• 우주기술과 응용
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• 제3권3호
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• pp.199-212
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• 2023

과거 1970년대까지의 달 표면탐사에서는 단기간 달에서의 임무 특성을 가지는 것에 비해 최근 달 표면탐사는 달에서의 장기체류와 이를 기반으로 궁극적으로 화성까지 탐사 범위를 확장하는 방향으로 진행되고 있다. 인간의 달표면 장기체류를 실현하기 위해서는 탐사 현지 자원을 활용하여 체류에 필요한 소비재나 연료 등의 현지 생산 및 사용이 중요한 전제가 된다. 국제우주탐사협의체(ISECG, International Space Exploration Coordination Group)에서 각국의 우주탐사 계획을 반영하여 제시하는 글로벌 우주탐사 로드맵에는 달표면 탐사로부터 화성탐사로 이어지는 발전 단계가 제시되며 각 단계에서 현지자원활용은 중요한 요소가 되고 있다. 본 논문에서는 국제우주탐사협의체의 현지자원활용(ISRU) 격차분석 보고서를 기반으로 현지자원활용의 기술 분야를 현지 연료 및 소비재 생산, 현지 건설, 우주상 제조, 그리고 생성 결과물의 보관 및 활용, 자원활용에 필요한 전력시스템 등과 같은 연관 분야로 분류하여 주요 분야에서의 기술 개발 및 검증 현황을 분석한다. 다수의 국가는 달 자원 중 극 지역 영구음영지역의 얼음물 이용 그리고 표토에서 산소 등의 추출에 우선 순위를 부여하고, 무인 착륙임무를 통하여 달 남극 영구음영지역 근처에서 물질 및 물 분포 확인을 준비하고 있다. 자원 활용을 위하여 수전해를 이용한 수소, 산소 등 연료 생산, 모사토를 이용한 달 표토에서 산소의 추출 등의 기술을 개발하고 있다. 자원활용 기술의 개발을 위하여 지상에 달표면 모사환경을 구현하고 기술의 개발, 시나리오의 시연 등을 통한 효율적 현지자원활용 구현 방법 등을 모색하고 있다. 지속 가능한 달 표면 탐사를 위하여 각국은 달 표면 도달, 자원의 조사, 물질의 추출 등에 서비스 구매 등 민간 영역의 능력을 활용하고 발전시키는 노력을 병행하고 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권12호
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• pp.41-53
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• 2022

산업화가 시작된 후 인류는 더 많은 자원을 필요로 하고 소비하며, 현재 자원 고갈은 지구의 심각한 문제이다. 그러나 우주에는 무한한 자원이 존재한다. 특히 달은 지구와 가장 가까운 행성으로 미래 인류에게 필요한 헬륨-3, 희토류 등 많은 자원을 보유하고 있다. 이러한 자원을 채굴하기 위해서는 인류가 달에 상주할 필요가 있다. 그리고 달에 거주하는 인류는 식량, 건축, 산업 자재 등 많은 자원이 필요하다. 그러나 이러한 자원을 지구에서 달까지 운반하려면 천문학적인 비용이 소모되므로 현지에서 자원을 조달하여 인류의 활동을 지원하는 연구가 진행되고 있다. 이를 ISRU(In-Situ Resources Utilization)라고 하며, 이는 우주개발에 필수적이다. 본 논문에서는 ISRU이 필수적인 이유와 그 기술현황을 소개하고 향후 연구과제에 대해 서술하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.373-387
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• 2023

우주 여행이 시작된 이래로 우주 행성에 대한 과학적 탐사는 인간의 상상력을 높이고 있다. 화성에 대한 임무는 지구에서 생명체가 언제, 어디서, 어떻게 시작되었는지에 대한 중요한 질문에 답을 제공할 수 있으며, 이 임무는 현지 우주 자원 활용(ISRU) 개념을 통해서만 실행 가능하다. 이 논문에서는 현재 우주 강국들을 중심으로 진행 중인 화성 탐사를 다루며, 인공 화성토양 조사와 탐사 로버의 이동성 연구를 중점으로 다루고 있다. 화성의 실제 지상 환경을 모사하기 위해서는 수십 톤의 토양이 필요하므로 원료 확보와 처리 과정도 고려되어야 한다. 이를 위해 화성 표면 토양과 유사한 특성을 가진 인공 토양을 선별하고, 인공 화성토양 개발을 위한 필요 사항을 제시한다. 이 연구를 통해 화성 탐사 임무에서 로버의 이동성을 평가하는 데 필요한 적절한 화성 토양을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제41권2호
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• pp.79-85
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• 2024

Nowadays, the trend in lunar exploration missions is shifting from prospecting lunar surface to utilizing in-situ resources and establishing sustainable bridgehead. In the past, experiments were mainly focused on rover maneuvers and equipment operations. But the current shift in trend requires more complex experiments that includes preparations for resource extraction, space construction and even space agriculture. To achieve that, the experiment requires a sophisticated simulation of the lunar environment, but we are not yet prepared for this. Particularly, in the case of lunar regolith simulants, precise physical and chemical composition with a rapid development speed rate that allows different terrains to be simulated is required. However, existing lunar regolith simulants, designed for 20th-century exploration paradigms, are not sufficient to meet the requirements of modern space exploration. In order to prepare for the latest trends in space exploration, it is necessary to innovate the methodology for producing simulants. In this study, the basic framework for lunar regolith simulant development was established to realize this goal. The framework not only has a sample database and a database of potential simulation target compositions, but also has a built-in function to automatically calculate the optimal material mixing ratio through the particle swarm optimization algorithm to reproduce the target simulation, enabling fast and accurate simulant development. Using this framework, we anticipate a more agile response to the evolving needs toward simulants for space exploration.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권4호
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• pp.81-90
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• 2024

최근 달에서 얼음 형태의 물 등 에너지자원이 발견됨에 따라 달은 심우주 탐사를 위한 전초기지로 주목받고 있다. 지속가능한 심우주 탐사를 위한 전초기지 구축을 위해 현지자원 활용 개념이 주목받음에 따라, 현지재료인 월면토 고형화 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 보조가열재를 이용한 하이브리드 마이크로파 소결로를 활용해 인공월면토 소결 실험을 수행하며 시스템 구성 및 소결온도 유지시간이 소결체 형성에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 보조가열재 구성 및 마그네트론으로부터의 거리가 균질한 소결 블록 제작에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 소결온도(1,080℃) 유지시간을 변화시키며 소결 블록을 제작한 결과, 임계시간을 초과하여 소결온도를 유지할 경우 재료의 불균질성이 증가해 소결 효율을 감소시키는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.144-152
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• 2018

미국과 구소련을 중심으로 진행되었던 달 탐사는 1970년대에 중단되었다. 하지만 1990년대 달에 얼음 형태의 물과 희귀자원이 대량 발견되면서 유럽연합, 중국, 일본, 인도 등으로 대표되는 우주신흥강국 들도 달 자원 확보와 기지 건설을 목적으로 달 탐사 경쟁에 합류하고 있다. 향후 달 탐사 사업은 국제 협력을 기반으로 전 세계 주요 우주국과 우주 민간 기업이 함께 참여할 것으로 전망된다. 또한 달 궤도선 중심의 탐사에서 벗어나 달 착륙선 및 로버 중심의 무인 탐사가 전개되어 자원 탐사, 토양 표본 채취 및 귀환 등의 임무를 수행할 것으로 예상된다. 달 탐사를 통해 발견된 자원은 향후 유인 달 기지 건설과 밀접한 연관성이 있다. 달 표면에서의 건설을 위해서는 막대한 양의 자원을 지구로부터 수송해야하므로, 달 현지 자원을 이용하여 물, 산소를 생산하고 현지 지형을 이용하여 기지를 건설하는 기술이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 현재 진행 중인 전 세계 달 탐사 동향 및 전망과 함께, 달 표면에서의 유인 달 기지 건설 방안과 국가별 달 건설 기술 개발 현황에 대해 조사 및 비교 분석하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.120-130
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• 2013

최근 들어 차세대 추진제로서 각광을 받고 있는 메탄의 성능특성을 분석하고, 메탄/산소 로켓엔진의 기술개발 동향을 조사하였다. 로켓연료로서의 액체메탄은 무독성, 경제성, 우수한 재생냉각성능, 그리고 행성의 현지자원활용(ISRU) 가능성 등과 같은 여러 유리한 특성을 가지며, 액체산소와의 조합시 높은 비추력 확보 및 시스템 경량화가 가능하다. 이러한 이유로, 메탄/산소 엔진에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있기는 하지만 그 기술성숙도가 아직은 그리 높지 않은 것으로 확인되는 바, 메탄 로켓엔진 개발을 통하여 우주기술 선진국과의 기술격차 해소가 필요한 시점이라고 판단된다.

• Advances in Computational Design
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• 제4권2호
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• pp.141-153
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• 2019

This research is comprised of virtually simulating behavior while experiencing low gravity effects in advance of real world testing in low gravity aboard Zero Gravity Corporation's (Zero-G) research aircraft (727-200F). The experiment simulated a drill rig penetrating a regolith simulant. Regolith is a layer of loose, heterogeneous superficial deposits covering solid rock on surfaces of the Earth' moon, asteroids and Mars. The behavior and propagation of space debris when drilled in low gravity was tested through simulations and visualization in a leading dynamic simulation software as well as discrete element modeling software and in preparation for comparing to real world results from flying the experiment aboard Zero-G. The study of outer space regolith could lead to deeper scientific knowledge of extra-terrestrial surfaces, which could lead us to breakthroughs with respect to space mining or in-situ resource utilization (ISRU). These studies aimed to test and evaluate the drilling process in low to zero gravity environments and to determine static stress analysis on the drill when tested in low gravity environments. These tests and simulations were conducted by a team from Texas A&M University's Department of Construction Science, the United States Air Force Academy's Department of Astronautical Engineering, and Crow Industries

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.630-637
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• 2019

달에 얼음 형태의 물과 희귀 자원의 대량 존재하는 것이 밝혀지면서, 달의 경제적, 산업적 가치는 증대되고 있다. 이에 우리나라를 포함한 전 세계 주요 우주국들은 달 자원 확보와 유인 기지 건설을 위한 현지 자원 활용 기술을 개발하고 있다. 향후 달 현지 건설을 준비하기 위해서는 로버에서 취득한 지형 및 건설 영상을 가공하여, 건설 전 주기의 의사결정 지원정보를 제공하는 무인 건설공간정보화 기술을 개발해야한다. 본 연구에서는 달 로버 카메라 시스템을 기반으로 한 건설공간정보화 기술의 개발 방안을 소개하였다. 세부적으로 로버의 주행 영상, 지형 및 건설 영상 취득을 위한 로버 기반 카메라 시스템의 개념 설계와 달 건설공간정보 구축을 위한 분산 환경 기반의 개념적 아키텍쳐인 달 로버 운영 시스템을 제안하였다. 또한 달 표면에 특화된 로버의 위치 결정 및 3차원 지형복원 기법 개발 방안을 제시하였다. 본 연구에 도출한 달 무인 건설공간정보화 기술은 개념적 설계로 실험을 통한 검증이 필요하다. 따라서 개발된 로버와 로버운영 시스템은 향후, 달 모의 지형에 적용하여 개선할 예정이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.13-19
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• 2023

달 얼음은 향후 인류의 심우주 탐사와 장기 체류를 위한 자원으로 활용될 수 있다. 달 얼음에 대한 기원 및 존재 유형은 여전히 가설로 남아 있다. 최근 세계 우주국에서는 달 얼음에 대한 원격탐사에서 지상탐사를 통해 정량적 매장량과 존재 유형을 밝히고자 경쟁적으로 미션을 계획하여 추진 중에 있다. 달 얼음의 매장량이 충분하다면 향후 얼음을 자원으로 활용하는 현지자원활용 개념이 각광받을 것으로 예상된다. 그러나 현재까지 얼음 추출에 따른 지반 공학적 관점에서 유의해야 하는 침하에 대한 검토는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 인공월면토-얼음 존재 유형별로 얼음 추출로 인해 발생 가능한 침하량에 대한 실험적 연구결과를 제시하고 있다. 그 결과 초기 함수비 약 10%의 인공월면토-얼음 혼합토에서 상당한 침하가 발생하였다.