대전광역시

2015년 미국 스페이스X가 발사된 로켓을 재착륙 시키는 시험을 최초로 성공했습니다.

[대기권 밖까지 상승했다가 재사용 가능한 상태로 착륙하는 스페이스X의 로켓 펠콘9]

이 실험은 고비용 발사체를 온전한 상태로 회수, 연료를 충전하고 재발사하는 것으로, 로켓을 여러 번 반복할 수 있음을 확인한 것인데요.

이는 우주개발에 소요되는 비용을 획기적으로 줄일뿐만 아니라, 지금까지 편도성 비행만 가능했던 우주탐사에 왕복운행이 가능한 길을 열게 된 것입니다.

이를 계기로 미국 항공우주국(NASA)는 우주정거장, 인공위성, 우주탐사선 등의 자체 발사사업을 종료하고 모두 스페이스X로 위탁하고 있고요.

지난 8월 우리나라 최초 달탐사선 다누리호 역시 스페이스X 펠컨9 로켓에 실려 우주로 향했습니다.

[지난 8월 미국 플로리다즈 우주군기지에서 다누리호를 싣고 발사되는 펠컨9(좌)과 다누리호 활동 예상도(우)]

우주산업과 3D프린팅 기술

로켓이 지구중력을 벗어나기 위해 필요한 엄청난 출력을 내야하는 엔진은 고온에서 정교하게 작동하는 만큼 연소를 제어하는 것이 관건인데요. 복잡한 부품을 제작하는 공정에 3D프린팅 기술이 적용되면서 우주산업 전반에 혁신을 일으키고 있습니다.

☞ 3D프린팅 우주산업 제조혁신

- 비용·시간 절감 및 부품일체화·경량화 및 복잡형상제작에 적합

- 국내 소형발사체(3D프린팅 기술적용) 공간효율성 12% 향상, 부품 27% 경량화

- 미국 렐러티비티 스페이스 3D프린팅 기술활용 3개 부품으로 엔진 제작

- 스페이스X 로켓 ’팰컨9‘ 엔진밸브 주물제작(수개월 공정)을 3D프린터로 이틀만에 제작

[지난 6월 발사에 성공한 누리호에 장착된 추력 75톤급 엔진 구조도 / 항우연 제공]

지난해 한국항공우주연구원(이하 항우연)이 공개한 차세대 메탄엔진에도 3D프린팅 기술이 적용돼 눈길을 끌고 있습니다.

항우연이 개발 중인 메탄엔진은 스페이스X가 재활용 로켓을 상용화시킨 이후 차세대 로켓엔진으로 떠오르고 있는데요.

[항우연이 개발 중인 차세대 메탄엔진 연소실험 / 항우연 제공]

케로신을 연료로 사용하는 엔진은 연소 시 발생하는 탄소 찌꺼기 때문에 재사용 한계가 최고 10번까지로 제한되는 반면 메탄엔진은 재사용 횟수가 월등히 많기 때문입니다.

이 같은 장점은 심우주용 로켓, 특히 화성 등 타 행성 개척 때 현지에서 지구로 되돌아올 메탄연료를 공급할 수 있어 스페이스X 등을 필두로 세계 우주산업 선두그룹에서 연구에 박차를 가하고 있는데요.   

메탄엔진을 비롯한 로켓 개발은 연료 혼합비와 연소실 압력 등을 정교하게 조절하면서 최적의 조건을 찾기까지 수많은 반복실험이 필요하고요.

그래서 고난이도의 복잡한 엔진 부품을 3D 프린터로 보다 정교하게 제작하는 것이 성공을 앞당기는 키워드로 떠오르고 있습니다.

[항우연이 개발 중인 차세대 메탄엔진 / 항우연 제공]

이처럼 우주산업에서 3D프린팅 기술은 이전과 다른 비용 및 시간 절감, 부품일체화 및 경량화 등에서 혁신을 가져올 것으로 기대받고 있는데요. 

실제 우주산업 관련 3D프린팅 시장은 연평균 22%씩 고성장하는 추세고, 2026년 시장규모는 7조 원을 돌파할 것으로 예상됩니다.

☞ 우주산업 3D프린팅 시장확대
- 우주산업 3D프린팅 시장 연평균 22%씩 성장 - 2026년 67억 4550만 달러(약 7조 5000억 원) 전망

- 스페이스 X : 2014년도부터 3D프린팅 부품개발 시작, 현재 40% 적용

- 고성능 엔진, 대형 구조 부품 등으로 지속적 협력을 통한 3D프린팅 기술적용 확대

- 로켓 제작, 우주정거장 유지보수, 우주 식민지 건설, 식량 생산까지 다양한 분야에서 3D프린팅 기술 개발중

- 맞춤형 소량생산, 신속 제작, 소재 다양화 등 3D프린팅 활용 잠재력 지속 증가

우주산업클러스터 중심으로 

대전시는 20일 항우연, 한국생산기술연구원(이하 생기연), 한밭대학교와 ‘우주산업 핵심부품 개발 및 3D프린팅 기술 경쟁력 강화를 위한 업무협약’을 체결했습니다.

[20일 대전테크노파크에서 열린  ‘우주산업 핵심부품 개발 및 3D프린팅 기술 경쟁력 강화를 위한 업무협약’]

협약 주요 내용은 다음과 같습니다.

▲우주산업 생태계 조성 및 우주핵심부품 첨단제조 연구개발 플랫폼 구축 

▲위성 발사체의 핵심부품 개발 협력 및 첨단디지털제조(3D프린팅, 빅데이터 등) 협력 

▲연구개발⋅시험평가⋅인증⋅실증 지원⋅인력양성 협력 

▲우주항공 중소⋅벤처기업 종합지원 

▲창업지원 및 일자리 특화 사업 지원 등

이에 따라 대전시는 대전테크노파크 3D프린팅제조혁신센터가 보유한  대면적 금속 3D프린터를 활용, 항우연이 필요로 하는 핵심부품 설계 및 시험평가 등을 지원하고요.

아울러 생기연은 우리나라 3D프린터 관련 최고 연구기관으로 관련 공정기술 개발을 지원하고, 한밭대학교는 3D프린팅 전문인력 양성에 나서기로 했습니다.

[20일 대전테크노파크에서 3D프린팅으로 제작된 우주발사체 구성품을 살펴보는 이장우 대전시장]

지역 첨단제조업 혁신으로 

대전시는 이번 협약을 계기로 4대 전략산업인 우주항공산업 혁신성장생태계를 구축할 계획인데요.

이와 함께 산업파급력이 높은 3D프린팅 기술이 지역 제조산업 패러다임을 전환시키도록 기술협력 네트워크 체계를 구축할 방침입니다.

특히 대전시는 3D프린팅 기술을 활용해 항우연에서 연구개발 중인 부품개발을 신속 지원, 신기술 부품이 지역에서 개발될 수 있도록 추진할 예정인데요.

[대전테크노파크가 보유한 3D프린터 우주산업 활용 예]

이를 다른 산업으로 확대 발전시키는 전략도 구상 중입니다.

이장우 대전시장은 “이번 협약으로 우주발사체 핵심부품 제조기술을 향상시켜 본격적인 우주시대를 대비한 혁신성장생태계를 조성할 것”이라며 “대전이 국가주도 우주산업클러스터 3각 체제에서 핵심기술 연구개발을 주도하고 인재를 양성하는 중심이 되도록 만들겠다”고 강조했습니다.

[20일 대전테크노파크에서 열린 ‘우주산업 핵심부품 개발 및 3D프린팅 기술 경쟁력 강화 업무협약’에서 포부를 밝히는 이장우 대전시장]

자세한 내용은 대전시 특화산업과(042-270-0381)로 문의하세요.

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[우주산업 핵심부품 개발 및 3D프린팅 기술 경쟁력 강화 업무협약 영상으로 보기]