피트(Pit)와 용암동굴(Lava Tube)은 달 탐사 과정에서 극심한 온도 변화와 우주 방사선으로부터 보호받을 천연 은신처로 주목받는다. 단 급경사·암반·낙하 등 위험이 도사리는 가혹한 지형 탓에 현재까지 어떤 국가도 이 공간에 접근하지는 못했다. 국내 연구진이 이러한 환경에서도 복잡한 기계 없이 '종이접기 구조'만으로 난제를 풀어내 주목받는다.

KAIST는 우주연구원·항공우주공학과 이대영 교수 연구팀이 ㈜무인탐사연구소·한국천문연구원·한국항공우주연구원·한양대와 공동으로 피트, 용암동굴에 진입할 수 있는 '전개형 에어리스(airless)' 휠(바퀴)을 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

'전개형 에어리스(airless)' 휠이 장착된 달 탐사 로버가 제주도 용암동굴을 시험 탐사하고 있다. KAIST 제공제주도 용암동굴을 탐사 중인 전개형 휠 달탐사 로버.[KAIST 제공]

달 피트는 장기적인 달 거주지 후보지로 주목받는 동시에 태양계 초기 지질 기록을 보존한 중요 지역으로 평가된다.

그간 NASA, 유럽우주국(ESA) 등 주요 우수기관은 대형 로버에서 소형 로버를 사출해 탐사하는 방식을 제안해 왔다.

하지만 소형 로버의 구조적 한계로 기동성을 확보하지 못했고 기존에 제시된 가변형 휠은 혹독한 달 환경에서 발생하는 냉간 용접(cold welding), 불균일 열팽창, 연마성이 강한 달 먼지 등의 영향으로 실용화에 어려움을 겪었다.

(왼쪽부터) 장종태 한국항공우주연구원 책임연구원, 조남석 무인탐사연구소 대표, 이성빈 KAIST 박사과정, 이대영 KAIST 교수, 심채경 한국천문연구원 센터장. KAIST 제공

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연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 복잡한 기계 구조 대신 '종이접기(오리가미)' 구조와 소프트 로봇 기술을 결합한 새로운 전개식 바퀴를 제안했다. '다빈치 다리'의 맞물리는 구조를 응용하고 우주 환경에서도 버틸 수 있는 고탄성 금속판을 종이접기 방식으로 접어 바퀴 모양을 만드는 방식이다.

개발된 전개형 에어리스 휠은 일반 바퀴처럼 힌지(경첩) 등 부품 없이도 접힐 때는 지름 23㎝, 펼치면 50㎝까지 크기가 늘어나 탐사를 위한 소형 로버(small rover)도 큰 장애물을 넘을 수 있는 기동성 확보가 가능하다.

이 휠은 시험 환경에서도 뛰어난 성능을 나타냈다. 인공 월면토(달 흙을 흉내 낸 땅)에서도 우수한 주행 성능을 보였고 달 중력 기준 100m 높이에서 떨어뜨려도 모양과 기능이 그대로 유지될 만큼 월등한 내충격성을 입증한 것이다.

이 교수는 "전개형 에어리스 휠은 그간 누구도 해결하지 못한 달 피트, 용암동굴 진입 문제를 세계 최초로 해결한 기술"이라며 "이는 향후 한국이 독자적 달 탐사 시대를 열어가는 데 전환점이 될 것"이라고 말했다.

그러면서 "통신·항법·전력 등 남은 과제가 아직 남았지만, 이 기술을 돌파구 삼아 하나씩 해결해 나간다면 한국의 달 탐사는 더 이상 꿈이 아니라 실행 단계로 접어들 것"이라고 강조했다.

한편 이번 연구는 우주 극한 환경 극복을 위한 차세대 이동 기술을 제시한 성과로 평가받는다. KAIST 이성빈 박사과정과 무인탐사연구소 조남석 대표가 공동 제1 저자로 참여해 거둔 이번 연구 성과(논문)는 국제 로봇 전문 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)' 12월 호에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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