IT之家 11월 10일 소식에 따르면, 대형 장비를 지구 궤도에 올리는 것은 쉽지 않습니다. 먼저 많은 소형 부품을 우주로 보내고, 그 후 궤도상에서 이를 조립하여 대형 구조물을 만드는 방식이 더 쉬울 수 있지만, 전통적인 방법에서는 항상 우주인의 참여가 필요합니다.
방사선이 가득한 우주 환경을 고려할 때, 우주비행사가 궤도상에서 일하는 시간은 가능한 한 짧은 것이 좋습니다. 미국 캘리포니아 공과대학교(Caltech)가 개발하고 미국 국방고등연구프로그램(DARPA)이 자금을 지원한 로봇이 최근 새로운 우주 건설 방식을 선보였습니다. 이 로봇은 궤도상에서 독립적인 부품들을 안테나 트라이앵글 구조로 조립하는 데 성공했습니다.
연구자들은 이를 우주에서 처음으로 자율적인 구조 건설이 이루어진 것으로 평가했습니다. 이 성과는 향후 궤도상에서 대규모 우주 시설을 건설하는 데 새로운 기술적 길을 제시할 수 있을 것입니다.
플랫패널 가구를 조립하는 것처럼, 우주에서 안테나를 설치한다
IT之家에 따르면, 이 로봇은 “자율 우주 장력식 반사기 조립 프로젝트”(Autonomous In-Space Tensioned Reflector Assembly, 약칭 ASTRA)의 핵심 장비 중 하나입니다.
프로젝트의 원래 계획은 복합 재료 튜브, 알루미늄 부품 및 반사 필름을 사용하여 직경 1.4미터의 반사 안테나를 조립하는 것이었습니다.
시간 제한으로 인해 로봇은 이번에 단지 하나의 지지 구조만을 조립하는 역할을 했습니다. 작업이 시작되기 전에 두 개의 격자 부분은 미리 조립되어 우주로 운반되었고, 그 후 로봇은 궤도상에서 세 번째 부분의 조립을 완료했습니다.
비록 이것이 직접 통신에 사용할 수 있는 완전한 안테나는 아니지만, 로봇이 우주 환경에서 분산된 부품들을 점차적으로 더 큰 구조로 조합할 수 있다는 것이 입증되었습니다.
미국 국방고등연구계획국 ‘새로운 궤도 및 달 제작, 재료 및 효율적인 품질 설계’(NOM4D) 프로젝트 책임자 앤드루 데토르는 이번 시연이 우주에서 대규모 구조물을 건설하는 데 중요한 진전이라고 말했습니다. 향후 목표에는 수천 미터 규모의 시설 건설도 포함될 수 있습니다.
“현재 이러한 규모에 가까운 구조는 기존 기술로는 실현될 수 없습니다.” 데토르가 말했습니다.
미래에는 우주에서 직접 안테나, 광학 장비 및 태양열 배열을 제작할 예정입니다.
NOM4D 프로젝트의 더 큰 비전은 원료를 궤도로 운반한 뒤 우주 환경에 적합한 구조물을 직접 우주에서 제작하는 것입니다.
이렇게 되면 안테나, 광학 장비, 태양광 배열과 같은 설비를 실제 작업 환경에 맞게 설계할 수 있게 되며, 전통적인 우주선처럼 로켓 발사 시의 엄청난 부하를 어떻게 견딜지 먼저 고려할 필요가 없습니다.
DARPA는 이러한 제작 방식을 틴커토이나 K’NEX와 같은 조립 장난감에 비유했습니다. 로봇은 상대적으로 간단한 조립 단계를 반복하면서, 자신의 크기보다 훨씬 큰 구조물을 만들 수 있는 기회를 가집니다.
데토르는 자동화 조립 장비 내부에서 각 구조 부품이 하나씩 제작된 후 반사망을 설치한다고 설명했습니다. 각 부분이 완성되면 점차 확장되어 연결됩니다.
그는 전체 과정이 복잡한 로봇 시스템이나 첨단 알고리즘에 의존하지 않는다고 말했습니다. 핵심은 캘리포니아 공과대학교 팀이 견고한 엔지니어링 설계를 통해 각각의 작업을 하나의 확장 가능한 프로세스로 통합했다는 점입니다.
소위 “자주성”이라는 것은 현재에도 지상 팀의 지원 없이는 불가능하다
하지만 이번 데모에서의 “자동화”는 로봇이 모든 작업을 스스로 완료할 수 있다는 의미로 완전히 이해될 수는 없습니다.
로봇이 조립 작업을 수행하는 동안, 지상 지원 팀은 여전히 많은 일을 담당하고 있습니다. 지상과 로봇 사이에는 하루에 몇 번의 통신 창만 있으며, 각각 15분밖에 되지 않기 때문에, 엔지니어들은 이 시간을 이용하여 로봇이 보내온 사진을 검사하고, 실험실에서 완벽하게 동일한 모델을 통해 문제를 해결한 뒤, 우주에 있는 로봇에게 작동 명령을 전송합니다.
즉, 로봇은 궤도상에서 실제 조립 작업을 수행할 수 있지만, 작업 계획 수립, 고장 판단 및 작동 지시는 여전히 지상 인원의 참여가 필요합니다.
우주 로봇 제작은 처음부터 새로 시작되는 것이 아닙니다.
실제로, 로봇을 이용해 우주에서 구조물을 건설하는 것은 전혀 새로운 개념이 아닙니다.
국제 우주정거장의 조립은 캐나다 로봇 팔 2번(Canadarm2)에 크게 의존했습니다. 이 로봇 팔은 대형 부품을 이동시켜 지정된 위치로 보내고, 우주비행사가 설치를 완료합니다. 하지만 이 방식에서는 지상에서 이미 제작된 부품만을 조립하는 것이며, 로봇이 수많은 작은 부품들로부터 점차 더 큰 구조물을 만들어내는 방식은 아닙니다.
2014년, 국제우주정거장의 3D 프린터가 자체 압출기 외부 케이싱 패널을 인쩌었습니다. 이는 우주 제조 분야의 중요한 시도로, 프린팅 장비 자체의 교체 부품을 인쇄함으로써 궤도상의 소규모 제조 작업장이 실제적인 가치를 지니고 있음을 입증했습니다.
NASA는 이후 Archinaut One이라는 프로젝트, 즉 OSAM-2라는 이름으로도 진행했으며, 국제 우주 정거장 밖에서 우주 제작 작업을 진행할 계획이었습니다. 3D 프린팅 기술을 이용해 궤도상에 구조용 빔을 제작하고, 로봇을 통해 태양광 배열을 설치하는 것이 그 내용이었습니다. 이 프로젝트는 지상 테스트에서 어느 정도의 잠재력을 보였지만, 결국 2023년에 중단되었습니다.
반면에 ASTRA는 이번에 실제 궤도 내 검증 사례를 제시했으며, 로봇이 우주에서 여러 개의 독립적인 부품을 단계적으로 조합하여 더 큰 구조물을 만들 수 있다는 것을 증명했습니다.
완전히 자체적으로 대형 우주 시설을 건설하는 데는 아직 멀리한 길이 있지만, 첫 번째 트러스 부품을 조립하기 시작하면서 우주 제작은 새로운 진전을 이루었습니다. 결국, 우주에서 대형 시설을 건설하려면 최근의 철물점은 수백 킬로미터 떨어진 곳에 있습니다.