공간 내 자원 활용: 지식 격차, 미해결 질문, 우선순위

npj 미세중력 9권, 기사 번호: 22(2023) 이 기사 인용

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해당 분야의 참신함과 상대적인 미성숙으로 인해 공간 자원 활용에 대한 공개 과학 질문이 많이 있습니다. 우주에서 사용 가능한 자원을 생산하기 위해 많은 잠재적인 기술이 제안되었지만, 높은 신뢰도, 대규모 설계는 지역 환경 조건, 지질학, 광물학 및 표토 특성에 대한 지식의 격차뿐만 아니라 고유한 특정 과학 질문으로 인해 제한됩니다. 각 프로세스. 또한 엔지니어링 제약 조건(예: 에너지, 처리량, 효율성 등)을 설계에 통합해야 합니다. 이 작업의 목적은 우주 자원 활용 분야의 최근 활동을 간략하게 요약하고, 주요 지식 격차를 식별하고, 열린 과학 질문을 제시하는 것입니다. 마지막으로, 우주 자원 활용을 가능하게 하는 미래 탐사 우선순위가 강조됩니다.

우주 자원의 활용은 미래의 장기 및 심우주 탐사에 매우 중요합니다. 우주 탐사는 지속 가능성에 대한 과제를 제시합니다. 일회용 발사대, 재충전할 수 없는 위성, 모든 하드웨어와 소모품을 지구에서 공급해야 하는 필요성 등으로 인해 우주 프로그램에 상당한 자원 사용과 비용이 추가됩니다. 다행스럽게도 상당한 진전이 이루어지고 있습니다. SpaceX는 Blue Origin이 재사용 가능한 발사 시스템의 가치를 입증하고 있습니다1. 궤도상 급유는 Orbit Fab 및 Orbital Express와 같은 스타트업뿐만 아니라 Airbus 및 Busek2와 같은 기존 기업에 의해 개발되고 있습니다.

인간의 생명을 유지하는 데 중요한 추진제, 거주지 및 물질(예: 물, 산소)을 제공하기 위해 우주 자원을 사용하면 우주 탐험의 잠재력이 최대한 발휘되어 인간이 더 멀리 여행하고 우주에서 더 오랫동안 보낼 수 있게 됩니다3,4,5. 이는 우주 탐사의 경제학을 변화시킬 것입니다.

ISRU(현장 자원 활용) 또는 보다 일반적으로 SRU(공간 자원 활용)로 알려진 공간 자원의 사용은 새로운 개념이 아닙니다. SRU의 자세한 역사는 Meurisse와 Carpenter6에서 제공됩니다. 간단히 말해서, 우주 자원의 활용은 현대 로켓 접근 방식의 창시자로 널리 알려진 Konstantin Tsiolkovsky가 19037년에 처음으로 제안했습니다. Lunar SRU는 1950년대 Clarke9에 의해 제안되었습니다. 1960년대 아폴로 시대에 SRU는 발사 질량과 지상 의존도를 줄이기 위한 실용적인 수단으로 Carr10에 의해 제안되었습니다. 이후 50년 동안 이 개념은 성숙해졌습니다. 후보 기술을 설계하고 테스트하기 위해 많은 지상 연구가 수행되었습니다(예: 참조 11,12,13,14,15,16,17).

2022년 현재 SRU는 ESA와 NASA의 우주 탐사 로드맵에서 핵심적인 역할을 하는 이러한 기술에도 불구하고 우주에서 단 한 번만 시연되었습니다12,18. NASA의 Perseverance Rover에 탑재된 MOXIE(Mars OXygen ISRU Experiment) 페이로드는 2021년에 고체 산화물 전기분해를 통해 화성의 CO2가 풍부한 대기에서 산소를 생산했습니다19. 달 SRU 시범 임무는 개발 중이며(예: 참조 20,21), 새로운 SRU 법적 및 경제적 프레임워크를 테스트하기 위한 예비 임무는 2023년 내내 예정되어 있습니다. 달22,23.

오늘날 우주 자원에 접근하고 사용하는 것은 많은 우주 기관18,24,25,26,27, 정부28,29,30,31, 정부 간 조직32,33 및 민간 산업34,35,36의 초점입니다. 최근에는 다음과 같은 다양한 응용 분야에서 SRU에 대한 관심이 다시 높아졌습니다.

달과 화성에서 산소와 금속을 생산합니다(예: 참조 19,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46).

달 극에서 물 추출(예: 참조 47,48,49,50,51)

지구 근처 물체에서 물, 휘발성 물질 및 금속 추출(예: 참조 52,53,54,55,56,57,58)

적층 가공을 포함한 서식지 및 대피소 건설(예: 참조 59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70) 그리고,