 깊은 구멍을 파고, 드릴에 장착된 센서는 지반 물질 속으로 들어가면서 달 토양이 얼마나 단단한지 감지한다.
센서가 긴 심을 고정할 수 있는 적합한 위치를 찾으면, 그곳에 심을 꽂고 건물 지지대를 설치한다. 같은 방법으로 몇 개의 지지대를 세운 뒤 달 콘크리트로 기둥을 세운다. 이때 사용되는 달 콘크리트는 달에 있는 토양과 플라스틱 섬유를 녹여 만든다. 기둥이 완성된 뒤에는 달 콘크리트 블록으로 애초에 설계했던 건물을 세우면 된다.
이렇게 두 가지 기술은 달 기지를 세우는 데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 하지만 아직 굴착 로봇이 달 환경에서 어느 정도 지지력을 발휘할 수 있을지는 장담할 수 없다. 그래서 우리 연구팀은 달 표면과 유사한 환경을 만들어 실험 중이다. 달처럼 진공 상태인 챔버(용기)를 그 안에 달 복제토를 넣는 것. 여기에 달과 같은 중력을 실험하기 위해 무게를 6분의 1로 줄인 장치를 넣고 실험을 한다. 달과 다른 행성을 탐사하기 위한 로봇이 빠른 속도로 이동할 수 있도록 도로를 포장하는 방법도 함께 연구하고 있다.
우주 개발이라고 하면 흔히 로켓 등의 발사체나 인공위성을 떠올리기 쉽다. 하지만 달이나 다른 행성에 기지를 건설하는 것도 중요한 일이다. 그곳도 인류가 새롭게 개척할 공간이라고 본다면 사람이 생활할 수 있는 시설이 필요하기 때문이다. 우주로 진출하는 우주선 기술이 발달하고 나면, 달과 다른 행성에서도 자원을 캐고 기지를 만드는 ‘우주 토목’이 첨단 학문으로 인기를 얻을지도 모른다.
이렇듯 우주에 대한 관심과 창의적인 생각, 그리고 이를 실현하고자 하는 노력이 있다면 어떤 사람도 우주 개발에 참여할 수 있다. 앞으로 더 많은 학생들이 우주에 관심을 가져서 우리나라, 그리고 더 나아가 인류의 우주탐사 꿈을 실현시키기를 기대해본다.