[우주산업 리포트] 우주산업도 4차 산업혁명 중 '3D프린팅'

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NASA의 3D 프린팅 우주기지 경연대회에서 우승을 차지한 팀의 작품. SEArch+/Apis Cor 팀 제공
“3D 프린팅은 우리가 만들 수 있는 것과 만들 수 없는 것에 대한 개념을 뒤흔들고 있다.”
 
미국 컬럼비아대 공대에서 3D 프린팅 기술을 활용한 제조혁신을 연구하는 호드 립슨 교수의 발언으로 3D 프린팅 기술이 가져올 ‘생산 혁명’을 함축적으로 표현했다. 이 혁명이 활발히 진행되고 있는 대표적인 분야가 우주산업이다. 인공위성 부품에서 발사체 엔진과 국제우주정거장(ISS) 유지·ë³´ìˆ˜ì— 이르기까지 광범위한 영역에서 이미 3D 프린팅 기술이 사용되고 있다.
 
최근에는 3D 프린터로 만든 우주 발사체의 첫 발사가 연말에 있을 것이라는 소식도 들려왔다. 미국 항공우주국(NASA)은 한발 더 나아가 대형 3D 프린터와 특수 재료를 사용해 달과 화성 표면에 유인기지를 건설하는 연구를 진행하고 있다. 지구에서 멀리 떨어진 심우주에서 인간이 장기간 체류하는 상황에 대비해 우주인들이 먹을 식량을 3D 프린터로 생산하는 연구도 있으니 언젠가 인간을 제외한 모든 것이 3D 프린터로 제작되는 상황을 단지 허무맹랑한 상상으로 치부할 것은 아니라는 생각이 든다.
 
렐러티비티 스페이스의 대형 3D프린터
시장조사 기관 포천비즈니스인사이트에 따르면 2018년 13억 5910만 달러(약 1조 5857억 원)였던 항공우주 3D 프린팅 시장은 연평균 22%씩 성장해 2026년에는 67억 4550만 달러(약 7조 6400억 원)에 달할 전망이다. 이런 급성장의 이유는 무엇일까? 가장 큰 이유로 제작의 경제성과 효율성을 들 수 있다. 싸게 많이 그리고 빨리 만들 수 있다는 뜻이다. 특히 지금처럼 우주산업이 급격하게 확장하는 상황에서 제작의 경제성과 효율성은 기업의 경쟁력 확보에 필수적인 요소다.
 
3D 프린팅의 이러한 장점을 잘 활용한 대표적인 기업이 미국의 우주 스타트업 ‘렐러티비티 스페이스’다. 이 회사는 ‘스타게이터’로 불리는 자사의 초대형 3D 프린터를 이용해 수십 미터 길이의 우주 발사체를 ‘찍어내는’ 기술을 개발했다. 현재 길이 28m의 일회용 소형 로켓 ‘테란 1’ê³¼ 65m의 중형 재활용 로켓 ‘테란 R’을 개발 중이다.
 
3D 프린터로 제작한 로켓인 테란-R 상상도. 렐러티비티 스페이스 제공
이 회사의 최고경영자인 팀 엘리스는 언론 인터뷰에서 “3D 프린팅 기술로 부품 수를 기존 로켓의 100분의 1로 줄이고 로켓 제작 기간도 60일 이내로 단축하는 것이 목표”라고 밝혔다. 실제로 이 회사의 로켓 엔진은 3D 프린터로 제작된 단 3개의 부품으로 조립해 만든다. 일반적인 로켓 엔진이 수천 개의 크고 작은 부품들의 결합물인 것을 고려할 때 매우 단순하고 경제적인 구조임이 틀림없다.
 
렐러티비티 스페이스는 지난 6월 ê¸°ìˆ ì˜ 시장성을 인정받아 대형 자산운용사 피델리티와 블랙록, 헤지펀드 소로반 캐피털 등으로부터 6억 5천만 달러(7360억 원) 투자금을 유치하는 데 성공했다. 로이터통신은 2015년 창업한 이 업체의 시장 평가액은 42억 달러(4ì¡° 7569억 원)에 달한다며 “일론 머스크가 설립한 스페이스X에 이어 두 번째로 가치 있는 민간 우주 기업이 됐다”ê³  보도했다.
 
팀 엘리스 렐러리티비 스페이스 CEO. 렐러티비티 스페이스 제공
3D 프린팅 기술은 인공위성 제작에도 널리 활용되고 있다. 세계 최대의 항공우주 회사인 미국의 보잉은 3D 프린팅 기술을 통해 모듈화 된 부품을 생산, 인공위성 제작에 활용하고 있다. 경쟁사인 에어버스도 3D 프린팅 기술로 부품을 모듈화해 인공위성을 매년 수백 개씩 생산할 수 있는 공장을 짓고 있다. 에어버스는 우주에 3D 프린터 기반 인공위성 생산공장을 건설하는 ‘페리오드’ 프로젝트에도 참여하고 있다. 유럽연합과 에어버스가 공동으로 추진하는 이 프로젝트의 목표는 인공위성과 송수신 안테나를 우주에서 만들어 바로 궤도에 올리는 것이다. 이 실험이 성공하면 현재 인공위성 산업의 판도에 엄청난 지각변동이 생길 것으로 전망된다.
 
3D 프린팅 기술은 국제우주정거장(ISS) 유지·ë³´ìˆ˜ì—ë„ 유용하게 쓰이고 있다. ISS의 수리가 필요할 때 지구에서 부품을 보내면 큰 비용과 시간이 든다. 아무리 적게 잡아도 한번 수송에 수백억에 비용이 든다. 하지만 3D 프린터를 이용해 필요한 부품을 ISS에서 생산한다면 ê·¸ 비용을 절약할 수 있다.
 
메이드인 스페이스가 개발 중인 로봇 아키노트 시스템이 우주공간에 배치된 구상도. 우주에서 제작할 수 있는 시스템으로 3D프린터와 함께 로봇팔이 극한 환경에서 작업할 수 있게 돕는다. 메이드인스페이스 제공
미국 우주기업 ‘메이드인스페이스’는 NASA와 협력해 2014년 12월 ISS에서 3D 프린터로 공구 렌치를 만드는 데 성공했다. 비록 작은 도구에 불과하지만, 우주에서 자급자족 환경을 꾸리는 미래를 향한 이정표를 세웠다는 평가를 받는다. 이 회사는 지난해 세라믹을 잉크로 쓰는 3D 프린터를 ISS에 올려 보려보냈다.
 
중국공간기술연구원(CAST)도 지난해 5월 발사된 유인우주선에서 우주에서 3D 프린터와 탄소섬유 강화 플라스틱을 이용해 벌집 모양의 구조물 제작에 성공했다. CAST는 이 기술을 더욱 고도화해 향후 달이나 화성 표면에 대형 건물을 짓는데 활용할 계획이다. 미국 우주 스타트업 ‘아이콘’도 3D 프린터로 달 표면에 유인기지를 건설하는 기술을 개발 중이다. 현재 달 표면에 먼지를 콘크리트와 같은 물질로 바꿀 수 있는 기술을 개발하고 있다. 궁극적으로 달 표면에 우주 방사능과 극한의 온도를 견디는 단층 주택을 약 48시간, 비용은 1만 달러(약 1130만 원) 이하에 건설하는 것이 목표다.
 
이스라엘의 배양육 기업인 알레프팜즈는 달이나 화성에 배양육 생산 시설을 지어 우주인의 식량으로 공급하겠다는 '알레프 제로 프로그램'을 발표했다. 알레프팜즈 제공
3D 프린터로 식량 생산도 할 수 있다. 이스라엘 대체육 개발 업체인 ‘알레프 팜스’는 2019년 ISS에서 3D 프린터를 이용해 고기를 만들었다. 동물에서 수집한 세포를 잉크로 사용해 고기와 질감이 유사한 조직을 만든 것이다. 비록 맛이 실제 고기보다는 많이 떨어졌지만 우주에서 인간이 섭취할 수 있는 단백질을 생산했다는 점에서 의미 있는 과학적 성과로 평가받고 있다. 우리나라도 3D 프린터를 우주산업에 적극 활용하고 있다.
 
지난달 한국항공우주연구원(항우연)은 3D 프린터로 생산한 발사체 엔진의 연소시험에 성공했다고 밝혔다. 10초간 실험이었지만 추진력과 연료 주입, 냉각 시스템 등 주요 기능이 모두 합격점을 받았다고 밝혔다. 항우연에 따르면 이 엔진은 3D 프린터로 제작된 단 4개로 부품을 조립해 만들었고 덕분에 비용도 일반적 로켓 엔진에 3분의 1밖에 들지 않는다고 한다. 한국생산기술연구원도 지난달 3D 프린팅 기술을 이용해 기존의 제품보다 공간 효율성은 12% 높고, 부품 무게는 27% 낮은 우주 발사체용 추진제 탱크의 시제품 제작에 성공했다.
 
대형 3D프린터로 만든 로켓 추진체 탱크. ë ëŸ¬í‹°ë²„í‹° 스페이스 제공
 
※동아사이언스는 미국 우주 전문 매체 스페이스 뉴스와 해외 우주산업 동향과 우주 분야의 주요 이슈를 매주 소개하는 코너를 마련했다. 국내에서 접하기 어려운 세계 우주 산업의 동향과 트렌드를 깊이 있게 제공할 계획이다. 박시수 스페이스 뉴스 서울 특파원은 2007년 영자신문인 코리아타임스에 입사해 사회부, 정치부, 경제부를 거쳐 디지털뉴스팀장을 지냈다. 한국기자협회 국제교류분과위원장을 지냈고 올초 미국 우주 전문 매체 스페이스 뉴스에 합류해 서울 특파원으로 활동하고 있다.  
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