건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2017.6.22 (p76~79)

● Topics
「우주 건축」에 건설 회사가 본격 착수
국내시장 2.4조엔을 향해 건축계가 공헌

내각부는 5월, 「우주 산업비전 2030」을 발표. 국내 우주산업의 시장 규모를 2배로 확대한다는 방침을 내세웠다. 「우주 엘리베이터」및「소행성에 매달은 건물타워」등, 신시대에 대비한 건축물의 구상이 열기를 띠고 있다.

우주 개척시대의 문이 활짝 열리려 하고 있다. 달이나 소행성에서 채굴한 자원을 지구로 운반하는 일상은 그리 먼 미래의 이야기가 아닐지도 모른다. 그러나, 대량의 자원을 어떻게 지상으로 가져올 것인가? 운반용 로켓이 개발되더라도, 빈번하게 왕래해야 한다면 채산이 맞지 않다. 그 해결책으로 오바야시쿠미(大林組)가 구상하는 기술은 우주 엘리베이터이다. 우주로부터 길이가 약 10만km의 케이블을 지상으로 늘어뜨려 「클라이머」라고 불리는 차량이 승강하는 인류 최대의 건축물이다.

정부는 2030년대의 빠른 시일 안에 국내 우주산업의 시장규모를 현재의 2배로 확대한다는 계획이다. 현재의 시장 규모는 1.2조엔. 내각부는 5월에「우주산업 비전 2030」을 발표하여 우주 개발에 총력을 다하고 있다. 내각부 등은 2017년에 첫 우주 비즈니스의 아이디어를 모집하는 콘테스트를 개최한다. 오바야시쿠미는 선출된 아이디어의 사업화를 지원하는 민간기업의 한 회사로써 기대를 받고 있다.

오바야시쿠미에서 우주사업을 견인하는 것이 우주 엘리베이터 요소기술의 실증연구 개발팀의 이시카와(石川)간사이다. 원래 미 항공 우주국(NASA)에 에인즈 연구센터의 연구원이었던 경험을 가지고 있다. 이시카와 간사는「예상되는 총 공사비는 10조엔. 가능하다면 2030년경부터 시공을 시작하고 싶다. 완성까지는 20년 정도 걸릴 것으로 예상함으로 실용화는 2050년을 조금 넘을 것으로 구상하고 있다」고 설명한다.

오바야시쿠미의 우주 엘리베이터 구상은「수직 이동하는 모노레일」의 이미지에 가깝다. 카본 나노튜브로 만드는 와이어의 길이는 약 10만km. 그 길이를 6량 편성의 클라이머가 시속 200km로 올라간다. 전 행정은 약 3주간. 중간 지점이 되는 정지궤도(적도 상공에서는 약 3만 6,000km)를 향해 갈수록 지구의 중력으로부터 해방된다. 클라이머의 승객은 몸이 가벼워지는 것을 느끼게 될 것이다. 정지궤도보다 먼저 지상 10km지점에 카운터 웨이트(평형 추)를 설치한다. 원심력이 탁월하기 때문에 정지궤도에 의해 선단 쪽은 우주 측으로부터 잡아당겨지는 것처럼 느낀다.

-- 우주선을「던지는」역할도 --
우주 엘리베이터에는 인공위성 및 우주선의 발사 게이트로서의 역할도 있다. 이시카와 간사는「우주 엘리베이터는 지구와 와이어로 연결한 추를 휘두르게 한다. 원리는”해머 던지기”와 같다. 클라이머로 운반하여 정지궤도에 투입시키거나 화성을 향한 우주선을 원심력으로 멀리 던지는 것으로, 로켓으로 가속하여 중력을 이겨낼 필요가 없다. 따라서 발사에 걸리는 비용을 대폭 줄일 수 있는 것이다」라고 말한다.

테러 등을 경계하여 우주 엘리베이터의 지상부 포트는 적도 직하(直下)의 해상에 건설했다. 건설 및 운영에는 해양법이 추가되어 항공법과 우주 법까지를 통합할 시스템이 필요하다. 「너무나 큰 건축물이기 때문에 한 건의 국가 법률로는 완결이 안 된다. 완전히 새로운 개념의 건축을 만들기 위해서는, 건축학에 한정되는 것이 아닌 법률학, 사회과학 등 모든 분야의 지혜가 필요하게 된다」라고 이시카와 간사는 말한다.

우주건축물에 적극적인 것은 오바야시쿠미 뿐만이 아니다. 아오미즈(淸水)건설은 30년 전인 1987년에 국내의 대형 건설회사로는 처음으로「우주 개발실」을 설치했다. 1980년대 후반부터 달 표면 기지 및 달 표면 태양광 발전 등을 지속적으로 연구하고 있다. 달 표면의 건축물은 「현지의 자원을 활용한 건물 재료 만들기」와 「저(底)중력에서 작업하는 로봇 기술」이 실현의 열쇠가 된다. 여기에서 아오미즈건설에서는 미국 아폴로 계획에서 가지고 돌아 온 달의 돌 성분을 분석하여 레골리스(Regolith; 달표면을 덮고 있는 모래)를 재현한 모의모래를 만들어 무인 시공작업 등의 실험을 진행해 왔다.

아오미즈건설 미래 창조기술 센터 우주∙로봇 그룹의 아오키(靑木) 그룹장은「바람 등으로 완만해지는 지상의 모래와는 다르게, 레골리스는 날카로운 모양을 띠고 있다. 달 표면은 푹신푹신하지만, 굴삭으로 밑으로 파 들어갈수록 모래 입자가 맞물리는 인터로킹(Interlocking) 현상이 발생된다는 것을 알게 되었다」라고 말한다. 한편으로는「레골리스는 산소를 다량으로 포함하고 있기 때문에 지구로부터 수소를 운반해 오면 물을 만들 수 있다. 그렇게 된다면, 달 표면에 건물을 짓는 것도 더 이상 꿈의 이야기가 아니다」라고 기대한다.

달 표면에 갈 수 있는 작업자는 한정되어 있기 때문에 기본적으로 시공은 무인으로 기계가 시행한다. 현재, 주력하는 연구는 통신 기술이라고 한다. 복잡한 작업을 해내기 위해 한번에 송신할 수 있는 정보량을 늘리는 것이 과제이다.

기기에 탑재한 카메라 및 암(Arm)을 통신으로 원격 조작하는 시공 무인화의 기술은 이미 후쿠시마(福島)의 다이이치(第一) 원자력 발전소 등에서 활약하고 있다. 우주 건축물에 이은 미래 기술은 오늘날의 필요성에 의한 연장선 상에 놓여져 있는 것이다.

-- 소행성에서 건물을 매달겠다는 구상 --
미국에서는 건축가가 새로운 우주건축의 형태를 모색하기 시작했다. 미국 뉴욕을 거점으로 하는 설계 사무소 클라우즈 아키텍쳐 오피스(이하, CAO)는 소행성에서 초고층 타워를 매달아 지상의 재해와는 무관하게 구름 위에서 생활하는「아날렘마(Analemma) 타워라고 이름 붙인 초고층 건축물의 구상을 발표, 화제가 되고 있다.

아날렘마 타워는 지구를 주회(周回)하는 소행성이 그리는 8자 곡선의 궤도를 따라서 북반구와 남반구를 매일 왕래한다. 매달아 놓은 건축물의 가장 높은 부분의 고도는 지상 32km로 성층권에 해당한다. 전력은 풍력과 태양력 에너지에 의한 발전을 이용, 물은 커다란 깔때기로 수집한 빗물을 활용한다.

케이블 앵커를 설치하는 소행성에는 높은 강도와 균일한 밀도가 필요하다. CAO에서는 소행성은 탄소계의 물질을 주 성분으로 하는「C형 소행성」으로 질량은 5,000 톤 이상이 필요하다고 시산하고 있다. 지금까지 발견되고 있는 소행성 중, 70% 이상이 이 C형 소행성에 해당된다고 한다.

타워는 최대 시속 480km로 공중을 이동한다. 외장의 건축 부재는 항공기에 사용되는 것과 같은 높은 강도와 내구성을 요하는 소재가 필요하다. CAO는 경량에, 부식에 강한 알루미늄이나 카본 화이버에 의한 복합구조를 유력시 하고 있다. 시공은 지상에서 만들어 유닛을 지지 케이블에 설치한다.

19세기말,「우주 공학의 아버지」라고 불리던 소비에트 연방의 과학자, 콘스탄틴 치올콥스키는 에펠 탑에서 착상을 얻어 선단을 그대로 늘리면 우주에 도달할 수 있다고 진지하게 연구했다. 새로운 소재 및 통신기술, 시공 수법이 차례로 생성되는 오늘날, 우주 건축의 배턴은 과학자에서 건축 관계자에게 건너갔다고 할 수 있다.

  -- 끝 --