NASA의 CaRD, 달 표토에서 산소 추출 성공

태양 화학: NASA, 집광 태양광을 이용해 달 표토에서 산소를 추출하는 방법 시연

NASA 연구진은 **집광 태양 에너지**의 힘을 이용해 모의 달 토양에서 산소를 추출하는 혁신적인 방법을 성공적으로 시연했습니다. **탄소열 환원 실증(Carbothermal Reduction Demonstration, CaRD)** 프로젝트를 통해 달성된 이 이정표는 태양광 구동 화학 반응을 활용해 표토를 분해함으로써 달에서의 장기적인 인간 거주를 위한 지속 가능한 길을 제시합니다. 현지에서 생명 유지 소모품과 추진제를 생산함으로써, 이 기술은 지구로부터 무거운 물자를 운송해야 하는 물류 부담을 크게 줄여줍니다.

현지 자원 활용(In-Situ Resource Utilization, ISRU) 기술 개발은 달 남극에 영구 기지를 건설하려는 **아르테미스 프로그램(Artemis Program)**의 초석입니다. 수개월 또는 수년간 인간 승무원을 유지하기 위해 우주 기관들은 지구에 대한 전적인 의존에서 벗어나야 합니다. **달 표토(lunar regolith)**의 광물 산화물 내에 화학적으로 결합되어 있는 산소를 달 표면에서 직접 추출하는 것은 호흡용 공기와 로켓 엔진용 액체 산소를 공급하는 가장 효율적인 방법으로 간주됩니다.

NASA의 탄소열 환원 실증(CaRD) 프로젝트란 무엇인가요?

NASA의 탄소열 환원 실증(CaRD)은 태양광 구동 화학 반응을 통해 모의 달 표토에서 산소를 추출하기 위해 **집광 태양 에너지**를 사용하는 기술 시범 사업입니다. **2026년 2월 13일**, 연구팀은 통합 프로토타입 테스트를 완료하여 산소를 성공적으로 생산하고 **일산화탄소** 생성을 확인했습니다. 이 프로젝트는 민간 산업체와 여러 NASA 센터의 하드웨어를 통합하여 달 제조 역량을 검증합니다.

CaRD 프로젝트는 항공우주 공학과 행성 과학 분야의 대규모 협업을 상징합니다. 통합 프로토타입에는 **Sierra Space**가 개발한 **탄소열 산소 생산 반응기**가 사용되었으며, 이는 클리블랜드에 위치한 **NASA 글렌 연구 센터(Glenn Research Center)**가 설계한 정교한 태양광 집광 장치와 결합되었습니다. 태양 에너지를 높은 정밀도로 집중시키기 위해 연구팀은 **Composite Mirror Applications**의 특수 거울을 사용했습니다. 전체 시스템은 **NASA 케네디 우주 센터(Kennedy Space Center)**에서 개발한 항공 전자 장치, 소프트웨어 및 가스 분석 시스템에 의해 제어되었며, **NASA 존슨 우주 센터(Johnson Space Center)**는 전반적인 프로젝트 관리와 시스템 엔지니어링을 담당했습니다.

달 탐사에서 표토로부터 산소를 추출하는 것이 왜 중요한가요?

달 표토에서 산소를 추출하는 것은 우주비행사에게 **호흡용 공기**를, 현지에서 **로켓 추진제**를 제공하여 우주 임무의 비용과 복잡성을 획기적으로 낮출 수 있기 때문에 필수적입니다. NASA는 현지 자원을 활용함으로써 지구에서 발사할 때 필요한 질량을 최소화할 수 있습니다. 이러한 역량은 달을 짧은 방문지에서 **심우주 탐사**를 위한 장기적인 거점으로 변화시키는 핵심 요소입니다.

이러한 "현지 자급자족" 방식의 물류적 이점은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 현재 지구 중력을 벗어나 달로 보내는 매 킬로그램의 산소나 연료에는 엄청난 양의 에너지와 비용이 소요됩니다. **달 표면**에서 산소를 채취함으로써 임무 기획자들은 더 많은 탑재 용량을 과학 장비와 거주 모듈에 할당할 수 있습니다. 또한, 달에서 우주선에 연료를 보급할 수 있게 되면 달 표면은 화성과 같이 태양계 더 먼 곳으로 향하는 임무를 위한 "주유소"가 될 수 있습니다.

CaRD 공정에서 일산화탄소는 어떤 역할을 하나요?

CaRD 공정에서 일산화탄소는 가열된 **달 표토** 내 금속 산화물의 환원이 성공적으로 이루어졌음을 확인해주는 중요한 화학 중간체 역할을 합니다. 태양광 구동 반응 중에 일산화탄소가 생성된다는 것은 **탄소열 반응기**가 화학 결합을 효과적으로 끊어 산소를 방출하고 있음을 입증합니다. 이러한 동일한 화학 전환 시스템은 미래의 화성 임무를 위해 이산화탄소를 **산소와 메탄**으로 바꾸는 데에도 응용될 수 있습니다.

이러한 화학적 다재다능함은 CaRD 기술을 태양계 탐사를 위한 이중 용도 혁신 기술로 만듭니다. 현재는 달에 초점을 맞추고 있지만, 탄소 기반 가스를 관리하는 데 포함된 **태양 화학**은 화성 대기에도 직접 적용 가능합니다. 이산화탄소가 풍부한 화성에서 유사한 반응기는 생명 유지에 필요한 산소와 귀환 여행을 위한 메탄 추진제를 제공할 수 있습니다. **통합 프로토타입 테스트**를 통해 이러한 하류 가스 분석 시스템이 우주 운영에 필요한 가혹한 진공 유사 조건을 견딜 수 있을 만큼 견고하다는 것이 확인되었습니다.

아르테미스 프로그램과 그 이후에 미치는 영향

CaRD 프로토타입의 성공적인 테스트는 이론적 연구에서 실제적인 **우주 제조**로의 전환을 의미합니다. 집광된 태양광이 **탄소열 환원**에 필요한 강렬한 열을 제공할 수 있음을 입증함으로써, 연구진은 열 처리를 위해 원자력이나 거대한 배터리 어레이에 의존할 필요가 없음을 증명했습니다. 이러한 **태양 에너지**에 대한 의존은 시스템을 더욱 지속 가능하게 만들고, 영원한 빛의 정상이 있어 태양에 거의 지속적으로 접근할 수 있는 달 남극에 배치하기 용이하게 합니다.

• 자원 지속 가능성: 100% 현지 표토와 재생 가능한 태양 에너지를 활용합니다.
• 확장성: 반응기 설계는 더 큰 규모의 달 식민지를 지원할 수 있도록 확장 가능합니다.
• 행성 간 유용성: 핵심 기술은 **화성 현지 자원 활용**에 맞게 조정 가능합니다.
• 비용 절감: 심우주에서 산소의 "리터당 가격"을 크게 낮춥니다.

달 태양 화학의 향후 방향

앞으로 CaRD 팀은 달 환경의 극심한 온도 변화를 견딜 수 있도록 **태양광 집광 장치**와 반응기 통합을 개선할 계획입니다. 프로젝트의 향후 단계에서는 **달의 대기**와 열 조건을 더 가깝게 모사하는 진공 챔버에서 하드웨어를 테스트할 가능성이 높습니다. 과학자들은 또한 고지대 물질부터 현무암질 바다 토양에 이르기까지 다양한 유형의 표토가 산소 추출 공정의 효율성에 어떤 영향을 미치는지 조사하고 있습니다.

NASA의 장기적인 비전은 달 표면에 위치한 완전 자동화된 산소 생산 공장을 포함합니다. 이러한 시설은 자율적으로 운영되어 인간 승무원이 도착하기 전에 극저온 탱크에 산소를 비축할 것입니다. **아르테미스** 임무가 진행됨에 따라, **태양 화학**과 로봇 광산의 통합은 자립 가능한 달 경제의 기초가 되어 인류 탐사의 다음 거대한 도약을 위한 길을 닦을 것입니다.

환경 참고 사항: NASA가 달 화학에 집중하고 있는 동안, 지구의 관측자들은 오늘 활발한 대기 활동을 목격할 수 있습니다. 2026년 2월 13일의 최근 데이터에 따르면, Kp 지수가 5인 **보통(G1)** 수준의 오로라가 알래스카 페어뱅크스와 아이슬란드 레이캬비크를 포함한 북부 지역에서 관찰됩니다.