오바야시 주식회사(본사: 도쿄도 미나토구, 사장: 하스와 켄지), 국립대학 법인 시즈오카 대학(소재지: 시즈오카시 스루가구, 사장: 이시이 기요시), 주식회사 유인 우주 시스템(본사: 히가시 교토시 치요다구(사장 후루토 순이치)는 항공우주산업용 첨단소재인 탄소나노튜브(이하 CNT)의 우주환경 노출 메가 슬롯에서 시험편을 회수해 손상 정도를 확인했다

키보의 공간노출 메가 슬롯공간
오바야시 주식회사는 첨단 소재인 CNT를 활용한 미래 우주 인프라 구축 컨셉(우주 엘리베이터 구축 컨셉)을 발표했으며, 2015년 4월 우주 노출 환경에서 CNT의 내구성을 검증하는 것이 목적입니다메가 슬롯 시작그렇습니다
이 실험은 일본 항공우주 탐사국(JAXA)의 "신속 노출 실험 장치(ExHAM)(*1)"의 주제로 선정되었으며 국제 우주 정거장(ISS)/Kibo 일본 실험 모듈의 선외 실험 플랫폼을 사용합니다

Kibo에 시험편 설치
CNT는 높은 경량성(철근의 1/4~1/3), 높은 기계적 강도(강철의 약 20배), 높은 탄성강도, 높은 전류밀도 저항(구리의 100배 이상), 높은 열전도율(구리의 5배 이상) 등 우수한 특성을 많이 갖고 있어 향후 다양한 응용분야에서의 활용이 검토되고 있습니다

CNT 가닥의 단면
우주선, 항공기 구조물, 압력 용기의 강도와 무게를 늘리고 자동차 배선 재료로 높은 전도성을 활용하는 등의 응용 분야가 고려되고 있습니다 건축자재로서 철근콘크리트 건축물, 교량을 지지하는 케이블 등의 철근대용으로 사용 가능하며, 기둥과 보의 단면적을 최소화하고 구조물의 경량화 효과를 기대할 수 있습니다
이 메가 슬롯에서는 세 가지 유형의 테스트 표본이 서로 다른 조건에서 노출되었습니다 시험체는 ISS 이동방향으로 앞쪽에 1년, 뒤쪽에 1개, 뒤쪽에 2개를 노출시켰으며, 2017년 7월에 모든 시험체 채취가 완료되었습니다
이번 메가 슬롯에 사용된 CNT는 직경이 약 20나노미터(나노미터: 10억분의 1미터)인 다중벽 탄소나노튜브 섬유를 꼬아 만든 고품질의 긴 가닥(연사) 형태입니다
회수된 표본을 전자현미경으로 검사한 결과, ISS 이동 방향으로 앞쪽에 노출된 표본이 뒤쪽에 노출된 표본보다 더 손상된 것으로 나타났습니다 ISS가 궤도를 돌고 있는 지구 표면 약 400km 부근은 전리층 중 열권이라고 불리는 공간으로, 지구의 대기가 얇아 산소 등 분자의 상태가 유지될 수 없어 원자로 분리되어 존재한다고 한다
확인된 손상은 원자 산소가 CNT와 충돌하여 발생한 것으로 추정되며, 초당 9km의 속도로 이동하는 ISS 외부의 노출 환경에서는 ISS의 전면이 후면보다 손상이 발생할 가능성이 더 높은 환경인 것으로 확인되었습니다 또한, 뒷면 노출 기간을 달리한 시험편을 비교한 결과 손상 정도에 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 이는 본 메가 슬롯에서도 뒷면 노출 기간의 차이가 손상 정도에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다 또한, 회수된 시편에 대해 강도시험을 실시한 결과, 앞면과 뒷면 모두 CNT 스트랜드의 인장강도 값이 노출 전보다 낮아졌으며, 앞면에서는 더 큰 감소를 보였다
[CNT 시험편 회수 결과]

[CNT 손상]

이러한 결과는 지상에서 실시한 노출 조건 테스트와 높은 상관 관계를 나타냈으며, 지상에서의 테스트가 우주라는 복잡한 환경에서 손상 조건을 추정하는 데 효과적이라는 것을 확인할 수 있었습니다
향후에는 회수된 시험편을 싱크로트론 방사선 측정법을 활용하여 정밀 분석하고, 원자 구조 수준에서 손상 메커니즘을 조사하며, CNT 손상을 억제할 수 있는 내구성 향상 기술을 개발할 예정입니다
오바야시 주식회사는 첨단 소재의 활용을 통해 우주 인프라 구축과 이를 활용한 신기술 개발을 실현하기 위해 적극적으로 노력하여 사회 발전에 지속적으로 기여하겠습니다

노출 샘플 수신 중
- ※1 단순 노출 메가 슬롯 장치(ExHAM)
키보 외부 난간에 부착된 노출 시험 표본 집합
자세한 내용은JAXA 웹사이트
- ※2 에어록
키보 출입을 위한 밀폐된 공간
- ※3 슬라이드 테이블
ExHAM 등을 고정하고 에어록을 통해 내부와 외부로 이동시키는 받침대
또는 그 이상
이 문제에 관한 연락처 정보
오바야시 주식회사 CSR실 홍보부 홍보1과
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