건설기술연구원, 우주 벽돌 개발 성공... 달 기지 건설에 사용 Optimized manufacturing process of homogeneous microwave-sintered blocks of KLS-1 lunar regolith simulant

한국건설기술연구원(건설기술연) 연구진이 전자레인지에 쓰이는 마이크로파로 월면토(레골리스)를 구워 달 기지 건설에 쓸 수 있는 우주 벽돌을 만드는 데 성공했다.

신휴성 건설기술연 책임연구원 연구진은 지난 1일(현지시각) 국제 학술지 ‘건축 공학 저널(Journal of Building Engineering)’에 마이크로파를 이용한 달 기지용 우주 벽돌 제작에 성공했다는 연구 결과를 발표했다. 연구진은 지금까지 발표된 마이크로파 우주 벽돌 가운데 가장 큰 크기로 달 현지 자원을 활용한 기지 건설을 앞당길 수 있다고 설명했다.

한국건설기술연구원 연구진이 전자레인지에 쓰이는 마이크로파를 이용해 월면토를 우주 벽돌로 만드는 데 성공했다./한국건설기술연구원

각국이 심우주 탐사를 본격화하면서 달에 전진기지를 짓는 방안도 구체적으로 검토되고 있다. 2030년부터 본격적인 달 기지 건설이 시작될 것으로 예상된다. 문제는 달 기지를 지을 건설 자재를 확보하는 법이다. 영화 속에 흔히 나오는 달 기지는 지구의 구조물을 빼닮았지만, 실제로는 미래 지향적인 모습보다는 몇 세기 전의 건축물을 닮은 훨씬 척박한 형태가 될 가능성이 크다. 건설 비용 때문이다.

기지 건설에 필요한 자재를 지구에서 달 표면으로 직접 운반하려면 막대한 비용이 든다. 건설 자재 1㎏을 달 표면으로 보내는 데 드는 비용은 120만달러로 추정된다. 배보다 배꼽이 더 큰 상황이다. 이 때문에 각국 연구진은 달에 널린 월면토를 이용해 우주 벽돌을 만드는 방법을 연구하고 있다.

월면토를 이용해 벽돌을 만들려면 열을 가하는 방식으로 소결(燒結)해야 한다. 소결은 가루를 녹는점 이하로 가열해서 서로 밀착시키는 방법을 말한다. 레이저나 햇빛을 이용한 방법이 대표적이고, 건설기술연은 마이크로파를 활용했다. 우리가 음식을 데우는 전자레인지에 쓰이는 마이크로파는 에너지 효율이 다른 방식보다 좋지만, 소결 과정에서 열이 고르게 전달되지 않아 벽돌 내부에 균열이 생기는 문제가 있었다.

건설기술연 연구진은 다양한 실험을 통해 내부 균열을 없애는 마이크로파 가열 방식을 찾았다. 월면토를 마이크로파로 가열했을 때 내부 균열이 생기는 이유는 월면토에 섞인 물이나 휘발성 물질 때문이다. 연구진은 진공 조건에서 섭씨 250도로 월면토를 먼저 예열하면 이런 휘발성 물질로 인한 내부 균열을 막을 수 있다는 것을 알아냈다.

마이크로파로 월면토를 소결할 때도 한 번에 소결 온도인 1080도까지 올리는 게 아니라 1분에 3~5도씩 천천히 가열해야 균열 없이 단단하게 벽돌이 만들어진다는 것도 알아냈다. 연구진은 각각의 가열 단계 전에 30분씩 휴지기를 두고 5단계에 걸쳐 가열하는 게 좋다고 밝혔다.