우주에서의 샴페인 마개: 달을 방문하는 다음 우주선을 코르크가 어떻게 보호할 것인가?

코르크 하면 새해 전야에 터지는 샴페인이 떠오를 것입니다. 그러나 이 다용도 나무껍질 중 일부는 인류가 달로 돌아갈 때 우주 비행사를 안전하게 지켜줄 것입니다.

 

우주 시대는 초강력 합금과 메모리 폼 부터 동결 건조식품과 휴대폰 카메라 센서에 이르기까지 수많은 최첨단 장치와 혁신적인 신소재를 세상에 가져왔습니다. 이와 같은 첨단 기술은 Nasa와 동료 우주 기관이 광활한 우주 공간으로 더욱더 나아가는 데 도움이 되었습니다. 따라서 인간이 달과 화성 너머로 돌아가는 것을 목표로 하고 있기 때문에 훨씬 더 보잘것없는 물질에 의존하는 다음 시대의 우주 탐험을 보는 것은 놀라운 일이 될 수 있습니다. 바로 코르크입니다.

 

지중해 주변에서 자라는 나무 껍질에서 수확한 이 고대 재료는 아마도 와인과 샴페인 병의 마개로 가장 친숙할 것입니다. 그러나 그것의 놀라운 특성은 우주 로켓 하드웨어의 중요한 부분에 사용되는 것을 보았고 앞으로 몇 년 안에 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있게 될 것입니다. 

 

상업용 우주 회사가 발사 위성, 우주선, 심지어 사람을 궤도에 진입시키는 비용을 더욱 저렴하게 만들면서 현재 세계는 우주여행의 "기하급수적인" 성장을 목격하고 있습니다. 그러나 로켓 발사는 환경에 상당한 피해를 줄 수 있으므로 과학자와 우주 기관은 우주 비행을 보다 지속 가능하게 만드는 방법을 찾기를 희망하고 있습니다. 많은 사람들이 지구와 그 너머에 미치는 영향을 최소화하는 방법으로 천연 소재를 찾고 있습니다. 

 

그러나 나무는 실제로 공간의 극한까지 확장될 수 있습니까? 그렇다면 지속 가능성은 항공 우주 산업에 실제로 무엇을 늬미합니까?

 

극한의 우주여행을 견딜 수 있는 재료는 멀티태스킹이 가능해야 합니다. 가벼우면서도 초강력, 내열성, 내방사선성, 환경에 따라 변형이 가능해야 합니다. 이것이 바로 연구자들이 특이한 특성을 지닌 새로운 물질을 실험하고 있는 이유입니다. 그러나 그들은 또한 수천 년 동안 인간이 사용해 왔던 일부로 되돌아가고 있습니다. 

주로 남부 지중해 국가에서 재배되는 코르크는 인류가 5,000년 동안 사용해 왔습니다. 최근 수십 년 동안 냉장고부터 극지 연구 선박 및 잠수함까지 다양한 응용 분야에 사용되었습니다.

 

포르투갈 코르크 생산업체인 Corticeira Amorim의 CEO인 Antonio Rios Amorim은 "코르크 숲은 독특한 생태계입니다."라고 말합니다. "세계 36개 생물다양성 핫스폿 중 하나입니다. 기후 조절에 기여하고 지속 가능한 발전을 위한 원동력이며 세계 생태 균형에 중요한 역할을 합니다."

 

Corticeira Amorim은 150년 넘게 코르크를 생산해 왔으며 1960년대부터 항공우주 산업에 공급해 왔습니다.

 

"코르크 세포 구조의 70%는 공기입니다"라고 Amorim은 말합니다. "매 입방센티미터마다 4천만 개의 세포가 있습니다. 이는 이 물질이 매우 가벼운 물질이고 매우 강한 세포벽을 가지고 있음을 의미합니다. 이는 매우 우수한 절연체가 됩니다." 그는 코르크가 극심한 온도 변화를 견딜 수 있다고 덧붙였습니다. "이것은 우리가 한 것이 아닙니다. 이것은 자연이 준 선물입니다."

 

1960년대에는 냉전 기간 동안 열핵 탄두를 탑재하도록 설계된 미국의 장거리 미사일인 미니트맨 미사일(Minuteman Missiles)을 단열하는 데 코르크 시트가 사용되었습니다. 보잉은 탄화 방지 특성으로 인해 소모성 발사 시스템인 Delta IV에 수지와 혼합된 코르크를 사용했습니다. 2020년 유럽 우주국(Esa)은 카르만 위성이 국제 우주 정거장에서 떨어졌을 때 재진입을 위한 절연체로 코르크를 테스트하여 지구로 떨어질 때 대기 재진입에 대한 데이터를 수집했습니다. 그리고 코르크는 현재 NASA가 지난 21년 동안 화성과 목성으로 로봇 임무를 수행하는 데 사용했던 주요 발사체인 United Lanunch Alliance의 Atlas V에 사용되고 있습니다.

 

이제 NASA는 코르크로 절연된 로켓을 사용하여 인간을 달에 보내기를 희망하고 있습니다. NASA의 새로운 대형 로켓인 우주 발사 시스템(SLS)은 0-17,400 mph(0-28,000km/h)에서 가속하고 단 8분 만에 지구 상공 100마일(160km) 이상까지 솟아오릅니다. 날아가면서 엄청난 열이 발생합니다. 그러나 로켓에 동력을 공급하는 액체 수소와 액체 산소로 만들어진 극저온 연료는 차갑게 유지되어야 합니다. 온도가 너무 높으면 연료가 가스로 변합니다.

 

세 번째 아르테미스 임무에서는 달의 남극에 대한 최초의 임무에서 SLS가 NASA의 오리온 우주선을 타고 우주 비행사를 발사하는 것을 볼 수 있습니다. 충분한 단열재가 없으면 로켓의 구조적 무결성이 손상되고 우주비행사의 생명이 위험해질 수 있습니다. 

 

Michael Alldredge는 NASA의 재료 엔지니어입니다. 그의 임무는 달 로켓 하드웨어에 적용되는 열 보호 시스템에 들어갈 재료를 선택하는 것입니다. 이는 "차량 상승 및 작동 중 구조적 온도를 유지"하는 데 중요할 것이라고 그는 말합니다. 

 

그는 2022년 11월 아르테미스 I의 발사를 지켜보았고, 수년간의 작업 끝에 마침내 발사대를 떠나는 것을 처리하기 어려웠다고 말했습니다. 그러나 2024년 11월에 아르테미스 II가 등장하고, 2025년에 아르테미스 III가 등장하면 인간이 탑승하게 될 때 위험을 훨씬 더 높아질 것입니다.

 

"모두가 침착하고 냉정함을 유지해야 합니다. 왜냐하면 우리는 아직 콘솔에 앉아 로켓을 보고, 공연을 지켜보고 있기 때문입니다."라고 그는 말합니다. "그러나 우리는 이 거대한 차량이 패드를 찢는 것을 보면서 오는 현기증을 억누르려고 노력할 것입니다. 그 모든 힘과 추력과 힘. 숨이 막힐 정도입니다."

 

현재 2025년으로 계획된 이 임무는 인류가 50 연녀 만에 처음으로 달 표면에 발을 내딛는 임무가 될 것입니다. 4명의 우주비행사가 NASA의 SLS위에 앉아 플로리다의 케네디 우주 센터에서 출발할 예정입니다. 이 로켓은 단 한 번의 발사로 오이온과 승무원, 보급품을 달에 보낼 수 있을 만큼 강력한 유일한 로켓입니다.

 

SLS는 지구에서 비행하면서 -423℉(-253℃)에서 200℉(93℃) 이상의 극한 온도를 견뎌야 합니다. 이에 대처하기 위해 Vasa는 화재와 얼음으로부터 보호할 수 있는 코르크를 포함한 다른 전통적인 단열재와 함께 스프레이 폼 단열재와 같은 열 보호를 위한 최첨단 기술을 발전시키고 있습니다. 

 

코르크는 폼보다 무겁지만 더 강력한 보호 기능을 제공합니다. Alldredge는 예상되는 열 부하가 높은 SLS 영역에 코르크 시트와 블록이 적용될 것이라고 말했습니다. 4개의 RS-25 엔진이 발사 및 상승 중에 거의 900만 파운드(4000만 뉴턴)의 추력을 생성하는 핵심 단계 엔진 섹션을 살펴보겠습니다. 코르크는 견고한 로켓 부스터 아래, 페어링 위, 공급라인이 로켓을 따라 내려가 다른 하드웨어에 연결되는 영역 아래에 배치됩니다.

 

비행에 앞서 단열재에 대한 최종 테스트가 실시됩니다. 4개의 RS-25 엔진이 모두 작동되면 폼과 코르크가 "뜨거운 것과 차가운 것이 충돌할 때" 하드웨어를 보호하게 됩니다. 

 

Alldredge는 "차량 바닥 아래는 상승하는 동안 매우 뜨거워집니다."라고 말합니다. "엔진이 불타고 있고, 엔진과 측면의 고체 로켓 부스터에서 많은 열이 빠져나오고 있습니다. 그래서 우리는 바닥의 열 부하를 처리할 수 있을 만큼 강한 재료가 필요했습니다. 차량, 그리고 절제할 차량."

 

절제 중에 차량 외부의 일부 재료가 연소되어 열을 흡수하여 기본 차량 구조가 시워하게 유지된다고 Alldredge는 설명합니다.

 

그러나 NASA가 로켓 재료를 선택할 때 지속 가증성을 최우선 과제로 삼고 있습니까?

Alledredge는 환경에 미치는 영향이 아니라 신뢰할 수 있고 장기적인 가용성이라는 측면에서 말합니다. 

 

"지속 가능성은 우리가 처음부터 추구하는 것이 반드시 필요한 것은 아닙니다."라고 그는 말합니다. "우리는 어떤 재료가 효과가 있을지 찾습니다. 어떤 재료를 얻을 수 있나요: 어떤 재료를 쉽게 구할 수 있나요? 어떤 재료를 미래에 구하기 어렵거나 비용이 많이 들까요? 우리가 다루는 시스템만큼 복잡하다면, 더 많은 것들을 처리해야 합니다. 일정하게 유지할 수 있으면 더 좋습니다."

 

반면 영국 우주국(UKSA)은 발사대 추진 시스템을 단열하기 위해 코르크를 포함한 재활용재료를 사용할 계획을 세우면서 환경 영향을 줄이기 위한 조치를 취하고 있다고 밝혔습니다. 

 

UKSA의 발사 시스템 책임자이자 엔지니어인 Mauro Augelli는 "우리는 환경적 지속 가능성과 경제적 지속 가능성에 중점을 두고 있습니다."라고 말합니다. "이것은 지구에 대한 존중과 자원에 대한 존중에 관한 것입니다."

 

그러나 그는 코르크와 같이 최소한의 가공을 거친 소재라고 정의한 천연 소재는 예측이 불가능할 수 있다고 덧붙였습니다.

 

"매우 많이 처리하지 않으면 행동에 대한 불확실성이 생길 수 있습니다"라고 그는 말합니다. "게다가 우주비행사이 탐사나 생명 유지를 고려할 때 생체 재료는 불이 붙을 수 있고 투과성이 있습니다. 예를 들어 달 기지를 만드는 경우에는 이러한 특성을 갖고 싶지 않습니다."

 

UKSA는 현재 사용하는 재료의 수명주기를 평가하고 있습니다. 그는 전체 수명 주기 동안 환경에 미치는 영향이 낮은 소재를 선호해야 한다고 말합니다.

 

"이것은 사명의 목표와 지속 가능성 사이의 절충안입니다. 수명주기 평가에 관해 이야기할 때 천연재료가 다른 재료보다 우수합니다."라고 그는 말합니다.

 

그러나 UKSA는 재활용 시 열 보호에 사용하기 위해 다른 재료와 결합할 수 있는 폴리머와 같은 재료도 연구하고 있다고 덧붙였습니다.

 

그러나 현재로서는 나무가 여기 지구상의 생명에 계속해서 중요할 뿐만 아니라 일부는 별을 향해 나아가게 되어 있습니다.

 

출처: BBC 뉴스