●3D 프린터로 인쇄할까? 우주탐사 로켓을

● 비용과 시간의 혁신적 단축 가능, 2024년 발사 목표로 개발 중

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우주탐사에 필요한 로켓을 개발하는 프로젝트는 막대한 비용과 고도의 기술, 그리고 오랜 시간이 필요한 어려운 과정이다. 특히 개발에 꼭 필요한 부품 제작이나 적용 기술은 일반적인 부품이나 기술이 아니기 때문에 적용 범위가 한정적일 수밖에 없다.

3D 프린터로 제작한 로켓 테란-R이 우주를 비행하고 있는 상상도 Relativity Space의 적용 범위가 한정적이라는 것은 대량생산이나 보급이 어렵다는 뜻이다. 그래서 우주탐사를 준비하는 국가나 기관은 경제성을 따지기 어려울 수밖에 없다. 그러나 우주탐사 분야에 민간기업이 참여하면서 이러한 문제도 조금씩 해결되고 있다. 민간 기업들은 우주탐사의 걸림돌인 경제성 문제를 해결하는 방법을 3D프린팅 시스템에서 찾고 있다.

예를 들어 과거에는 로켓 제조에 들어가는 부품을 주조나 금형 등의 과정을 통해 소량씩 제작해 큰 비용과 시간을 들여왔다. 그러나 3D프린팅 시스템을 사용한 이후 단 하나의 부품이라도 현장에서 직접 생산해 사용할 수 있는 신속하고 경제적인 시스템이 가능해져 주목을 받고 있다.로켓 부품과 소재를 대부분 3D 프린터로 제작, 로켓 제작에 3D 프린팅 시스템을 활용하는 민간기업 가운데서도 가장 주목을 받는 곳은 렐라티비티 스페이스(Relativity Space)라는 미국의 우주탐사 전문 스타트업이다.

래러티비티 스페이스가 우주탐사 분야 민간기업 중에서도 두각을 나타내는 이유는 탁월한 기술력 때문이다. 최근 투자받은 금액만 7,000억원이 훌쩍 넘을 정도로 기술력을 인정받아 스페이스X에 이은 우주탐사 전문업체로 평가받고 있다.

이 스타트업은 3D 프린터만을 사용해 로켓 전체를 개발하는 것으로 유명해졌다. 2015년 설립된 래러티비티 스페이스는 금속소재 부품을 만들기 위해 세계 최대의 금속 3D 프린터 스타게이트(Stargate)도 자체 개발했다.

대형 3D 프린터인 스타게이트에서 로켓을 제작하고 있다©the verge 물론 로켓 제작에 3D 프린터를 사용하는 것은 래러티비티 스페이스가 처음은 아니다. 벌써 미 항공 우주국(NASA)이나 스페이스 X등이 부품의 일부를 제작하는데 있어서 3 D프린터를 사용하고 있다.

그러나 이번처럼 로켓 제조에 들어가는 대부분의 부품과 자재를 3D 프린터로 만드는 것은 래러티비티 스페이스가 처음이다. 이 스타트업의 목표는 3D 프린팅을 통해 로켓 제작에 들어가는 부품 수를 기존 로켓의 100분의 1로 줄이고 로켓 제작 기간도 60일 이내로 단축하는 것이다.

특히 래라티비티 공간이 설립 때부터 집중적으로 개발해 온 액체연료 엔진 이온(Aeon)은 업계의 화제를 불러일으킨 3D 프린트 제품이다. 지금까지 연소시험만으로 300회 이상 완료된 것으로 되어 있다.3D 프린팅 도입 이유는 비용과 시간의 혁신적 단축 렐리티 비티 스페이스는 최근 3D 프린터로 제작하는 재사용 로켓 개발 프로젝트를 발표해 눈길을 끌었다. 실물로 공개된 것이 아니라 영상으로만 공개돼 현실성은 다소 부족하지만 3D 프린터로 찍은 로켓의 장점을 전달하기에는 충분했다는 게 전문가들의 평가다.

테란(Terran)-R로 명명된 이 로켓은 대부분의 부품과 소재를 3D 프린터 출력한 것이 특징이다. 오는 24년경 발사를 목표로 하는 테란-R의 제원을 보면 스페이스X의 팔칸9와 비슷하다는 것을 알 수 있다. 2단 로켓으로 직경 4.9m에 높이가 66m이고, 약 20t 정도의 화물을 실어 대기권 밖으로 보낼 수 있다는 점도 비슷하다.

2단 엔진인 만큼 1단과 2단에는 각기 다른 엔진이 장착되어 있다. 모두 3D 프린터로 만들어낸 엔진으로, 1단 엔진에는 7기의 Aeon-R 엔진이 장착되고, 2단 엔진에는 Aeon-Vac 엔진이 탑재된다. 놀라운 사실은 두 엔진의 재사용이 가능하다는 것이다.

래러티비티 스페이스의 경우에서 보듯 우주탐사 기업이 3D 프린팅을 로켓 제작에 적극 활용하는 이유는 개발비와 시간을 혁신적으로 단축할 수 있기 때문이다.

3D 프린터로 제작한 Aeon 엔진의 연소 테스트 과정 – 3D natives 3D 프린팅 시스템이 로켓 제작에 활용되기 전까지는 전통적인 로켓 제작에 들어가는 부품은 주조 및 금형 등의 과정을 거쳐 만들어졌다. 그래서 로켓 엔진을 개발하는 것만으로도 수천 개의 부품을 하나씩 만들어 조립해야 했다.

그러나, 랠러티비티 스페이스의 Aeon 엔진은 단 3개의 부품만으로 구성되어 있다. 물론 3개의 부품에는 기존 엔진에 들어간 부품이 비슷하게 형성되어 있기 때문에 작동에는 전혀 문제가 없다.

이런 사례는 스페이스X도 마찬가지다. 이 회사가 개발한 로켓 '팔콘9'의 엔진 제작은 원래 수개월이 걸리지만 3D 프린터를 사용한 결과 이틀 만에 같은 성능의 엔진 개발에 성공했다.

이 같은 결과에 대해 래러티비티 스페이스의 공동 설립자이자 최고경영자인 팀 엘리스 대표는 "3D 프린트 기술과 재사용 기술 사이에는 상당한 관계가 있다"며 "테란-R은 이러한 3D 프린트 기술의 장점을 최대한 활용해 개발한 로켓"이라고 밝혔다.

그는 또 "렐러티비티 스페이스의 궁극적인 목표가 화성 탐사인 만큼 테란R과 같은 3D 프린터로 제작한 재사용 로켓을 사용해 우주 탐사를 성공적으로 완료하는 것이 우리의 사명"이라고 덧붙였다.

 

한국과학창의재단 사이언스 타임스 김준래 객원기자 stimes@naver.com 저작권자 2021.06.23 © Science Times