우주 수자원 채취 및 정수 시스템 기술

우주 수자원 확보의 중요성

우주 장기 체류와 심우주 탐사의 성공을 위해서는 지구로부터 식수를 운반하는 방식의 한계를 극복해야 합니다. 달과 화성, 소행성 등 천체에 매장된 얼음이나 토양 내 수분을 활용하는 우주 수자원 채취(ISRU, In‑Situ Resource Utilization)는 자급자족형 우주 기지 구축의 핵심 요소입니다. 안정적인 물 공급은 우주비행사들의 생활용수뿐 아니라, 산소 제조, 농업용수, 실험용 시약으로도 활용되어 우주 임무의 독립성과 지속 가능성을 높입니다.

수자원 채취 기술

수자원 채취는 주로 다음 세 가지 방식으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 열용출법은 달 토양(Regolith)이나 화성 토양을 가열하여 수분을 기체로 추출하는 기술로, NASA의 로버 실험에서 성과를 보이고 있습니다. 둘째, 기계식 분리법은 토양과 얼음층을 물리적으로 절단·파쇄해 수분을 분리하는 방식으로, 현장 작업이 쉽고 구조가 간단하다는 장점이 있습니다. 셋째, 화학 흡착법은 실리카 겔이나 제올라이트 같은 흡착제를 이용해 공기 중 수분을 흡착·방출하는 방법으로, 달 기지의 폐기물 처리 시스템과 결합해 효율적인 물 회수가 가능합니다.

정수 및 물 재활용 시스템

채취된 물은 ECLSS(환경 제어 및 생명 유지 시스템)에 도입되어 정수 시스템을 거칩니다. 주요 정수 기술로는 활성탄 필터, 역삼투(RO), 이온 교환 수지, 자외선(UV) 살균이 있으며, 미세 중력 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계됩니다. 생활용수 회수 시스템은 배설물과 습기, 호흡 응축수를 포함한 우주선 내부 폐수를 재활용해 순환시키는 것이 핵심이며, ISS에서는 약 90% 이상의 물 회수율을 달성했습니다. 이 과정을 통해 최소의 보급으로 최대의 수자원을 확보할 수 있습니다.

미세 중력 환경에서의 적용 사례

국제우주정거장(ISS) 내 ECLSS 모듈은 실제로 증류·응축 시스템과 CO₂-수분 환원 시스템을 결합해 호흡 응축수와 소변을 정제합니다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 실험에서는 전기분해 기반 물 분해·재조합 기술로 순수한 물을 생산해, 화학적 잔류물 없이 깨끗한 물 공급이 가능함을 확인했습니다. 이처럼 미세 중력에서도 작동하도록 최적화된 정수 시스템은 미래 달·화성 기지에 그대로 적용될 예정입니다.

미래 전망 및 도전 과제

앞으로 우주 수자원 채취·정수 기술은 경량화, 에너지 효율성, 자율 운영 능력을 더욱 개선해야 합니다. 신소재 열교환기, AI 기반 모니터링·자율 제어, 3D 프린팅 모듈형 설계가 핵심 혁신 요소로 떠오르고 있습니다. 또한, 소행성 탐사에서의 물 자원 확보, 달의 극지방 얼음 매장지 직접 활용, 화성 토양 내 수분 구조 분석 등 다양한 미션 시나리오가 계획 중입니다. 이 과정에서 국제 협력과 표준화, 장기 우주 환경 내 신뢰성 검증이 필수적이며, 이를 통해 인류는 우주에서의 지속 가능한 삶을 한층 앞당길 수 있을 것입니다.