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세계 최초 ‘전개형 에어리스 휠’ 개발, 달 탐사의 새 길 연다
달 탐사에서 지하 공동 붕괴로 형성된 피트와 용암동굴은 극심한 온도 변화와 우주 방사선으로부터 보호받을 수 있는 천연 은신처로 주목받아 왔다. 그러나 급경사·암반·낙하 위험이 겹친 가혹한 지형 탓에 지금까지 어떤 국가도 제대로 접근하지 못했다. 하지만 한국 연구진이 복잡한 기계 없이, 종이접기 구조만으로 이 난제를 처음으로 돌파했다.
우리 대학은 우주연구원·항공우주공학과 이대영 교수 연구팀이 (주)무인탐사연구소(대표 조남석), 한국천문연구원(원장 박장현), 한국항공우주연구원(원장 이상철), 한양대학교(총장 이기정)와 함께 달 탐사의 최대 난제로 꼽히는 피트(Pit)와 용암동굴(Lava Tube)에 진입할 수 있는 전개형 에어리스(airless) 휠을 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.
달 피트는 장기적인 달 거주지 후보지로 주목받는 동시에, 태양계 초기 지질 기록을 보존한 과학적으로 매우 중요한 지역으로 평가된다.
NASA, ESA(유럽우주국) 등 주요 우주기관은 대형 로버에서 소형 로버를 사출해 탐사하는 방식을 제안해 왔으나, 소형 로버의 구조적 한계로 인해 기동성이 충분히 확보되지 않았다. 기존에 제시된 가변형 휠 역시 혹독한 달 환경에서 발생하는 냉간 용접(cold welding), 불균일 열팽창, 연마성이 강한 달 먼지 등으로 인해 실용화에 어려움이 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 복잡한 기계 구조 대신 종이접기(오리가미) 구조와 소프트 로봇 기술을 결합한 새로운 전개식 바퀴를 제안했다.
‘다빈치 다리’의 서로 맞물리는 구조를 응용하고, 우주에서도 잘 버티는 탄성이 좋은 금속판을 종이접기 방식으로 접어 바퀴 모양을 만든 것이다.
개발된 전개형 에어리스 휠(바퀴)은 일반 바퀴처럼 힌지(경첩) 같은 부품이 없어도 접힐 때는 지름 23cm, 펼치면 50cm까지 커져서, 탐사를 위한 소형 로버(small rover)도 큰 장애물을 넘을 수 있는 뛰어난 기동성을 확보한다.
시험 환경에서도 뛰어난 성능을 보였는데, 인공 월면토(달 흙을 흉내 낸 땅)에서도 우수한 주행 성능을 보였으며, 달 중력 기준 100m 높이에서 떨어뜨려도 모양과 기능이 그대로 유지될 만큼 내충격성이 뛰어난 것으로 확인됐다.
이대영 KAIST 교수는 “이번 전개형 바퀴는 그동안 누구도 해결하지 못한 달 피트·용암동굴 진입 문제에 세계 최초로 해답을 제시한 기술”이라며 “우리나라가 앞으로 독자 달 탐사 시대를 선도하는 전환점이 될 것”이라고 강조했다.
이어 “통신·항법·전력 등 남은 과제가 있지만, 이 기술을 돌파구 삼아 하나씩 해결해 나간다면 한국의 달 탐사는 더 이상 꿈이 아니라 실행의 단계로 들어간다”고 말했다.
한국천문연구원 심채경 센터장은 “달 피트와 용암동굴은 과학·탐사 가치가 매우 높은 지역이다. 이번 성과는 그곳으로 들어가기 위한 기술적 장벽을 낮춘 의미 있는 진전”이라고 말했다.
한국항공우주연구원 장종태 책임연구원은 “달은 낮·밤 온도 차가 300도에 이르는 극한 환경이다. 이번 바퀴는 이런 환경에서도 견딜 수 있도록 정교하게 설계된 기술”이라며 “앞으로 실제 달 환경에서의 검증이 더욱 중요하다”고 강조했다.
이번 연구에는 KAIST 이성빈 박사과정과 무인탐사연구소 조남석 대표가 공동 제1저자로 참여했으며, 우주 극한 환경 극복을 위한 차세대 이동 기술을 제시한 성과로서 세계적인 로봇 전문 학술지 ‘사이언스 로보틱스 (Science Robotics)’ 12월 호에 게재됐다. KAIST 김세권 교수, 김준서 석사과정, 무인탐사연구소 이건호·이승주 연구원, 한국항공우주연구원 장종태 책임연구원·심규진 연구원, 한국천문연구원 심채경 센터장, 한양대학교 서태원 교수가 공저자로 참여했다.
※논문제목: Soft Deployable Airless Wheel for Lunar Lava Tube In-tact Exploration, DOI: 10.1126/scirobotics.adx2549
한편 연구는 과학기술정보통신부 혁신연구센터사업(IRC), 이공분야기초연구사업, 우주항공청 탐색연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.12.18 조회수 2465 -
항공우주공학과, NASA임무설계대회 최우수상 수상
〈 KAIST 팀 학생들, 왼쪽부터 이주성, 고재열, 최석민, 서종은, 이은광 〉
〈 안재명 지도교수 〉
우리 대학 항공우주공학과 학생 팀이 美 항공우주국(NASA)이 주관하는 항공우주 임무 설계 경연대회인 라스칼(RASCAL : Revolutionary Aerospace Systems Concepts Academic Linkage) 대회에서 달 탐사 시스템 설계 분야 최우수상(Best in Theme Award)을 수상했다.
항공우주공학과 안재명 교수의 지도하에 고재열, 서종은, 이주성, 최석민, 이은광 학생으로 구성된 KAIST 팀은 미국 학교가 반드시 포함돼야 하는 대회 규정에 따라 텍사스 공대(Texas Tech University), 왕립 멜버른 공대(Royal Melbourne Institute of Technology)와 함께 연합 팀으로 출전했다.
연합 팀은 두 차례의 예선을 거쳐 최종 14팀에 선정돼 5월 30일부터 6월 3일까지 플로리다에서 열린 본선에서 발표회를 가졌다. 총 4개 분야 중 ‘장기간 유인 달 탐사를 위한 물자 전송 시스템 설계’ 에 참여한 연합 팀은 해당 부문 1등상을 수상했다.
NASA 주관 하에 2002년부터 개최된 라스칼은 혁신적인 항공우주 시스템 및 임무를 주제로 학생들의 설계 역량을 겨루는 대회로 세계 최고 수준 학교 및 학생들이 참가하고 있다.
올해 대회 분야는 ▲우주인을 위한 경량 체력단련 모듈 설계(Lightweight Exercise Suite) ▲우주인의 선외 활동을 위한 에어록 모듈 설계(Airlock Design) ▲지구저궤도 및 화성에서 사용 가능한 상용 우주인 거주 모듈 설계(Commercially Enabled LEO/Mars Habitable Module) ▲장기간 유인 달 탐사를 위한 물자 전송 시스템 설계(Logistics Delivery System)로 구분된다.
달 탐사를 위해서는 많은 시간과 물자가 필요하다. KAIST 팀은 장기 유인 달 탐사를 위한 우주 물자이동시스템 설계를 위해 작년부터 약 8개월 간 연합 팀과의 회의를 통해 연구를 해왔다.
특히 장기 유인 달 탐사 임무에는 초기 계획 수립 시 예측할 수 없는 돌발 상황이 발생할 수 있다. KAIST 팀은 이와 같은 임무 불확실성에 대응하기 위해 유연성을 극대화하는 시스템과 운용 개념을 도출, 물자 수송에 소요되는 비용 효용성을 극대화했다.
구체적으로 우주선을 기능에 따라 추진 모듈과 배송 모듈로 나누어 설계했고 달 기지의 수요에 맞춰 배송 모듈을 교환할 수 있게 했다. 또한 다양한 출발 지점을 활용했다
항공우주공학과는 시스템 중심적 사고를 기반으로 한 항공 우주 연구에 초점을 맞춰왔고, 이를 통해 첫 참가임에도 NASA 주관 대회에서 우수한 성적을 거둘 수 있었다.
지도를 맡은 안재명 교수는 “멀리 떨어진 국제연합팀을 리드하며 훌륭한 결과를 만든 학생들이 자랑스럽다”며 “학과가 지속적으로 노력한 시스템-설계 중심 교육의 결실이라고 생각하고 향후 설계교육 분야의 국제협력을 통해 양질의 교육과 다양한 기회를 제공하겠다.”고 말했다.
2017.06.20 조회수 26733