• 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.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.801-809
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• 2019

2009년 NASA에서 수행된 달 극지 탐사 미션을 통해 달 극지의 영구음영지역에 얼음 층이 존재한다는 증거가 발견되었다. 이후, 달 극지 지역 얼음 층 탐사를 위한 지반 특성 평가 연구들이 국내외적으로 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 달 영구음영지역의 지반온도변화를 예측하고, 얼음 층이 지반 온도 프로파일에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 달 지반에 대한 비정상 상태 열 해석을 수행하였다. 수치해석결과를 통해 위도 86° 이상에서 달 지반 내부의 온도가 얼음승화 기준온도인 112 K 이하로 수렴한다는 것을 확인하였고, 이는 달 극지 내 얼음 층이 존재하고 있을 가능성이 높은 지역을 확률적으로 판단할 수 있는 근거가 되었다. 얼음 층이 매장되어 있는 깊이에 따라 지반 온도 프로파일에 미치는 영향정도가 다르게 나타났는데, 온도 편차가 큰 얕은 심도에 존재하는 얼음 층은 이질적인 온도분포 특성을 초래한다는 사실을 확인하였다. 또한, 본 연구는 매장된 얼음의 상을 보존하도록 하는 드릴 비트의 최대 허용 마찰열에 대해서 고찰하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권10호
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• pp.21-31
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• 2022

최근 세계우주국에서는 달에 얼음이 매장되어 있음을 발견하고 경쟁적으로 달 얼음 탐사 미션을 추진 중에 있다. 달에서 얼음을 탐사하고 지하 샘플을 채취하여 지층의 구성을 측정하기 위한 연구는 필수적이다. 착륙선 및 탐사로버는 달의 극지방에 위치한 얼음과 자원을 분석하기 위하여 시추 장비가 필요하다. 이러한 장치는 달 환경의 극한 조건에서 작동할 수 있는 신뢰성을 가져야 하며 소형, 경량, 저전력, 고효율의 장치여야 한다. 국내에서도 달 지하 1m 까지 매장되어 있는 얼음 샘플채취 및 지층구조 분석이 가능한 무인 시추장비 개발을 진행하고 있다. 본 논문은 지금까지 개발된 시추장비와 시추정보를 이용한 지반강도를 평가하는 기법에 대해 소개하고자 한다.

• 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.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제40권4호
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• pp.149-171
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• 2023

ShadowCam is a National Aeronautics and Space Administration Advanced Exploration Systems funded instrument hosted onboard the Korea Aerospace Research Institute (KARI) Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) satellite. By collecting high-resolution images of permanently shadowed regions (PSRs), ShadowCam will provide critical information about the distribution and accessibility of water ice and other volatiles at spatial scales (1.7 m/pixel) required to mitigate risks and maximize the results of future exploration activities. The PSRs never see direct sunlight and are illuminated only by light reflected from nearby topographic highs. Since secondary illumination is very dim, ShadowCam was designed to be over 200 times more sensitive than previous imagers like the Lunar Reconnaissance Orbiter Camera Narrow Angle Camera (LROC NAC). ShadowCam images thus allow for unprecedented views into the shadows, but saturate while imaging sunlit terrain.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권10호
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• pp.49-55
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• 2023

달 극지방에 얼음이 존재한다는 사실을 발견하고 달 현지자원활용과 유인기지 건설에 국제적 관심이 증대되고 있다. 대기가 없는 달은 지구환경과 다르게 운석충돌, 우주방사선, 극한 온도편차의 위험에 노출되고 있다. 이러한 3대 위협요소로부터 유인 우주기지를 보호하기 위해 보호층 시공이 반드시 요구된다. 월면토를 보호층 시공 재료로 사용하는 것은 지구-달 운송에 필요한 비용 절감과 대량의 원자재 확보라는 관점에서 상당히 매력적이다. 또한, 별도의 제작 및 통합 일정을 위한 추가적인 시간이 필요치 않고 지구에서 재보급 없이 쉽게 수리 및 개조가 가능하다. 환경이 변하는 경우에도 유인 우주기지의 구조적 한계 내에서 보호층 두께 조절이 가능하다. 월면토를 이용한 보호층과 관련한 다양한 연구들이 진행되어 왔으나, 보호층의 요구조건에 대해서는 다양한 의견들이 제시되어 왔다. 본 논문에서 달 지상 3대 위협요소별로 상세히 살펴본 결과를 토대로 장기 유인거주를 위해서는 2m 이상의 보호층 시공이 필요한 것으로 판단하였다. 이를 기반으로 보호층 시공에 필요한 기술과 달 지상에서 급속으로 시공이 가능한 방안을 제시하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권8호
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• pp.51-58
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• 2021

최근 우리나라는 미국항공우주국이 주도하는 유인 달 탐사 프로젝트인 아르테미스 프로그램에 10번째 국가로 참여하게 되면서 다방면에서 유관연구를 수행하고 있다. 특히, 달의 극지방에는 동결토 형태로 다량의 물이 존재하는 것으로 밝혀지면서 이를 자원으로 활용하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 달 표면에 자리 잡고 있는 월면토의 열전도도에 관한 정보는 얼음 존재 추정 및 취득을 위한 열 채굴 기술 등에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 지반열진공 챔버를 활용하여 진공압에 따른 한국형 인공월면토(KLS-1)의 열전도도를 측정하였다. 기존 연구에서 밝혀진 인공월면토(JSC-1A)와 비교분석을 통해 한국형 인공월면토의 유효성을 재확인하였으며, 건조단위중량 및 진공압에 따른 열전도도 추정이 가능한 경험적 예측모델을 제안하였다. 본 연구에서 도출된 결과는 진공 챔버를 이용한 달 행성의 극저온 환경 구현 시 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 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.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제40권4호
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• pp.131-148
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• 2023

Lunar permanently shadowed regions (PSRs) never see direct sunlight and are illuminated only by secondary illumination - light reflected from nearby topography. The ShadowCam imaging experiment onboard the Korea Pathfinder Lunar Orbiter is acquiring images of these PSRs. We characterize and discuss the nature of secondary illumination for the Shackleton PSR from ShadowCam radiance-calibrated images. We also use modeling to understand the magnitude and direction of the secondary illumination. Results from our analysis highlight the non-homogeneous, dynamic, and complex nature of PSR secondary lighting. Knowledge of the direction of the secondary illumination is crucial for reli-able interpretation of contrasts observed in ShadowCam images. This preliminary analysis of the floor of Shackleton crater from images acquired over multiple secondary illumination conditions does not reveal indications of exposed surface ice, even though temperatures are constantly below 110K.