달에서 뉴매틱 시스템을 활용한 자원 채취 및 입도별 자원 분리에 관한 연구

Abstract

오늘날 산업혁명 이후 급격하게 증가하는 인구 및 전 세계에 걸친 개발은 새로운 공간으로의 도전을 촉발하였다. 특히 1960년대 미국의 유인 달 탐사 이후 달 및 화성 등 우주공간의 행성은 다음세대 인류의 기술발전을 위한 대상이며, 새로운 삶의 터전으로 주목받고 있으며 다양한 연구를 진행하고 있다. 행성 탐사 및 개발 분야에서 주목받고 있는 연구 중 하나는 NASA가 주축이 된 ISRU(In-Situ Resource Utilization)프로젝트 이다. 막대한 비용이 소요되는 지구상에서 수송되는 자원을 대체하여, 행성의 자원을 탐사하고 채취하여 활용하는 ISRU 프로젝트는 지구상에서 가장 가까운 행성인 달 환경을 기반으로 연구를 진행하고 있으며, 향후 다양한 행성에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 달 자원의 활용을 위해서 가장 기본적으로 필요한 기술은 달 자원의 채취 및 운송이다. 기존 지구에서는 굴삭기 등을 활용한 자원 채취 및 트럭을 활용한 운송을 수행하였으나, 지구와 전혀 다른 환경인 우주 공간에서 기존의 기술을 그대로 적용할 수 없다. 지구에 비해 낮은 중력 및 옅은 대기환경은 기존 지구상에서 활용되던 굴착기술을 적용하기 어려우며, 작업간 발생되는 먼지는 각종 기계장비의 오작동을 발생시키며, 인체에도 유해함을 지난 달 탐사 미션을 통해 확인되었다. 본 연구에서는 향후 달 탐사 및 개발을 위해서 요구되는 달 자원 재취 및 운송에 관한 기술을 제시하고 달에서 사용가능성 및 적합성에 관해 논하고자 한다. 특히 기존 지구상에서 사용되던 기술의 한계를 극복할 수 있는 기체를 이용한 운송 및 채취 기술에 관해 이론적인 가능성을 알아보고 실험을 통해 실현 가능성을 미리 알아보았다. 또한 사이클론을 통한 입도 분리를 통해 향후 달 탐사 시 20㎛의 자원 분리 가능성을 확인하였다.|Nowadays, the population increased dramatically since the industrial revolution and it had sparked challenges to explore novel territories. Especially, Since the 1960s, the U.S. manned moon exploration, the next generation target for the development of human technology, and attract attention of new life in the Moon and Mars. Therefore, various studies have been conducted. One of the remarkable projects in space exploration is In-Situ Resource Utilization (ISRU). Concept of the ISRU is using the on-site materials instead of transported from the Earth. For example, oxygen or hydrogen are extracted from planet surface regolith, and building the structures by using the surface materials. It will be stimulated the space exploration in near future. ISRU requires several technologies, and one of the important technologies is excavation and transportation of materials. Due to the environmental differences between Earth and extra-terrestrial, such as gravity, atmosphere, and temperature, it is hard to adopt existing technology into the extra-terrestrial environment. Especially, the Moon has low gravity, thin atmosphere, and extreme variation of temperatures. Therefore, it is hard to obtain reaction force, and heat exchange is considered. Furthermore, dust on the Moon is critical criteria of lunar activities. Lunar dust is toxicity both astronauts and machines, so it should be considered to prevent occurring lunar dust. Consequently, novel concept of lunar material collection and transportation is required. In this study, concept technology for excavation and transportation is suggested and feasible of the concept is considered. Particularly, theoretical possibility of pneumatic system is studied. Moreover, feasible test by using cyclone, particle size separation is studied and capability of obtain under 20㎛ size particle which is valuable resource for lunar exploration is checked.; Nowadays, the population increased dramatically since the industrial revolution and it had sparked challenges to explore novel territories. Especially, Since the 1960s, the U.S. manned moon exploration, the next generation target for the development of human technology, and attract attention of new life in the Moon and Mars. Therefore, various studies have been conducted. One of the remarkable projects in space exploration is In-Situ Resource Utilization (ISRU). Concept of the ISRU is using the on-site materials instead of transported from the Earth. For example, oxygen or hydrogen are extracted from planet surface regolith, and building the structures by using the surface materials. It will be stimulated the space exploration in near future. ISRU requires several technologies, and one of the important technologies is excavation and transportation of materials. Due to the environmental differences between Earth and extra-terrestrial, such as gravity, atmosphere, and temperature, it is hard to adopt existing technology into the extra-terrestrial environment. Especially, the Moon has low gravity, thin atmosphere, and extreme variation of temperatures. Therefore, it is hard to obtain reaction force, and heat exchange is considered. Furthermore, dust on the Moon is critical criteria of lunar activities. Lunar dust is toxicity both astronauts and machines, so it should be considered to prevent occurring lunar dust. Consequently, novel concept of lunar material collection and transportation is required. In this study, concept technology for excavation and transportation is suggested and feasible of the concept is considered. Particularly, theoretical possibility of pneumatic system is studied. Moreover, feasible test by using cyclone, particle size separation is studied and capability of obtain under 20㎛ size particle which is valuable resource for lunar exploration is checked.