국제 우주 정거장에 대한 최신 재보급 임무에 대한 과학적 조사에는 금속 3D 프린팅, 반도체 제조, 열 재진입 보호, 로봇 수술 및 연골 조직 재생의 발전이 포함됩니다.이러한 연구의 목표는 우주 임무의 지속 가능성을 향상시키고 지구상의 기술 및 의료에 큰 영향을 미치는 것입니다. Northrop Grumman의 20차 상업용 재공급 서비스 임무에서 NASA와 국제 파트너는 국제 우주 정거장에서 시작된 과학 조사의 일환으로 지구 대기권 재진입을 위한 3D 금속 프린터, 반도체 제조 및 열 보호 시스템을 테스트할 예정입니다.
회사의 Cygnus 화물 우주선은 1월 말 SpaceX Falcon 9 로켓을 통해 플로리다의 Cape Canaveral 우주 정거장에서 발사될 예정입니다.
우주에서의 3D 프린팅
유럽우주국(ESA)의 연구 결과인 '메탈 3D 프린터(Metal 3D Printer)'는 미세중력 환경에서 소형 금속 부품의 적층 가공 또는 3D 프린팅 기술을 테스트한다.
ESA의 Rob Postema는 "이번 조사를 통해 이 유형의 프린터가 우주에서 어떻게 작동하는지 처음으로 살펴볼 수 있습니다. 3D 프린터는 다양한 모양을 인쇄할 수 있으며 먼저 우주에서의 인쇄가 지구에서의 인쇄와 어떻게 다른지 이해하고 두 번째로 이 기술로 어떤 유형의 형태를 인쇄할 수 있는지 확인하기 위해 일부 표본을 인쇄할 계획입니다. 또한 이 활동은 승무원이 우주에서 금속 부품을 안전하고 효율적으로 인쇄할 수 있는 방법을 보여주는 데 도움이 될 것입니다."
이번 연구 결과는 우주에서 금속 3D 프린팅의 기능, 성능 및 작동은 물론 인쇄된 부품의 품질, 강도 및 특성에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 재보급은 미래의 장기 유인 임무에 대한 도전입니다. 미래의 장기 우주 비행과 달이나 화성에서 승무원은 3D 프린팅을 사용하여 장비 유지 관리 부품을 제작함으로써 예비 부품을 운반할 필요성을 줄이고 필요할 수 있는 모든 도구나 품목을 예상하여 발사 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.
금속 3D 프린팅의 발전은 자동차, 항공우주 및 해양 산업을 위한 엔진 제작, 자연 재해 후 대피소 건설 등 지구상의 잠재적 응용 분야에도 도움이 될 수 있습니다.
Airbus Defense and Space SAS가 이끄는 팀이 ESA와의 계약에 따라 조사를 수행했습니다.
미세중력 환경에서의 반도체 제조
반도체 및 박막 통합 코팅 제조(MSTIC)에서는 미세 중력이 다양한 응용 분야에서 박막에 어떤 영향을 미치는지 연구합니다.
이 기술을 개발한 RedwireSpace의 Alex Hayes는 "우수한 표면 구조와 에너지 수확부터 고급 센서 기술까지 광범위한 응용 분야를 갖춘 필름을 생산할 수 있는 잠재력은 특히 획기적입니다. 이는 우주 제조 분야의 큰 도약을 의미하며 우주 탐험과 지상 응용 분야 모두에 광범위한 영향을 미치는 기술 발전의 새로운 시대를 예고할 수 있습니다."라고 말했습니다.
이 기술을 사용하면 현재 다양한 반도체를 만드는 데 사용되는 많은 기계와 프로세스를 자율적 제조로 대체할 수 있어 보다 효율적이고 성능이 뛰어난 전기 장치를 개발할 수 있습니다.
미세 중력에서 반도체 장치를 제조하면 품질을 향상시키고 필요한 재료, 장비 및 노동력을 줄일 수 있습니다. 미래의 장기 임무에서 이 기술은 우주에서 부품과 장비를 생산할 수 있는 능력을 제공하여 지구에서의 재보급 임무의 필요성을 줄일 수 있습니다. 이 기술은 에너지를 수확하고 지구에 전기를 공급하는 장치에도 응용될 수 있습니다.
Hayes는 "초기 파일럿 프로그램은 지구와 우주에서 제작된 필름을 비교하는 것이지만 궁극적인 목표는 반도체 분야의 다양한 생산 영역으로 확장하는 것"이라고 말했습니다.
재진입 시뮬레이션
우주정거장에서 연구를 수행하는 과학자들은 추가 분석과 연구를 위해 실험을 지구로 보내는 경우가 많습니다. 그러나 극심한 열을 포함하여 우주선이 재진입하는 동안 경험하는 조건은 우주선의 내용물에 예상치 못한 영향을 미칠 수 있습니다. 우주선과 그 내용물을 보호하는 데 사용되는 열 보호 시스템은 실제 비행에서 종종 검증이 부족한 수치 모델을 기반으로 하며, 이로 인해 필요한 시스템 크기가 크게 과대평가되고 귀중한 공간과 질량을 차지할 수 있습니다. 열 보호 시스템 기술 향상 노력의 일환으로 진행되는 켄터키 재진입 탐사선 실험-2(KREPE-2)는 다양한 단열재와 다양한 센서를 장착한 3개의 캡슐을 사용해 실제 재진입 조건에 대한 데이터를 얻습니다.
KREPE-1의 성공을 바탕으로 우리는 더 많은 측정값을 수집하기 위해 센서를 개선하고 더 많은 데이터를 전송하기 위해 통신 시스템을 개선했다고 켄터키 대학의 수석 연구원인 알렉산더 마틴(Alexander Martin)이 말했습니다. "우리는 이전에 테스트된 적이 없는 NASA에서 제공한 여러 가지 열 차폐 장치를 테스트할 기회를 가졌으며, 켄터키 대학에서 전적으로 제조한 열 차폐 장치도 처음으로 테스트할 기회를 가졌습니다."
캡슐은 산불로부터 사람과 건물을 보호하는 등 지구에서의 응용 분야에 대한 향상된 열 차폐를 지원하는 다른 재진입 실험에도 사용될 수 있습니다.
원격 로봇 수술
로봇 수술 기술 시연에서는 지구에서 원격으로 수술을 수행할 수 있는 소형 로봇의 성능을 테스트했습니다. 연구진은 미세 중력의 영향과 우주와 지상 사이의 시간 지연을 평가하기 위해 미세 중력에서의 수술을 지구에서의 수술과 비교할 계획입니다.
Virtual Incision Corporation의 최고 기술 책임자인 Shane Farritor는 로봇이 두 개의 "손"을 사용하여 시뮬레이션된 수술 조직을 잡고 자르고 장력을 제공하여 절단 위치와 방법을 결정한다고 말했습니다. "
우주 임무가 길어질수록 승무원이 단순 봉합이든 응급 충수 절제술이든 외과적 개입이 필요할 가능성이 높아집니다. 이번 조사 결과는 이러한 수술을 수행하는 로봇 시스템을 개발하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 미국 시골 지역의 외과 의사 수는 2001년부터 2019년까지 거의 3분의 1로 줄었습니다. 로봇의 소형화 및 원격 제어 기능은 언제 어디서나 수술을 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다.
NASA는 15년 동안 마이크로로봇 연구를 후원해 왔습니다. 2006년에는 NASA의 NEEMO(Extreme Environment Mission Operations) 9 임무에서 원격 제어 로봇이 수중에서 수행되었습니다. 2014년에는 미세 수술 로봇이 무중력 포물선 항공기에서 시뮬레이션된 수술 임무를 수행했습니다.
우주에서 연골 조직 성장
구획 연골 조직 구조는 JanusBaseNano-Matrix(JBNm)와 JanusBaseNanopiece(JBNp)라는 두 가지 기술을 보여줍니다. JBNm은 미세 중력 환경에서 연골 형성을 위한 지지체를 제공하고 연골 질환 연구를 위한 모델이 될 수 있는 주사 가능한 물질입니다. JBNp는 연골변성을 유발하는 질병을 예방하고 치료하기 위한 RNA 기반 치료법을 제공합니다.
연골은 스스로 회복하는 능력이 제한되어 있으며 골관절염은 지구상의 노인 환자들에게 장애를 일으키는 주요 원인입니다. 미세중력은 노화 관련 골관절염의 진행과 유사하지만 더 빨리 발생하는 연골 변성을 유발하므로 미세중력에 대한 연구는 효과적인 치료법의 개발을 더 빠르게 이끌 수 있습니다. 이 연구 결과는 연골 재생을 촉진하여 지구상의 관절 부상과 질병을 치료하고 향후 달과 화성에 대한 임무를 수행하는 동안 연골을 건강하게 유지하는 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily