레이저와 3D 프린팅이 우주에서 우리의 미래를 구축하는 방법

우주 탐사는 지난 수십 년 동안 크게 발전했으며, 그에 따라 우리의 야망도 커졌습니다. 이제는 먼 행성을 방문하는 것만이 아니라 그곳에 머무르는 것이 목표이며, 이를 위해 우리는 미래 우주 식민화와 항성 간 여행을 지원할 구조물을 적극적으로 구축하려 하고 있습니다.

하지만 지구 밖에서 건설하는 것은 지구에서 건설하는 것과 동일하지 않습니다. 우주에서의 건설은 심각한 도전 과제를 안고 있습니다.

예를 들어, 극심한 온도 변동은 지구에서 사용하는 건설 재료의 무결성을 손상시킬 수 있습니다. 또한 미세 중력, 진공, 방사선, 물과 같은 자원의 부족, 그리고 궤도나 외계 표면에서 부품을 발사하고 조립하는 물류 문제도 존재합니다.

이 모든 도전 과제는 우주에서의 재료와 건설 방법을 재고해야 함을 의미합니다.

우주 콘크리트, 마이크로파 소결, 레이저 소결, 열경화성 재료, 그리고 레골리트 용융/성형과 같은 기술 발전은 가혹한 환경 조건과 자원 부족을 해결하는 방법 중 일부입니다.

3D 프린팅 기술은 또 다른 핵심 혁신으로, 우주에서 복잡한 서식지와 구조물을 구축할 큰 잠재력을 보여줍니다. 이 기술은 정밀성, 효율성 향상, 빠른 경화, 안정성, 그리고 폐기물 최소화와 같은 이점을 제공합니다.

이 기술은 달과 화성 토양과 같은 현지 재료와 결합하여 내구성 있는 인프라를 구축할 수 있어, 모든 재료를 지구에서 운반할 필요성을 줄여줍니다.

여기서 중요한 또 다른 혁신은 자동화 로봇으로, 가혹한 환경에서 콘크리트 구조물을 건설하고 인간 노동의 필요성을 없앱니다. 이 로봇은 실시간 모니터링 기능을 갖추어 장기 거주를 위한 건설 품질과 안전성을 보장합니다.

따라서 우주 탐사와 식민화 분야는 급속히 발전하고 있으며, 연구자들은 이제 지속 가능한 우주 운영을 위한 매우 큰 구조물을 구축하는 방법을 고안해냈습니다.

NOM4D 여정: 레이저 기반 우주 제조

플로리다 대학교(University of Florida, UF)의 엔지니어 팀이 레이저 기술을 활용해 궤도에서 정밀 금속 구조물을 제조하는 작업을 진행하고 있습니다.¹

이 아이디어는 고급 레이저 기술을 이용해 궤도에 100미터 규모의 태양광 어레이와 같은 거대한 구조물을 구체적으로 구축하는 것입니다.

태양광 패널 외에도 팀은 우주 망원경, 위성 안테나, 혹은 우주 정거장의 일부와 같은 대규모 구조물을 직접 궤도에서 건설하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 장기 임무와 지속 가능한 우주 운영을 위한 중요한 단계가 될 것입니다.

“우리는 우주에서 큰 것을 만들고 싶습니다. 우주에서 큰 것을 만들기 위해서는 우주에서 제조를 시작해야 합니다. 이것은 흥미로운 새로운 개척지입니다.”

연구를 수행하기 위해 대학은 DARPA로부터 110만 달러 계약을 체결했습니다. 다른 대학들도 우주 제조를 탐구하고 있지만, UF는 레이저 성형에만 집중하는 유일한 대학입니다.

이를 위해 Miller 교수와 그녀의 학생들은 방위고등연구계획국(DARPA) 및 NASA의 마샬 우주비행센터와 협력하고 있으며, 이 센터는 발사체, 우주 시스템, 추진 시스템 및 하드웨어, 최첨단 엔지니어링 기술, 그리고 최첨단 과학 및 연구 프로젝트를 통해 미국의 우주 프로그램을 발전시키는 역할을 합니다.

따라서 그들은 NOM4D라는 프로젝트에 함께 참여하고 있습니다. 이는 Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design의 약자로, 우주 인프라 개발을 혁신하려는 목표를 가지고 있습니다.

NOM4D에서 가장 큰 도전 과제 중 하나는 로켓 화물의 크기와 무게 제한을 극복하는 것입니다. 이를 해결하기 위해 UF 팀은 정밀한 패턴을 따라 금속을 구부리는 레이저 성형 기술을 개발하고 있습니다.

정확히 수행된다면 인간의 손이 필요하지 않으며, 레이저 열이 금속 자체를 뒤틀어 궤도 제조가 현실이 되는 중요한 단계가 됩니다. 팀원인 3학년 박사과정 학생 Nathan Fripp는 다음과 같이 설명합니다:

“이 기술을 통해 우리는 지구에서 완전 조립된 상태로 발사하는 것보다 훨씬 효율적으로 우주에서 구조물을 구축할 수 있습니다. 이는 우주 탐사, 위성 시스템, 그리고 미래 서식지에 대한 새로운 가능성을 크게 열어줍니다.”

금속의 형태를 정확하고 필요에 따라 바꾸는 것은 복잡한 과정이며, 복합 레이저 굽힘은 확실히 큰 성과이지만 방정식의 일부에 불과합니다.

Miller 교수는 이 과정에서 재료의 특성이 유지되거나 향상되는지를 확인하는 것이 도전 과제라고 언급했습니다. 굽힌 영역은 여전히 좋은 특성을 유지하면서도 강인하고 탄력적인 유연성을 가져야 합니다.

재료를 평가하기 위해 팀은 스테인리스강, 알루미늄, 세라믹에 대해 제어 실험을 수행했으며, 열, 중력, 레이저 입력과 같은 변수들이 재료의 굽힘 및 거동에 어떤 영향을 미치는지 분석했습니다.

“우리는 다양한 제어 실험을 수행하고 레이저 에너지에 대한 서로 다른 금속의 반응을 상세히 기록합니다: 얼마나 굽히는지, 얼마나 가열되는지, 열이 어떻게 영향을 미치는지 등. 또한 재료 특성과 레이저 에너지 입력을 기반으로 온도와 굽힘량을 예측하는 모델을 개발했습니다. 모델링과 실험을 지속적으로 학습하여 프로세스에 대한 이해를 심화하고 있습니다.”

– Wei

UF 보도 자료에 따르면, 평가 중 하나는 우주와 유사한 조건에서 레이저 성형을 테스트하는 것이었으며, 이를 위해 열진공 챔버가 필요했습니다. 이 챔버는 NASA가 제공했으며, NASA 마샬 우주센터와의 협력이 기술 준비 수준(TRL)을 크게 높이는 데 핵심이 되었습니다.

이 테스트는 Fripp가 주도했으며, 우주의 가혹한 환경에 대한 재료의 반응을 관찰하기 위해 수행되었습니다. 팀이 발견한 바에 따르면, 재료 특성, 레이저 파라미터, 대기 조건 등 여러 요인이 최종 결과를 결정합니다.

“우주에서는 극한 온도, 미세 중력, 진공과 같은 조건이 재료의 거동을 더욱 변화시킵니다. 따라서 우리의 성형 기술을 우주에서 신뢰성 있게 일관되게 작동하도록 조정하는 것은 또 다른 복잡성을 추가합니다.”

– Fripp

UF에서의 연구는 2021년에 시작되어 현재까지 많은 진전을 이루었습니다. 그러나 기술이 우주에서 사용될 준비가 되려면 추가 개발이 필요합니다. 현재 프로젝트는 마지막 해에 접어들었으며, 2026년 여름에 완료될 예정입니다.

프로젝트의 다양한 측면, 특히 레이저 성형 과정에서 재료 무결성을 유지하는 문제에 대한 질문이 남아 있지만, 팀은 각 시뮬레이션과 레이저 테스트가 새로운 건설 시대에 한 걸음 더 다가가고 있다고 낙관하고 있습니다.

“지구뿐만 아니라 그 너머에서도 제조의 가능성을 확장하는 팀의 일원이 된 것이 정말 멋집니다.”

– Wei

외계 서식지를 위한 친환경 건축 블록

지구 밖 건설을 위한 탐구에서 과학자들은 다른 행성에 존재하는 자원을 활용하는 등 다양한 경로를 시도하고 있습니다.

최근 텍사스 A&M 대학교와 네브라스카-링컨 대학교 협력 연구팀은 화성 먼지를 구조물로 전환하는 살아있는 재료를 개발했으며, 이를 통해 붉은 행성에서 자율 건설이 가능해졌습니다. 이러한 혁신은 화성 식민화 목표를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다.

팀은 수년간 바이오 제조를 통해 엔지니어링된 살아있는 재료를 만드는 방법을 탐구해 왔으며, 마침내 인간 개입 없이 독립적으로 건축 재료를 생산할 수 있는 합성 지의 시스템을 만들었습니다.

NASA 혁신 고급 개념 프로그램(NIAC)의 지원을 받아, 최신 연구는 이 시스템을 활용해 레골리트를 사용해 화성에 구조물을 건설하는 방안을 탐구했습니다. 텍사스 A&M의 Dr. Congrui Grace Jin에 따르면:

“우리는 자연 지를 모방해 합성 커뮤니티를 구축할 수 있습니다. 우리는 화성 레골리트 입자를 구조물로 결합하는 바이오재료를 만들기 위해 합성 지를 개발했습니다. 이후 3D 프린팅을 통해 건물, 주택, 가구 등 다양한 구조물을 제작할 수 있습니다.”

다른 연구자들이 이미 탐구한 화성 레골리트를 결합하는 전략도 있습니다. 이 방법들은 황, 마그네슘, 지오폴리머 화합물을 기반으로 하지만 모두 인간 노동에 크게 의존해 실용성이 떨어집니다.

자체 성장 미생물 시스템도 또 다른 접근법입니다. 이 분야의 혁신에는 곰팡이 균사체를 천연 결합제로 사용하는 것, 요산균을 이용해 벽돌 형성을 위한 탄산칼슘을 생산하는 것, 그리고 박테리아 바이오미네랄화를 통해 모래를 고체 석조물로 전환하는 것이 포함됩니다.

유망하지만, 이러한 방식은 미생물이 단일 종에 제한되고 지속적인 영양 공급이 필요해 완전한 자율성을 확보하지 못합니다.

그래서 팀은 완전 자율적인 자체 성장 기술을 위해 여러 종을 활용하기로 전환했습니다.

여기서는 이종성 균사성 곰팡이를 사용했으며, 이는 많은 바이오미네랄을 촉진하고 우주의 가혹한 조건에서도 생존할 수 있습니다. 이를 광합성성 질소고정 시아노박테리아와 결합해 합성 지 시스템을 만들었습니다. 현재 팀은 다음 단계인 레골리트 잉크를 개발해 바이오 구조물을 3D 프린팅하려는 작업을 진행 중입니다.

“이 자체 성장 기술이 장기 외계 탐사와 식민화에 기여할 잠재력은 상당합니다.”

– Jin

몇 달 전, 조지아 공대 연구진도 지구와 외계 서식지 모두에 적합한 새로운 유형의 모듈식, 재구성 가능, 지속 가능한 건축 블록을 개발했다고 보고했습니다.

Eco-voxels(친환경 보셀)이라고 불리는 이 유닛은 탄소 발자국을 최대 40% 줄이면서도 항공기 날개와 하중을 지탱하는 벽에 필요한 구조적 성능을 유지합니다.

이 3D 픽셀에 해당하는 보셀은 옥수수당에서 추출한 부분 바이오 기반 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와, 항공우주 부품 제조 과정에서 발생한 폐기물에서 재활용된 탄소 섬유로 강화되었습니다.

Eco-voxels는 가볍고 빠르게 조립될 수 있으며, 현지에서 조달한 재료를 활용해 달이나 화성의 미래 피난처에 이상적인 후보가 됩니다.

달과 화성 서식지: 전 세계적인 추진

우주 탐사에 대한 열정은 분명히 우주 기술의 발전을 이끌어 왔습니다. 달과 화성에 서식지를 구축하는 데 있어 NASA는 적극적으로 참여하며, 도전을 이해하고 필요한 시스템을 개발하고 있습니다.

그의 아르테미스 프로그램은 달에 영구 기지를 설립하는 것을 목표로 하는 주요 개발 중 하나입니다. NASA는 또한 텍사스 기반 건설 기술 회사 ICON과 협력해 우주 기반 건설 시스템을 구축하고 Project Olympus에 투자하고 있습니다.

이 프로젝트의 초점은 로봇 건설에 있으며, 달에서 채취한 재료를 사용해 거주 가능한 구조물, 저장 유닛, 착륙 패드를 만들 수 있는 3D 프린팅 로봇을 배치하는 것을 목표로 합니다. 또한 3D 프린팅된 화성 서식지 프로토타입에 대한 1년 간의 실험도 진행했습니다.

이 회사는 또한 Vulcan 건설 시스템을 통해 NASA를 위해 실제 1,700제곱피트 규모의 3D 프린팅 구조물을 구축했습니다. 이 구조물은 건축 사무소 BIG가 설계했으며, 화성 서식지를 시뮬레이션해 장기 우주 임무를 지원합니다.

NASA는 또한 곰팡이 기반 균사체 벽돌을 활용해 화성 및 달에 주택을 건설하는 방안을 탐구하고 있습니다.

NASA Ames 연구센터의 수석 과학자 Lynn Rothschild가 이끄는 “Mycotecture Off Planet” 프로젝트는 NASA 혁신 고급 개념(NIAC) 프로그램으로부터 200만 달러를 지원받았으며, 이는 “우주비행사를 운송하고 탐험가를 수용하며 귀중한 연구를 촉진하는 기술을 발전시키는 데 전념한다”는 목표를 가지고 있습니다.

이 개념은 우주비행사가 휴면 상태의 곰팡이가 함유된 경량 구조물을 가지고 가서 물을 약간 가하면 곰팡이가 성장하도록 하는 방식입니다. 균사는 곰팡이의 대부분을 차지하는 실 같은 구조로, 복잡하고 견고한 형태로 성장할 수 있으며, 오염을 방지하기 위해 안전하게 격리될 수 있습니다. 또한 균사는 물 정화와 폐수에서 광물 추출에도 활용될 수 있습니다.

팀은 이미 곰팡이 기반 바이오복합재를 만들고 프로토타입을 테스트해 개념의 실현 가능성을 입증했으며, 현재는 곰팡이 서식지의 재료 특성을 개선하고 저궤도에서 테스트하는 데 집중하고 있습니다.

유럽 연합(EU)에서는 유럽 우주국(ESA)이 큰 진전을 이루고 있습니다.

예를 들어 2020년에는 시뮬레이션된 달 먼지로부터 산소를 생산하는 파일럿 플랜트를 구축했습니다. 몇 년 후에는 Prospect라는 로봇 드릴 및 소형 실험실을 개발해 달의 잠재 자원을 평가하고 미래에 추출할 수 있도록 했습니다.

ESA는 우주 계획을 추진하기 위해 NASA를 비롯한 다른 기관 및 다수의 민간 조직과 협력하고 있습니다.

덴마크 디자인-빌드 기업 SAGA는 ESA를 위해 컴팩트한 훈련 서식지를 만들었습니다. 이 서식지는 작업 구역, 공동 공간, 그리고 수면 캡슐을 포함합니다. 한편 Aurelia Institute는 우주에 배치되면 더 큰 구조물을 형성할 수 있는 모듈식 패널을 개발 중이며, 이는 우주비행사에게 보다 편안한 환경을 제공할 것입니다.

자원 추출 및 서식지 프로토타입 외에도 ESA는 핵심 타이밍 기술을 발전시키고 있습니다. ESA는 올해 4월 플로리다에서 발사된 원자 시계 앙상블(ACES)을 구축했으며, 이는 수소 원자를 포함한 시계와 세슘 원자를 포함한 시계를 연결해 높은 정밀도의 단일 틱을 생성합니다. 이 시계는 3억 년에 1초 이내의 정확도를 자랑합니다.

이 고정밀 시계는 더 나은 항법, 자원 관리, 그리고 중력 측정까지 가능하게 하여 지구 밖 지속 가능한 인간 존재를 지원합니다.

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데이터 저장조차 달로 향한다

흥미롭게도 기업들은 데이터 센터를 우주로 옮기는 방안을 조사하고 있습니다. 올해 초, 플로리다 기반 Lonestar Data Holdings는 Intuitive Machines의 Athena 랜더(IM-2) 탑재 장치에 신발 상자 크기의 장치를 실었습니다.

IM-2의 목적은 자원 탐사, 달 이동성, 물질 분석을 시연해 물 공급원을 찾고 달 표면 및 우주에 지속 가능한 인프라를 구축하는 데 도움을 주는 것입니다.

Lonestar Data Holdings의 IM-2 탑재 장치는 또한 인터넷의 “아버지” 중 한 명으로 알려진 Vint Cerf와 플로리다 주 정부 등으로부터 데이터를 전송받았습니다.

달에 데이터 저장소를 두면 AI, 머신러닝, 클라우드 서비스에 대한 수요 증가로 급성장하고 있는 데이터 센터 산업이 직면한 높은 에너지 소비, 전력망 부담, 소음 공해 등의 문제를 극복할 수 있을 것으로 기대됩니다.

Lonestar의 사장 겸 최고 매출 책임자 Steve Eisele은 “달은 데이터에 가장 안전한 옵션이 될 수 있다”고 말했습니다. “해킹이 더 어렵고, 침투가 훨씬 더 어려우며, 자연 재해, 정전, 전쟁 등 지구상의 어떤 문제보다도 위에 있기 때문이다.”라고 덧붙였습니다.

이 회사는 2027년까지 태양과 지구 사이 라그랑주점 L1에 배치된 다수의 위성을 이용해 상업용 데이터 저장 서비스를 시작할 계획이며, Axiom Space와 Starcloud와 같은 다른 기업들도 자체적인 움직임을 준비하고 있습니다.

“달 경제는 성장할 것이며, 향후 5년 내에 달에 디지털 인프라가 필요하게 될 것입니다. 또한 화성 및 그 너머도 마찬가지이며, 이는 우리 미래의 큰 부분을 차지할 것입니다.”라고 Eisele은 말했습니다.

우주 탐사 및 식민화에 대한 투자

우주 분야에서 Northrop Grumman Corporation (NOC )는 NASA의 아르테미스 프로그램, 게이트웨이 달 전초기지 시스템, 자율 로봇, 그리고 우주 내 제조 연구를 통해 깊이 관여하고 있습니다. 또한 첨단 추진, 대규모 전개형 구조물, 정밀 제조에도 힘을 쏟고 있습니다.

Northrop Grumman Corporation (NOC )

Northrop Grumman Corporation은 시가총액 725억 7천만 달러이며, 현재 주가는 506.62달러로 연초 대비 7.44% 상승했습니다. EPS(TTM)는 25.36이며 P/E(TTM)는 19.88, 배당 수익률은 1.83%입니다.

재무적으로는 2025년 1분기에 매출 95억 달러와 사상 최대인 928억 달러의 백로그를 기록했습니다. 순이익은 4억 8100만 달러이며, 희석 주당 3.32달러에 해당합니다. 약 8억 달러가 배당 및 자사주 매입을 통해 주주에게 반환되었습니다.

Latest Northrop Grumman (NOC) Stock News and Developments

결론

우리가 우주 깊숙이 탐험을 계속함에 따라, 영구적인 존재를 구축하기 위해서는 로켓만으로는 부족하다는 것이 명확해지고 있습니다. 이는 가혹한 환경 조건을 견디고 자원 부족을 해결할 수 있는 견고한 구조물이 필요함을 의미합니다.

궤도에서 금속을 레이저로 형성하는 것부터 바이오 엔지니어링 재료, 자율 로봇, 3D 프린팅에 이르기까지, 이러한 진보는 지속 가능한 지구 밖 미래를 위한 길을 닦고 있습니다. 연구가 계속됨에 따라 우리는 행성 밖에 영구적인 발판을 마련하고 진정한 행성 간 문명을 건설하는 데 점점 더 가까워지고 있습니다.

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Editor’s Note (2025년 7월): This article was updated to include additional source attribution and to remove a sentence that mischaracterized the research team’s progress on feedback loop development.

References:

^{1. Carter, P. (2025, June 25). 교실에서 우주까지: 학생들이 우주에서 큰 것을 만들기 위해 목표를 세우다. University of Florida News. Retrieved from https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/}