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로봇 달에서 자원을 찾다! ‘자원채취 로봇’

  • 2015.07.02.
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자원채취 로봇

 

한때 우리나라에서 엄청난 인기를 끌었던 게임들이 있습니다. 대표적인 두 가지 게임을 이야기하면 ‘디아블로 2’와 ‘스타크래프트’가 바로 그것인데요. 이 두 게임은 당시 초등학생은 물론 성인까지 푹 빠져들었던 게임입니다.

그중에서도 특히 스타크래프트는 기지를 만들고, 병력을 뽑아서 상대편의 기지를 파괴하는 일종의 ‘워게임(WarGame)’으로 대회까지 열리고 방송에까지 나오는 등 엄청난 인기를 증명했습니다.

그런 스타크래프트를 시작할 때 처음 시작은 늘 기지와 함께 적은 수의 일꾼(프로브, SCV, 드론)으로 미네랄이라는 자원을 채취하는 것에서부터 시작이었습니다. 그런데 이제는 현실에서 SCV를 개발하고 있습니다. 물론 이 SCV는 우주에서 자원을 채취하기 위해 개발하고 있습니다.

오늘은 자원 채취 로봇에 대해 이야기해보려 합니다.

 

◆ 우주로 나가는 인류 왜 ‘달’인거죠?

지난 2013년 중국의 달 탐사선 ‘옥토끼호’가 착륙에 성공했습니다. 미국은 2020년까지 월면기지 건설을 추진하겠다고 발표했고, 일본은 2016년까지 무인 로봇을 보낸 후 2025년엔 달에 과학기지를 세울 계획을 가지고 있습니다. 우리나라도 질세라 2020년 달 궤도선과 달 착륙선을 쏘아 올린다고 발표했습니다.

새삼스럽게 사람들이 달에 도전하는 이유는 인류의 미래를 위한 ‘자원 찾기’란 의미가 큽니다. 달은 우주로 뻗어나갈 인간의 전진기지이기 때문입니다. 게다가 인류가 한번 밟아 보기도 한 곳이기도 하고요.

 

자원채취 로봇

 

◆ NASA엔 ‘SCV 대회’가 있다

미국항공우주국(NASA)은 가상의 달 표면에서 자원 채취를 겨루는 ‘로봇채굴대회(Robotic Mining Competition)’를 개최한 바가 있습니다.

이 대회는 ‘스타크래프트’에서 광물과 가스를 채집하던 ‘SCV’와 비슷한 로봇을 만들어 실력을 겨루는 대회로 올해가 6번째인 이 대회는 2013년까지 ‘달탐사로봇채굴대회(Lunabotics Mining Competition)’라는 이름으로 불리기도 하였습니다.

중력을 달과 비슷한 6분의 1 수준으로 낮춘 가상의 달 표면에 로봇을 투입해 제한된 시간 안에 얼마나 많은 흙을 실어 오느냐를 겨루는 경기로 실제로 중력을 낮출 수는 없지만 토양의 성질을 이용해 비슷한 환경을 만듭니다.

 

로봇이 달이나 외계행성에 내려앉을 때 얼마나 땅이 꺼질지 계산하고, 그만큼 고운 흙을 더 깔아주는 방식으로 말이죠. 우리나라에서는 2012년 대회에 이태식 한양대 토목공학과 교수팀이 한국생산기술연구원 팀과 공동으로 참여한 바 있습니다.

이 대회는 지난해 ‘화성’을 주테마로 바꿨다. 중력을 화성처럼 지구의 1/3 정도로 맞췄고, 제한시간은 10분으로 이 안에 얼마나 많은 흙을 지정된 통에 옮겨 넣느냐가 승부의 관건이었습니다. 그리고 참가한 로봇의 종류는 각양각색이다. 포클레인처럼 생긴 미니 로봇, 캐터필러(무한궤도)형 바퀴에 바구니를 달고 바퀴를 계속 돌리며 흙을 퍼 담는 로봇, 드릴을 개조해 땅을 계속 파들어가며 흙을 위쪽으로 빨아올리는 로봇 등 각양각색이었습니다.

이밖에도 ‘샘플채취로봇시합(RSS; Sample Return Robot Challenge)’란 이름의 대회도 있고 그 밖에 다양한 대회가 있습니다. 그런데 사실 이런 샘플채취 로봇은 이미 실용화 단계로, 2004년 화성에 도착해 10년째 탐사 활동을 벌이고 있는 NASA의 ‘오퍼튜니티’ 또한 샘플채취 기능을 가지고 있고, 화성에 적철석이 존재한다는 사실을 밝혀내기도 하였습니다.

 

자원채취 로봇

 

◆ 핵융합 원료인 ‘헬륨3’ 달에서 얻는다?

외계는 아직 인간이 손을 대지 못한 자원의 보고입니다. 가장 먼저 주목할 것은 역시 ‘달’입니다. 달에 있는 티탄철석에는 일반 헬륨보다 중성자가 한 개 더 적은 ‘헬륨3’가 풍부한 것으로 알려져 있는데, 이 자원은 미래의 핵융합발전소에서 원료로 사용할 수도 있습니다.

핵융합 연료 1g은 석유 8t에 해당하는 에너지를 낼 수 있습니다. 고품질 반도체와 디스플레이의 재료로 쓰이는 광물인 희토류도 달에는 무진장 널려 있습니다. 희토류는 중국 등 일부 국가에서만 생산되기 때문에 자원무기로까지 불리는 광물입니다. 이 밖에 우라늄과 티탄철석(일메나이트)도 막대한 양이 달에 묻혀 있습니다.

더 먼 외계행성에 가면 더 값비싼 희귀광물도 얻을 수 있습니다. 먼저 지구와의 충돌 위험으로 골칫덩이로만 여겨졌던 소행성에는 백금, 니켈 등 희귀금속이 대량 묻혀 있습니다. 미국의 우주벤처인 DSI는 지구에서 가까운 소행성 9500여 개 중에서 달보다 쉽게 광물을 얻을 수 있는 소행성이 1700개 정도라고 보고, 이런 소행성에서 우주 광산을 개발하겠다는 계획을 지난 2013년에 발표했습니다.

컴퓨터 크기의 소형탐사선 ‘반딧불(Firefly)’을 보내 샘플을 채취한 뒤 2016년 대형탐사선 ‘잠자리(Dragonfly)’를 보내 샘플을 지구로 가져와 성분을 분석해 본격적으로 우주광산 개발에 나선다는 내용입니다.

 

구글의 창업자인 래리 페이지와 영화 ‘아바타’의 제임스 캐머런 감독도 소행성의 광물을 채굴하기 위해 2012년 플래니터리 리소시스를 세우고 우주망원경 ‘아키드(Arkyd)-100’을 띄워 소행성을 탐사하겠다는 계획을 밝힌 바가 있습니다. 우리나라도 한양대 연구팀이 2018년 NASA의 달 광물 탐사 계획인 ‘리소스 프로스펙터(Resource Prospector)’에 쓰일 시추장비 개발에 참여하고 있습니다.

이 계획에 따르면 탐사로봇은 일주일 동안 1km가량 이동하면서 1m 깊이에서 시료를 채취한 뒤 분석하게 됩니다. 아마도 가까운 미래엔 아예 달이나 화성 표면에 우주 광산을 개발하고, 그곳에서 나오는 광물을 이용해 현지에 우주 기지를 건설하는 것도 생각보다 먼일이 아닐지도 모릅니다.

 

지금도 무수히 연구되고 개발 중에 있는 자원 채취용 로봇들이 많습니다. 자원을 채취하고 이를 분석해서 보고하는 역할을 하는 자원 채취용 로봇들이 앞으로 인간이 우주로 과학의 영역을 넓혀나가는데 도움이 돼 것입니다. 만약 달과 화성에 기지가 지어지게 돼서 사람이 살 수 있게 된다면 우리의 생활은 어떤 모습으로 변할까요?

 

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