우주에서 렌치가 필요하면 어떻게 할까요? 지구에서 택배를 보내면 될까요? 실제로 NASA는 2014년에 지상에서 설계 파일을 전송하고, 국제우주정거장(ISS)에서 그 파일을 받아 그대로 출력했습니다. 저도 비슷한 경험을 한 적이 있습니다. 카메라 마운트가 없어 막막했던 순간, 파일 하나를 수정해 보낸 뒤 몇 시간 만에 실물을 손에 쥐었을 때 "이게 진짜 혁명이구나" 싶었습니다.
즉석 제조, 우주 물류의 고정관념을 깨다
일반적으로 우주 임무에 필요한 부품은 지구에서 미리 준비해 쏘아 올려야 한다고 알려져 있습니다. 실제로 ISS는 매년 약 7,000파운드(3,175kg)에 달하는 예비 부품을 지구에서 공급받고 있습니다(출처: NASA). 저장 중인 것까지 합치면 지상과 궤도를 통틀어 거의 7만 파운드에 가까운 재고가 항상 대기 중입니다. ISS야 지구에서 250마일 거리이니 이 방식이 통하지만, 달이나 화성은 얘기가 완전히 다릅니다.
제가 직접 경험해봤는데, 3D 프린팅의 가장 큰 힘은 "기다리지 않아도 된다"는 점입니다. 온라인 커뮤니티에서 오픈 소스 모델링 파일을 받아 치수를 살짝 수정하고, 지인의 프린터로 전송했습니다. 몇 시간 후 손에 쥔 실물을 봤을 때, 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 가상의 데이터가 물리적 도구로 둔갑하는 그 과정이 이렇게 강렬한 경험일 줄은 몰랐습니다.
NASA의 ISM(In-Space Manufacturing) 프로젝트가 바로 이 원리를 우주에 적용하고 있습니다. ISM이란 우주 공간에서 직접 부품이나 도구를 제조하는 기술 전반을 가리키는 개념으로, 지구 의존도를 낮추고 탐사 임무의 자립성을 높이는 것을 목표로 합니다. 2014년 Made in Space가 개발한 첫 우주 3D 프린터는 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식을 사용했습니다. FFF란 플라스틱 필라멘트를 가열된 노즐로 녹이면서 층층이 쌓아 형태를 만드는 방식으로, 가정용 3D 프린터에서 가장 많이 쓰이는 공정입니다. 이 실험에서 미세중력이 적층 공정에 공학적으로 유의미한 영향을 주지 않는다는 사실이 확인되었습니다.
아폴로 13호 승무원들이 사각형 필터를 둥근 구멍에 억지로 끼워 넣으며 덕트 테이프와 비닐봉지로 버텼던 역사를 떠올리면, 이 기술이 단순한 편의가 아닌 생존의 문제임을 알 수 있습니다.
자원 순환, 필라멘트를 우주에서 만든다는 것의 의미
그런데 제가 경험했던 3D 프린팅의 한계도 분명 있었습니다. 필라멘트가 떨어지면 결국 또 주문해야 한다는 점이었습니다. 지구에서야 이틀이면 배송이 오지만, 화성에서는 원료 부족이 탐사 전체를 중단시킬 수 있습니다. NASA가 ReFabricator 기술에 집중하는 이유가 바로 여기에 있습니다.
ReFabricator란 우주선 내의 폐플라스틱, 사용 완료된 포장재, 이전에 출력했던 부품 등을 다시 3D 프린팅용 필라멘트로 변환하는 재활용 장치입니다. 쉽게 말해 우주에서 쓰레기를 원료로 되살리는 시스템입니다. Tethers Unlimited가 개발한 이 장치는 2019년 2월부터 ISS에서 운용을 시작했습니다. 단순히 쓰레기 처리 문제를 해결하는 것을 넘어, 원료 자체를 현지에서 조달하는 '순환 경제' 구조를 우주에 이식하는 시도입니다.
저는 이 접근 방식에 전폭적으로 동의합니다. 필라멘트라는 또 다른 소모품을 지구에서 계속 실어 날라야 한다면, 결국 물류 의존도를 근본적으로 줄였다고 보기 어렵습니다. 원료조차 현지에서 자급할 수 있을 때 비로소 진정한 자립이 시작되는 것입니다. 이 기술이 완성도를 높이면, 미래에는 화성의 토양인 레골리스(Regolith)를 직접 프린팅 원료로 활용하는 ISRU(In-Situ Resource Utilization) 방식으로도 확장될 가능성이 있습니다. ISRU란 현지 자원을 직접 채취해 탐사에 활용하는 기술로, 레골리스 기반 3D 프린팅은 달이나 화성 기지 건설의 핵심 전략으로 연구되고 있습니다(출처: NASA Ames Research Center).
현재 ISM 프로젝트가 걷고 있는 기술 발전의 단계를 정리하면 다음과 같습니다.
- 1단계: FFF 방식 플라스틱 프린팅 — 미세중력 환경에서도 적층 공정이 정상 작동함을 입증 (2014년~)
- 2단계: ReFabricator 운용 — 폐플라스틱을 필라멘트로 재생성, 원료 보급 의존도 감소 시도 (2019년~)
- 3단계: 고강도 플라스틱 및 금속 프린팅 확장 — 실제 기계 부품 수준의 강도를 확보하는 공정 개발 (진행 중)
- 4단계: ISRU 연계 — 달·화성 현지 자원을 직접 원료로 사용해 기지 구조물까지 출력 (미래 목표)
품질 검증, "믿고 쓸 수 있는가"라는 가장 어려운 질문
솔직히 이건 제가 가장 걱정되는 부분입니다. 제가 직접 써봤는데, 지구에서도 3D 출력물은 배치(build)마다 품질 편차가 존재합니다. 필라멘트 습도, 노즐 온도, 레이어 두께 등 수십 가지 변수가 출력물의 강도와 밀도에 영향을 줍니다. 그런데 우주에서 출력한 부품을 생명 유지 장치에 그대로 끼워 쓸 수 있을까요?
기사에서도 NASA 재료공학자 Tracie Prater는 "비행 중 출력물과 지상 출력물 사이에 차이가 있었다"고 밝혔습니다. 이는 미세중력의 영향이라기보다 적층 제조 공정 특유의 변동성 때문이라는 해석이지만, 그 변동성 자체가 문제입니다. 정밀 검수 장비가 갖춰진 지상과 달리, 우주선 내부에서는 출력 후 부품이 요구 사양을 충족하는지 확인할 수단이 극히 제한적입니다.
제 경험상 이건 좀 다릅니다. 지상에서도 오픈 소스 파일로 출력한 마운트를 카메라에 실제로 달았을 때 미세하게 흔들리는 느낌이 있었고, 결국 한 번 더 출력해야 했습니다. 촬영용 소품이라면 그 정도로 끝나지만, 우주 부품이라면 이야기가 완전히 달라집니다.
비파괴검사(NDT, Non-Destructive Testing) 기술이 이 문제의 열쇠입니다. NDT란 부품을 분해하거나 파괴하지 않고 내부 결함, 밀도 불균일, 균열 등을 감지하는 검사 방법을 말합니다. 지상에서는 X선, 초음파, CT 스캔 등 다양한 NDT 방법이 사용되지만, 이것을 우주선 내 소형 장치로 구현하기는 쉽지 않습니다. 이상적인 방향은 출력이 끝난 다음에 검사하는 것이 아니라, 출력하는 과정에서 AI 기반 센서가 실시간으로 결함을 감지하고 즉시 보정하는 인라인 품질 보증(Inline Quality Assurance) 시스템을 내장하는 것입니다. "출력했으면 믿고 쓸 수 있다"는 확신이 없다면, 3D 프린팅은 결국 위기 상황의 임시방편에 머물 뿐입니다.
3D 프린팅이 우주에서 '필요를 즉시 해결하는 도구'로 자리 잡으려면, 즉석 제조의 속도와 자원 순환의 효율성만으로는 부족합니다. 출력물을 신뢰할 수 있는 검증 기술이 뒷받침될 때, 비로소 이 기술은 임시방편을 넘어 인류의 심우주 진출을 실질적으로 가능하게 하는 공학적 토대가 될 것입니다. 화성 레골리스를 원료로 쓰는 ISRU 기술이 언제 현실화될지는 아직 불확실하지만, 지금 ISS에서 하나씩 쌓아가는 실험들이 그 시작점이라는 사실만큼은 분명합니다. 3D 프린팅 기술에 관심이 있다면, 지금이라도 오픈 소스 프린팅 커뮤니티에 발을 담가 보시길 권합니다. 작은 마운트 하나를 직접 출력해보는 경험이, 우주 제조 기술의 본질을 이해하는 가장 빠른 길이기도 합니다.