• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.327-333
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• 2019

달 탐사에 필요한 모든 자원을 지구에서 이송하는 것은 천문학적인 비용이 들기 때문에 지속가능한 달 탐사를 위해서는 현지에서 필요한 자원을 조달해야 한다. 이것을 가능하게 하는 기술이 현지자원활용 기술이다. 지구에서는 개발된 현지자원활용 기술을 검증할 수 없기 때문에 기술검증을 위한 달 표면 환경 모사 시설이 요구된다. 달 표면은 대기가 없으며, 표면의 평균온도는 낮에는 $107^{\circ}C$, 밤에는 $-153^{\circ}C$에 달한다. 또한 달 지표는 미세하고 거친 토양으로 덮여 있으며, 태양복사와 태양풍으로 인해 정전기적으로 대전되어 있다. 본 연구는 월면토를 포함한 고진공 환경과 정전기적으로 충전된 토양 모사에 대한 내용을 다루었다. 진공챔버의 감압속도 조절 실험을 통해서 지반 교란없이 토양을 포함한 진공환경을 성공적으로 구축하였고, 달 먼지의 대전 현상 이론 고찰을 통해 달 토양 대전 환경 구현을 위한 실험 방향을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.5-17
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• 2021

최근 달에서 에너지자원으로 활용할 수 있는 헬륨-3과 물 등이 발견됨에 따라 달은 심우주 탐사를 위한 전초기지로 주목받고 있다. 따라서 지속가능한 우주행성 탐사를 위해 달 현지 자원을 활용한 건설재료 생산 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 마이크로파를 이용해 달 표면에서 쉽게 채취할 수 있는 월면토를 소결하여 건설재료로 생산하는 기술에 대한 가능성을 평가하였다. 효율적인 소결을 위해 하이브리드 소결 시스템을 구축하고 소결에 미치는 영향인자에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 열에 반응하여 변색되는 감열지를 이용해 소결로 내 열 분포를 사전에 파악하고, 이를 기반으로 약 직경 1cm, 높이 2cm의 원통형 한국형 인공월면토 소결체를 제작하였다. 마이크로파를 분산시키는 효과가 있는 회전조건 하에서 제작된 소결체에 대해 밀도를 측정한 결과 마이크로파를 흡수하는 시료가 복수개로 배치될수록 마이크로파가 분산 흡수되어 높이에 따른 열 집중현상이 줄어들어 소결체의 균일도가 향상되었다.

• 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

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.507-512
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• 2017

유인 행성 탐사를 위해 인류는 행성에서 반영구적으로 거주할 수 있는 기술을 개발하고 있으며, 이에 거주에 기본적인 3대 요소인 의식주(衣食住)는 건설 분야의 필수적인 기술의 뒷받침이 요구된다. 국제적으로 인프라 구축 기술을 개발하기 위해 현지 시멘트화, 황, 알루미늄 등의 다양한 재료와 방법으로 시도되고 있다. 본 연구에서는 폴리머를 이용한 건설 인프라 재료 기술을 개발하기 위해 유인 탐사에 요구되는 조건에 부합하는 폴리머 콘크리트 시공성 검증 기술을 제안하고자 한다. 하부에서 가열하는 방식으로 제작된 중량비 10%의 폴리머를 사용한 콘크리트 시험체는 가열 후 2시간이 지났을 때 안정화 되었으며, 상부 가열 방식에 비해 강도는 낮았지만 고착속도가 2배 빠른 것으로 나타났다. 이러한 결과는 향후 유인 탐사를 위한 달 시설물 의 건설에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 먼지방지를 위한 도로나 제방과 같은 인프라 시설의 시공성 향상에도 활용 가능하다고 기대된다.