우주개발 새 첨병 3D 프린터… 달기지도 찍어낸다

지상 350㎞ 상공의 국제우주정거장. 고장 난 태양전지판을 수리하던 우주인의 특수 공구가 부러진다. 재고는 없다. 공구 하나 때문에 우주선을 띄울 수도 없고, 동력 없이 우주에서 살 수도 없는 상황. 우주인은 무선을 통해 "공구의 캐드(CAD·컴퓨터 제작설계) 도면을 전송하라"고 지상국에 요청한다. 우주인은 전송된 도면을 한 기계에 입력하고 버튼을 누른다. 단 몇 분 만에 새 공구가 만들어져 나온다. 마법 같은 기계의 이름은 '3D 프린터'.

미국 항공우주국(NASA)이 그리는 멀지 않은 미래상이다. NASA는 '메이드 인 스페이스(Made In Space)'라는 벤처 기업과 함께 국제우주정거장에 장착할 3D 프린터를 개발하고 있다. 금속과 폴리머 등을 잉크 삼아 우주정거장과 우주선, 인공위성에 필요한 부품과 공구를 즉시 만들어주는 기계다. NASA는 진공 및 무중력 상태에서 이 장비를 테스트하고 있다. 궁극적으로는 소형 위성이나 우주선도 3D 프린터로 찍어내 우주에서 바로 발사하는 것이 목표다.

21세기 제조업 혁명을 불러올 것으로 주목받고 있는 3D 프린터가 우주개발의 새로운 첨병으로 떠오르고 있다. 단 한 대만으로 수많은 공작기계와 장비를 대체하는 일당백(一當百)의 혁신성 때문이다. 특히 3D 프린터는 우주개발의 최대 걸림돌인 천문학적인 물류·발사 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 한때 정체에 빠졌던 미국과 유럽의 우주 기구들은 3D 프린터를 이용한 새로운 우주개발 계획들을 잇따라 발표하고 있다. 그중 가장 야심 찬 계획은 유인(有人) 달기지 프로젝트다.

나로호가 발사된 다음 날인 1월 31일(현지시각). 유럽우주기구(ESA)는 우주 탐사의 베이스캠프가 될 유인 달 기지 건설의 청사진을 발표했다. 거대한 봉분을 연상시키는 기지의 조감도도 이날 공개됐다. 축구의 성지 웸블리구장, 뉴욕의 새 상징이될 투월드트레이드센터, 베이징 국제공항 등을 디자인한 세계적인 건축설계 기업 '포스터+파트너스'(영국)의 작품이었다.

달 기지는 압축공기를 불어넣어 돔형으로 만든 튜브형 구조 위로 외벽을 쌓아올린 형태다. 외벽을 이루는 것은 그 단면이 수세미처럼 구멍이 숭숭 뚫린 거대한 블록들. 가볍지만 튼튼한 이 블록은 감마선처럼 위험한 우주선(線)과 물체, 극단적인 추위와 더위로부터 우주인을 보호한다. 관건은 어디서 어떻게 자재와 장비를 구하냐는 것. 만약 지구에서 모두 가져와 지으려면 천문학적인 비용과 시간이 들기 때문.

ESA가 내놓은 해법은 3D 프린터였다. 3D 프린터를 장착한 로봇이 달 표면의 암석들을 흡입·분쇄한 뒤 이를 블록 형태로 찍어낸다. 3D 프린터 로봇은 돔 위를 오르락내리락하면서 한층 한층 외벽을 쌓는다. 스스로 자재를 조달하고 포크레인과 불도저, 크레인의 역할을 혼자 소화하는 것이다. ESA는 길이 6m짜리 3D 프린터로 지상 실험을 시작했다. 마그네슘 산화물과 알루미늄 등으로 달 토양과 유사한 분말을 만들어 1.5t짜리 블록도 만들었다. ESA 연구진에게 달 블록의 영감을 준 것은 미국 워싱턴주립대 연구진이었다. 이들은 달 토양과 성분이 유사한 합성 분말로 원통형 구조물을 만들고, 건물을 지을 만큼 충분히 강하다는 것을 입증해 보였다. ESA는 우주인 4명이 사는 기지는 일주일이면 완공할 수 있을 정도로 프린팅 속도를 높일 계획이다.

미국 우주벤처인 DSI(Deep Space Industries)는 지난달 3D 프린터를 이용한 소행성 채광 사업에 뛰어들었다.

역시 미국 벤처인 '플래니터리 리소스(Planetary Resources)'가 이미 발표한 사업 모델. 지구 근접 궤도를 도는 소행성에서 캐낸 플래티늄·이리듐 같은 희귀금속을 지구로 가져와 떼돈을 벌겠다는 '우주판 골드러시'의 꿈이다. 그러나 지난 1월 23일 기자회견에서 DSI 릭 텀린슨 회장은 "우주 광물을 지구로 가져오는 대신 우주에서 바로 소비하는 형태로 개발하겠다"는 아이디어를 내놓았다. 우주에서 100만달러 가치를 지닌 소행성 광물 1t은 지구로 보내면 4000달러밖에 안 된다는 것. 물류비용도 크고 수요도 적어진다는 것이다. 텀린슨 회장은 "채광용 우주선에 3D 프린터를 장착해 소행성에서 캐낸 광물을 우주선이나 위성에 필요한 연료나 부품으로 만들어 우주에서 바로 판매하겠다"고 말했다. 오는 2020년 생산 개시를 선언한 이 회사는 '마이크로그래비티 파운더리'라고 이름 붙인 3D 프린터를 특허 출원했다.

☞3D(3차원) 프린터

잉크젯 프린터에서 잉크 대신 플라스틱과 같은 고분자 물질이나 금속 가루를 뿜어내는 장치. 벽돌을 하나하나 쌓아 건물을 만들듯 미리 입력된 입체 설계도에 맞춰 재료를 층층이 쌓아 올려 3차원의 제품을 만든다.