초기 달 기지 건설의 99%, 자율 로봇이 주도한다

달을 향한 전 세계적인 경쟁이 다시 불붙으며 영구 거주지 구축을 위한 발판이 마련되고 있지만, 초기 단계에서 인간 우주비행사가 고된 기초 공사를 직접 수행하지는 않을 전망이다. NASA 관계자들에 따르면, 달 표면의 기초 건설 작업은 거의 전적으로 자율 기계와 로봇 시스템이 도맡아 진행할 예정이다.

NASA의 달 기지 프로그램 매니저인 Carlos García-Galán은 "초기 몇 년 동안 달 기지 건설 작업의 약 99%는 로봇에 의해 이뤄질 것"이라고 밝혔다. 2028년 첫 유인 탐사 임무를 시작으로, NASA는 2030년대까지 주거 모듈, 과학 연구 전초기지, 자원 추출 시설, 착륙 패드 등을 갖추고 수백 제곱마일에 달하는 광대한 영역으로 기지를 확장하겠다는 구상을 그리고 있다.

극한 환경에 투입되는 자율 로봇 군단

달 표면 환경은 혹독한 물리적 위험을 안고 있다. 낮 기온은 250°F를 넘어서고, 2주 동안 이어지는 달의 밤에는 영하 200°F 아래로 급락한다. 가치 있는 수자원인 얼음을 채굴하려는 달 남극의 영구 음영 크레이터에서는 기온이 영하 410°F 이하까지 떨어지기도 한다.

우주 방사선과 미소운석으로 인해 인간이 표면에 머무를 수 있는 시간이 제한적인 만큼, 장기 체류 대원이 도착하기 전에 로봇이 사전 기초 작업을 완료해야 한다. 이에 따라 투입되는 장비에는 초기부터 자율 제어 기술이 기본 탑재된다.

• 원격 및 자율 주행 수송: NASA의 차세대 Lunar Terrain Vehicle은 우주비행사 탑승용으로 설계되었지만, 지구에서 원격 조종하거나 스스로 경로를 찾아 자율 주행할 수도 있다.

• 지반 정지 및 굴착: 로봇 스크레이퍼, 착암기, 굴착기 군단이 기초를 파고, 울퉁불퉁한 지형을 평탄화하며, 착륙 지점 주변에 보호용 둑(berm)을 쌓아 로켓 배기가스의 마모성 파편으로부터 민감한 장비를 보호한다.

• 현지 자원 기반 제조: 2023년 민간 우주기업 Blue Origin은 모의 월면토를 활용해 태양전지와 배선을 제작할 수 있음을 실험실 테스트를 통해 입증했다. 이는 향후 로봇 조립 공장이 현지 암석으로 전력 하드웨어를 직접 생산할 수 있는 가능성을 보여준다.

이러한 시스템의 테스트는 이미 진행 중이다. Michigan Technological University 산하 Planetary Surface Technology Development Lab의 수석 연구원 Paul van Susante에 따르면, NASA의 Break the Ice 챌린지에 참여한 팀들은 달의 토양과 중력 환경을 모사한 진공 챔버 내부에서 자율 굴착 로버의 성능을 평가해 왔다.

로봇 작업에 전력을 공급하는 원자력

14일간 지속되는 달의 밤 동안 중장비를 가동하기에는 기존 태양광 어레이만으로는 한계가 있다. 이에 따라 개발진은 연료 재공급 없이도 10년 동안 자율 작동이 가능한 자동차 크기의 원자로 도입을 검토하고 있다.

NASA는 2030년까지 달에 소형 원자력 발전 시설을 배치하는 것을 목표로 하고 있으며, 중국과 러시아는 2035년경을 목표로 삼고 있다. 이 소형 원자로는 중앙 집중형 전력 허브 역할을 수행하여, 로봇 로버와 자동화 건설 장비가 독자적으로 전력을 충전할 수 있도록 지원할 전망이다.

거친 월면토 먼지 대응 기술

자율 로봇 시스템은 달 표면의 미세 먼지인 월면토(regolith)의 위협도 견뎌내야 한다. 날카롭고 정전기를 띤 먼지는 기계적 밀폐부(실), 기어, 모터를 마모시킨다. 또한 불과 3,000피트 떨어진 곳에서 로켓이 이륙하기만 해도 날카로운 파편이 인근 인프라를 강타해 심각한 손상을 입힐 수 있다.

장비를 보호하기 위해 엔지니어들은 표면에 교류 전류를 흘려 먼지 입자를 밀어내는 전기동역학 먼지 차폐막(EDS) 기술을 도입하고 있다. 이 기술은 2025년 NASA 후원 로봇 탐사 임무를 통해 달 표면에서 실증을 거쳤다. 아울러 정전기를 중화시켜 센서와 선체에서 먼지를 털어내는 자동 가스 분사기 등 다른 해결책도 개발되고 있다.

이러한 자율 선행 기술들이 성공을 거둔다면, 향후 10년에 걸쳐 구축될 초기 전초기지는 금세기 말까지 자립형 달 거주지이자 산업 허브로 진화할 수 있을 것으로 기대된다.