JAXA와의 공동 연구를 통해 달과 슬롯 나라에 적용할 수 있는 현지 생산 및 현지 소비 기반 건설 자재 제조 방법을 개발했습니다

보도자료

오바야시 주식회사(본사: 도쿄도 미나토구, 사장: 하스와 겐지)는 일본 항공우주 탐사국(JAXA)(본사: 도쿄도 조후시, 회장: 야마카와 히로시)과 협력하여 지구, 달, 슬롯 나라에서 쉽게 얻을 수 있는 제품을 개발하고 있습니다 원자재를 이용하여 유용한 건축자재를 생산하는 기술로서, 마이크로웨이브를 이용한 가열, 소성, 냉압착 등의 방법을 이용하여 각 환경과 구조에 적합한 블록형 건축자재를 제조하는 방법을 개발하였습니다

최근에는 미국과 유럽을 중심으로 우주 개발이 더욱 활발해졌으며 전 세계적으로 달과 슬롯 나라의 무인 및 유인 탐사에 대한 추진력이 커지고 있습니다 일본에서는 JAXA가 대학과 민간 기업의 기술을 활용하고 그 결과를 우주와 지상에 적용함으로써 우주 탐사 연구를 가속화한다는 목표로 2015년에 우주 탐사 혁신 허브(*1)를 설립했습니다 이러한 연구 분야 중 하나인 '국지 생산 및 국지 소비 탐사 기술'은 지역 자원을 활용해 로켓으로 지구에서 물질을 운반하는 데 드는 막대한 비용을 줄이고 달과 슬롯 나라에서의 활동을 보다 지속 가능하게 만드는 것을 목표로 한다

1990년경, 슬롯 나라은 지역 자원을 활용하여 달과 화성 탐사에 필요한 건설 기지용 자재를 제조하는 방법을 연구하고 전자레인지와 냉간 압착을 사용하여 블록을 제조할 가능성을 확인했습니다 그러나 각 환경과 구조물 용도에 적합한 제조 방법을 확립하기 위해서는 가열 및 소성 온도를 정밀하게 제어하고, 진공에 가까운 조건에서 냉간 압착이 재료 강도에 미치는 영향을 규명할 필요가 있었습니다 이번에 이를 우주 탐사 혁신 허브의 연구 주제로 제안하고 JAXA와 공동 연구를 진행했습니다

그 결과, 달과 슬롯 나라의 환경에 맞게 마이크로파 가열, 베이킹, 냉압착 등의 기술을 적용하여 기지 건설에 사용할 수 있는 블록형 자재를 제조하는 방법을 개발했습니다 또한, JAXA에서 제공한 모의 달 표토를 이용하여 시험체(블록)를 제작하고, 전자현미경을 이용한 표면관찰과 압축시험을 통해 강도를 확인하고, 기초공사에 적용할 수 있음을 확인하였다

이 기술은 달과 슬롯 나라뿐만 아니라 육지에도 적용할 수 있습니다 왜냐하면 지구에서 적절한 건축 자재를 얻을 수 없는 지역에서 현지 소비를 위해 건축 자재를 현지에서 생산하는 데 유용할 것이기 때문입니다

새롭게 개발된 건축자재의 제조방법은 다음과 같습니다

달의 환경을 가정하여 전자레인지 가열을 이용한 구운 제품 제조

달에서는 물 조달이 어렵기 때문에 전자레인지 가열을 이용하여 건축자재를 제조하고 있습니다 모의 달 표토에 마이크로파를 조사하면 약 1000℃ 이상에서 일정 시간 가열하면 고화된 물질을 얻을 수 있다 1100℃ 부근에서는 흙 입자의 표면이 녹아 결합하여 일반 벽돌과 동등한 강도를 갖고 내부에 공극이 있는 고형물(소결물)을 형성합니다 또한 1100℃ 이상으로 가열하면 흙입자가 완전히 녹아 콘크리트와 동등한 강도를 가지며 내부에 공극이 없는 고형물(용융물)을 형성하게 됩니다

달의 중력은 지구 중력의 약 6분의 1이므로 주거시설, 방사선 차폐재 등의 구조자재에는 일반 벽돌에 버금가는 강도를 지닌 소결재를 사용할 계획이며, 더 강한 강도가 요구되는 로켓 착륙장 및 도로 기초에는 콘크리트와 동등한 강도의 용융재료를 사용할 계획입니다 마이크로파 가열을 이용하면 각 구조물에 요구되는 강도와 특성에 따라 가열에너지를 최소화할 수 있습니다

전자레인지 가열로 생산된 구운 제품의 전자현미경 사진

슬롯 나라의 환경을 가정하여 냉간압착에 의한 압축고화체 제조

냉간 압착은 점토 광물과 물을 모래 등의 원료와 혼합하고 열을 가하지 않고 압력을 가하여 고체 제품을 생산하는 방법입니다 슬롯 나라에는 2차 광물인 점토광물이 존재하고, 물은 얼음의 형태로도 얻을 수 있을 것으로 추정되므로, 본 실험에서는 물을 함유한 점토광물을 모래와 혼합하고, 상온에서 고압을 가하는 냉간압착법으로 블록형 건축자재를 제작하였다

대기 밀도가 지구의 약 1/100인 슬롯 나라 표면에서는 블록의 강도가 지구에서 생산되는 것보다 약 10% 더 강한 것으로 알려져 있어 이 제조 방법은 슬롯 나라 환경에 적합합니다 압력을 높이면 블록의 강도가 증가하여 일반 벽돌과 동등한 최대 강도에 도달합니다

슬롯 나라 표면의 중력은 달보다 크지만 지구의 3분의 1 정도이므로 주거시설의 구조자재나 방사선 차폐재로 사용하면 일반 벽돌과 동등한 강도이면 충분할 것으로 추정됩니다

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냉간압착으로 제조된 블록

향후에는 국산 및 국산 건축자재에 대해 새롭게 개발된 생산방식을 적용하여 블록의 대형화, 품질안정화 및 실용화를 위한 개선을 실시하겠습니다 오바야시코퍼레이션은 앞으로도 달과 슬롯 나라에 기지를 건설하고 우주엘리베이터를 건설하는 등 건설회사의 관점에서 미래 우주탐사에 공헌할 수 있는 기술 개발을 통해 사회의 지속가능한 발전에 공헌해 나가겠습니다

1990년 오바야시가 발표한 슬롯 나라 거주 계획 개념 이미지
  • ※1 우주탐사혁신허브
    JAXA는 다양한 분야의 인적 자원과 지식을 하나로 모으는 조직을 구축하고 전례 없는 새로운 시스템과 이니셔티브를 통해 JAXA 전반에 걸쳐 연구를 개발 및 확립하기 위해 2015년 4월 우주 탐사 혁신 허브를 설립했습니다 일본 과학기술청(JST)의 지원을 받아 달, 화성 등 중력체 탐사를 위한 우주기술과 대학 및 민간기업의 기술을 융합해 혁신적인 우주개발을 목표로 '광역 미탐사봉 탐사기술', '자율·자율탐사기술', '지방생산·지방소비 탐사기술' 3가지 연구분야를 추진하고 있다 탐사 기술을 개발하여 우주와 지상에 모두 적용합니다

또는 그 이상

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오바야시 주식회사 CSR실 홍보부 홍보1과
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