NASA “로켓 엔진 3D 프린터로 출력”…부품 첫 공개

미국항공우주국(이하 NASA)는 3D 프린터에 많은 관심을 가지고 있다. 우주에서 작동이 가능한 3D 프린터를 선보인 것은 물론이고, 더 나아가 로켓 엔진이나 심지어는 우주 기지를 3D 프린터로 만들려는 계획을 세우고 있다. 이 중에서 금속 3D 프린터를 이용한 로켓 엔진은 점차 실용화의 가능성이 보이고 있다.

NASA는 이미 2013년에 새로운 금속 3D 프린터 기술을 이용해서 섭씨 3300도의 고온과 2만 파운드의 추력을 견디는 로켓 엔진을 개발한 바 있다. 이후 나사의 엔지니어들은 실제 로켓에 사용할 수 있는 엔진 부품을 3D 프린터로 만들기 위해서 노력해왔다. 그리고 최근 그 결과물을 공개했다. 마치 절구처럼 생긴 이 부품은 사실 로켓 엔진의 핵심 부품인 로켓 연소실 라이너(combustion chamber liner)다.

위(사진) 부품은 내부에 200개의 가느다란 관을 지닌 구리 합금이다. 로켓 엔진이 안전하게 연소하려면 섭씨 2760도에 달하는 고온을 견디는 부품이 필요하다. 어떤 금속 합금도 이 온도에서 견디기 어려우므로 나사의 엔지니어들은 가느다란 관을 만들고 여기에 영하 173도 정도의 액체 수소를 흘려 보내는 방식을 사용한다. 연료인 액체 수소는 이곳을 거쳐 연소실로 들어간다. 이 방식은 단순하지만, 매우 효과적인 해결책이다.

문제는 내부 구조가 복잡하다 보니 한번 제조하는데 시간과 비용이 많이 소모된다는 것이다. 그런데 3D 프린터라면 훨씬 쉽고 빠르게 이를 제조할 수 있다고 한다. 물론 금속 소재를 3D 프린터로 다룬다는 것은 쉬운 일은 아니다. NASA의 마셜 우주 비행 센터의 소재 및 가공 연구소(Marshall’s Materials and Processing Laboratory)의 엔지니어들은 선택적 레이저 융해(Selective Laser Melting)를 이용한 적층 가공(additive manufacturing) 방식을 이용해서 이 어려운 문제를 극복했다.

GRCo-84라고 명명된 구리 합금의 미세한 가루를 조금씩 쌓아 올린 다음 이를 레이저로 녹여서 가공하는 방식인데, 이 부품을 제조하기 위해서 무려 8255층의 구리 가루를 10일 18시간 동안 가공했다고 한다. 하지만 이는 기존의 방식보다 훨씬 빠른 속도라는 것이 NASA의 설명이다.

이런 방식으로 만든 부품은 기존의 주조 방식에 비해서 아무래도 강도를 비롯한 여러 가지 특성이 다를 수밖에 없다. 따라서 실제 로켓 엔진에 사용하기에 앞서 다양한 테스트가 진행 중이다. 아직 결과는 기다려봐야 알겠지만, 이 프로젝트를 이끌고 있는 NASA의 크리스 프로츠(Chris Protz)는 3D 프린터를 통해 로켓 엔진 제조 시간을 10배나 빠르게 만들고 비용은 50%나 줄일 수 있을 것으로 예상했다.

로켓 엔진은 매우 복잡한 데 비해 생산량은 많지가 않아서 기존의 제조 방식으로는 시간과 비용이 매우 많이 소모되는 일이었다. 하지만 3D 프린터는 복잡한 부품을 한 번에 출력해 로켓 제조에 있어 혁신을 가져올 잠재력을 지니고 있다. 물론 가능성이 현실이 되려면 앞으로 많은 노력이 필요하겠지만, 실용화의 가능성이 높아지는 것으로 보인다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com