달 기지 건설 위해 용암 동굴 탐사에 나선 로봇들

용암 동굴로 내려가는 로봇 — 미래 달 기지를 위한 시험

2026년 2월 2일, 한 유럽 연구 컨소시엄은 자율 주행 기계 팀이 어둡고 가파른 용암 동굴 입구를 정찰하고 지도를 작성할 수 있다는 결과를 발표했다. 이는 '용암 동굴로 내려가는 로봇'이라는 간단한 문구로 요약되는 능력이다. 화산섬인 Lanzarote(란사로테)에서 실시된 현장 시험에서 과학자들은 세 대의 로봇으로 구성된 협력 시스템을 시연했다. 이 시스템은 천창(skylight) 지도를 작성하고, 센서 패키지를 투하하며, 로프를 이용해 정찰 로버를 동굴 입구로 내려보낸 뒤 내부의 정밀한 3D 모델을 생성한다. 2025년 Science 로보틱스 논문에 기술되었으며 University of Malaga(말라가 대학교)의 우주 로보틱스 연구소와 독일 인공지능 연구소(DFKI) 등의 파트너가 주도한 이 실험은 달과 화성의 용암 동굴을 미래의 안전한 거주지를 위한 현실적인 목표로 설정하고 있다.

용암 동굴로 내려가는 로봇: 임무 구조 및 단계

이 개념은 개요는 의도적으로 로우테크(low-tech)를 지향하되 실행은 하이테크(high-tech)를 추구한다. 임무는 서로 다른 종류의 로봇들을 연결하는 네 가지 자율 단계로 전개된다. 첫째, 지표면 차량들이 협력하여 천창이나 동굴 입구 주변 지형의 측량 지도를 작성하고 안전한 고정 지점(anchor point)을 식별한다. 둘째, 온도, 먼지, 지진 소음 및 조도를 기록하기 위해 센서가 장착된 소형 큐브 페이로드를 입구로 투하한다. 이는 무거운 차량을 투입하기 전에 직접적인 환경 데이터를 얻는 가벼운 방법이다. 셋째, 정찰 로버가 테더(tether)나 하강 장치에 매달려 수직 통로 내부로 내려가고, 마지막으로 팀이 확장된 내부 탐사를 수행하여 통로의 센티미터 단위 3D 재구축 모델을 생성한다.

각 단계는 서로 다른 위험 요소를 해결한다. 지표 정찰은 주 착륙선의 위험을 최소화하고, 센서 큐브는 바퀴 달린 차량을 치명적인 환경으로 보낼 가능성을 줄인다. 하강 정찰 로버는 수직 절벽과 좁은 입구를 통과하며, 협동 다중 로봇 매핑은 단일 로버보다 더 넓은 범위를 커버한다. 이 방식은 SLAM(동시적 위치 추정 및 지도 작성), 협력적 경로 계획 및 결함 허용(fault-tolerant) 행동과 같은 현대적 자율 주행 기술에 의존하므로, 통신이 지연되거나 끊겼을 때 지구의 지속적인 감독 없이도 시스템이 작동할 수 있다.

용암 동굴로 내려가는 로봇: Lanzarote 현장 테스트

연구팀은 달에서 엔지니어들이 마주할 것으로 예상되는 특징들(부서지기 쉬운 현무암, 날카로운 파편, 천창 입구, 가파른 절벽)을 갖춘 Lanzarote 섬의 용암 동굴에서 일련의 행동들을 검증했다. 2023년의 현장 캠페인과 이후의 실험실 연구는 전체 구조가 처음부터 끝까지 작동함을 보여주었다. 로봇들은 입구 가장자리의 지도를 작성하고, 고정 장치를 설치하고, 센서 큐브를 배치했으며, 정찰 로버를 천창 아래로 내려보냈다. 이 시험은 저조도 및 고농도 먼지 환경에서 신뢰할 수 있는 3D 매핑을 시연했으며, 테더 관리, 고정 장치 배치, 센서 데이터가 일치하지 않을 때의 자율적 의사결정 등의 실무적 측면을 강조했다.

작년에 발표된 결과에 따르면 지상과 지하 노드 간의 통신, 내부 임무를 위한 장기 전력 공급, 연마성이 강한 달 먼지 환경에서의 기계적 하강 하드웨어의 내구성 향상 등 여전히 개선이 필요한 부분이 보고되었다. 이는 해결 가능한 엔지니어링 문제들이지만, 현장 테스트는 실험실의 계획을 달이나 화성 로봇 탐사 임무에 적용할 수 있는 현실적인 시퀀스로 바꾸는 본연의 목적을 달성했다.

천연 보호소 및 자원 목표로서의 용암 동굴

용암 동굴은 우주비행사와 적대적인 우주 환경 사이에 존재하는 두꺼운 천연 장벽을 제공하기 때문에 지질학적 호기심의 대상에서 전략적 우선순위로 격상되었다. 대기가 없고 자기장 차폐가 부분적으로만 이루어지는 달에서 지표면의 승무원들은 태양과 은하 우주선(cosmic rays)의 만성적인 방사선, 그리고 미세 운석의 끊임없는 낙하에 직면한다. 용암 동굴(과거 현무암 흐름에 의해 형성되고 덮인 터널)은 수 미터에서 수십 미터 두께의 암석 차폐막을 제공하여 방사선 노출을 획기적으로 줄이고 지구에서 무거운 차폐 물질을 운반할 필요성을 없애준다.

브리태니커(Britannica) 스타일의 지질학적 배경은 왜 이런 터널이 존재하는지 설명하는 데 도움이 된다. 거대한 바다 현무암(mare basalts)은 점도가 낮은 용암으로 분출되어 먼 거리를 흐르며 천장이 덮인 채널을 형성할 수 있었다. 달의 바다(maria)를 형성한 것과 동일한 흐름이 현재 엔지니어들이 활용하고자 하는 긴 지하 공동을 만든 공정이다. 내부 온도는 햇빛에 달궈진 지표면보다 안정적이며, 레골리스(regolith) 층은 미세 운석 충돌과 장비 및 우주복을 손상시키는 열 사이클의 위험을 줄여준다.

보호소 외에도 용암 동굴은 자원 측면에서 유망하다. 영구 음영 지역이나 깊은 곳에 얼음을 포함한 휘발성 물질을 수집하고 보존할 수 있으며, 내부 바닥은 거주지를 건설하거나 장비를 설치하기에 적합한 견고한 재료를 제공할 수 있다. 화성의 경우, 용암 동굴은 희박한 대기, 빈번한 먼지 폭풍, 지표면의 높은 방사선 수치로부터 보호를 약속한다.

기술적 장애물과 핵심 기술

로봇이 용암 동굴로 내려가 내부에서 안정적으로 작동하게 하는 데에는 여러 가지 어려운 엔지니어링 과제가 따른다. 천창은 종종 수직이고 좁으며 바위가 흩어져 있다. 동굴 내부에는 GPS가 없으며, 통신은 간헐적이거나 암석에 의해 차단된다. 먼지는 연마성이 있고 정전기로 인해 달라붙으며, 온도 변화는 견고한 전자 장치를 요구한다. 현장 시험은 이러한 모든 한계를 드러냈으며, 현재 행성 탐사용으로 성숙 단계에 있는 핵심 기술들의 선택 지침이 되었다.

주요 핵심 시스템으로는 라이다(lidar), 스테레오 비전 및 관성 데이터를 융합하는 고성능 SLAM, 초동 탐사용 경량 방사선 내성 센서 큐브, 광섬유 데이터 링크와 기계적 강도를 결합한 테더 전력 및 통신 시스템, 자동 고정 장치 검사 및 예비 윈치를 갖춘 하강 메커니즘 등이 있다. 지상 로버가 센서 큐브의 판독값을 기반으로 보수적인 진행 여부(go/no-go)를 결정하게 하는 협동 소프트웨어는 많은 실패 모드를 방지할 수 있다. 또한 방사선 내성 프로세서와 먼지에 강한 액추에이터는 임무 수명을 연장하며, 모듈형 하드웨어는 손상된 장치를 우회하거나 다른 로봇 동료로 교체할 수 있게 한다.

용암 동굴이 생명 유지, 전력 및 장기 운영을 지원하는 방법

지도를 작성하고 특성을 파악하여 신중하게 선택한다면, 용암 동굴은 인간이 상주하는 거주지나 물류 허브가 될 수 있다. 지하 공동은 거주지 벽면을 위한 발사 질량 요구 사항을 줄여주는 차폐막을 제공하며, 열적 안정성은 열 제어 시스템의 부담을 덜어준다. 전력은 지표면의 태양광 어레이에서 천창을 통해 동굴 내부로 연결된 케이블을 통해 공급받거나, 안정적인 위치에 설치된 소형 원자로 또는 방사성 동위원소 발전기를 통해 공급될 수 있다. 두 방식 모두 아르테미스(Artemis) 및 기타 달 탐사 계획의 맥락에서 연구 중이다. 로봇 정찰병이 발견한 물이나 결합된 휘발성 물질은 폐쇄 루프 생명 유지 시스템에 공급되거나 추진제를 위한 수소와 산소를 제공하거나, 호흡용 산소와 로켓 연료를 얻기 위해 전기 분해될 수 있다.

운영 측면에서 지도가 작성된 동굴은 전초 기지가 횡방향으로 확장될 수 있게 하여 최소한의 추가 차폐만으로 작업장, 온실 및 저장 공간을 수용할 수 있게 한다. 로봇은 이 첫 번째 단계에서 필수적이다. 로봇은 승무원이 도착하기 전에 동굴 구역을 정찰하고 샘플을 채취하며 인증할 수 있고, 고정 장치, 허브 및 전력 노드와 같은 인프라를 설치하며, 심지어 보급품을 미리 배치할 수도 있다. 요컨대, 로봇 선행 탐사는 위험을 줄이고 지표면 전용 접근 방식보다 훨씬 더 야심 찬 자연 보호 공간의 인간 활용을 가능하게 한다.

2025년 Science 로보틱스 논문과 말라가 대학교 주도의 란사로테 실험은 행성 용암 동굴이 더 이상 막연한 거주지 아이디어가 아니라 단기 로봇 공학의 가시적인 목표임을 분명히 한다. 다음 단계는 시스템을 달의 진공과 방사선 환경에 견디도록 강화하고, 테더 및 고정 하드웨어의 비행 자격을 검증하며, 지도 작성 결과와 궤도 정찰 데이터를 통합하여 최적의 목표를 선정하는 것이다. 이러한 단계가 일정대로 진행된다면, 천창에 대한 협동 로봇 정찰은 다음 10년의 달 탐사에서 일상적인 부분이 될 것이며, 이는 안전한 인간 기지를 위한 실질적인 선행 단계가 될 것이다.

출처

• Science Robotics (연구 논문: "Cooperative robotic exploration of a planetary skylight surface and lava cave")
• University of Malaga — Space Robotics Laboratory (현장 캠페인 자료 및 보도 자료)
• German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) — 로보틱스 컨소시엄 기여