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Nikkei X-TECH_2021.10.6

가시마 스타일・전자동 공사
2030년대에 달 표면에서 공사
자율운전과 원격 조작으로 유인 거점 건설

중장비의 자동화로 인해, 후쿠시마 제1원자력발전 이상으로 가혹한 현장에도 기술을 적용할 수 있는 필드는 확산된다. 그러한 사실을 보여주는 것이 ‘다음 현장은 우주입니다’라는 캐치프레이즈를 내건 건설기업 가시마의 광고다.

꿈같은 이야기 같지만 결코 과대 광고는 아니다. 우주항공연구개발기구(JAXA)가 20년에 정리한 ‘일본의 국제 우주탐사 시나리오’에 의하면, 사람이 장기간 체재하는 달 표면 거점의 건설이 30년대에 시작된다. 쿼드악셀(A4CSEL)이 이 웅장한 계획을 현실적인 목표로 구현시켰다.

“우주개발 관계자가 아니더라도 쿼드악셀을 본 후에는 “달 표면 건설공사도 가능할 것 같다”라고 말하는 사람이 상당히 많다”. JAXA 국제우주탐사센터 달극역탐사기 프리프로젝트팀의 와카바야시(若林) 주간은 이렇게 말한다.

사람이 체재하는 거점을 건설할 때 중장비는 빠뜨릴 수 없다. 그러나 많은 작업자를 달에 보낼 수 없기 때문에 기본적으로 지구에서 원격으로 조종한다. 문제는 지구와 달의 거리다. 약 38만km 떨어져 있기 때문에 일본에서 내린 지령이 달 표면의 중장비에 도달할 때까지 3~8초가 걸린다.

통신의 지연이나 단절에 대한 위험을 생각하면, 장애물 등에 자율적으로 대응하면서 자동으로 작업을 계속할 수 있는 기술이 필수가 된다.

가시마와 JAXA는 시바우라공업대학, 전기통신대학, 교토대학과 함께 16년에 원격 조작과 자동제어를 조합한 시공시스템을 공동 연구하기 시작했다. 달 표면에 유인 거점 건설을 상정한 시공 실험 등을 진행하고 있다.

-- 달 표면에서의 작업을 모방한 실험에 속속 성공 --
달 표면의 유인 거점 건설에서 상정하고 있는 중장비의 작업은, 지표 정지(整地), 지표 굴착, 거주 공간이 되는 부품(모듈)의 매설, 모듈의 복토(覆土)의 4개 작업이다. 복토는 모듈을 방사선이나 운석으로부터 보호하기 위해서 시공한다.

JAXA는 모듈의 설치 등 섬세한 작업은 원격으로 조작하는 한편, 굴착이나 거점 간 이동과 같은 정형 작업에서는 쿼드악셀에 의한 자율운전을 전망하고 있다.

16년부터 19년에 걸쳐 실시한 공동 연구에서는 7톤급 크롤러 덤프와 백호를 자동제어로 조종했다. 무인 백호가 지표면을 굴착∙선회하며 토사를 덤프에 실으면, 덤프가 토사 집적장까지 주행. 흙더미를 내려놓고 다시 백호 근처로 돌아간다.

이 작업을 반복하면서 지름 1.5m, 길이 3m의 모의 모듈을 설치할 구멍을 팠다. 그 구멍에 모듈을 설치한 후에는 백호 전면에 장착한 배토판으로 흙을 밀어내서 다시 메운다.

굴착이나 운반, 다시 메우기와 같은 일련의 작업은, 지상의 건설 공사에서 매일 반복하는 작업이다. “달에는 중력도 땅도 있다. 달 표면 거점 건설에서 하는 작업은 지상의 작업과 별다른 차이가 없다”. JAXA 국제우주탐사센터 달극역탐사기 프리프로젝트팀의 호시노(星野) 팀장은 이렇게 지적한다. 그리고 다음과 같은 기대감도 내비친다. “쿼드악셀이 지구상에서 하는 작업은, 그대로 모두 달에서도 사용할 수 있겠다는 생각이 든다”.

21년 3월에는 원격 조작과 자동화 시공을 조합해, 지구에서 달 표면의 중장비를 조작하는 모의 실험을 실시했다. 가나가와현의 JAXA 사가미하라캠퍼스와, 거기에서 1,000km 이상 떨어진 가고시마현 다네가시마에서의 도로 토목공사 현장을 공중 네트워크로 접속. 진동 롤러를 원격 조종으로 약 25m를 주행시킨 뒤에 자율운전으로 전환해 세로 25m, 가로 15m 범위의 지표를 정지(整地)했다.

-- 우주발 기술로 생산성 더욱 향상 --
진동 롤러 자율운전은 가시마가 이미 댐 건설 현장에서 실용화한 기술이다. 오퍼레이터를 담당한 JAXA 우주탐사이노베이션허브의 스도(須藤) 연구원은 “원격 조종에서도 자동 제어에서도 높은 정밀도로 작업할 수 있다는 것을 확인했다. 전환도 원활했다”라고 설명한다.

원격 조종에서는 달 표면에서의 시공을 상정해서 일부러 3~8초의 통신 지연을 만들어냈다. 오퍼레이터가 중장비를 피하기 쉬운 ‘지연보상 방식’의 효과를 확인하기 위해서다.

지연보상 방식에서는 오퍼레이터는 현지 장애물의 위치정보 등을 넣은 시뮬레이터 화면을 보면서 조종한다. 다만 시뮬레이터 상에서 내린 지령은 중장비에 즉시 전달되지는 않는다. 시뮬레이션으로 검증하고, 중장비가 벽이나 장애물과 부딪치지 않는다고 확인하고 나서 전달하는 것이다. 검증을 마칠 때까지 지령은 모아둔다.

지령대로 움직이면 사고로 이어진다고 판명되었을 경우, 지금까지의 조작을 모두 취소한다. 시뮬레이터 상의 중장비의 위치는 원래대로 돌아간다. 시뮬레이션으로 원활하게 조작할 수 없는 한, 실제 중장비를 움직일 수 없다는 것이다. 조작하면서 다시 시작할 수 있기 때문에 오퍼레이터의 부담이 작다고 한다.

지상에서 개발한 쿼드악셀이 우주에서 활약하듯이, 우주개발에서 축적한 고도의 원격 조종 기술이 지상에서 도움이 될 가능성도 있다. 지구 뒤편 등 떨어진 곳에서 중장비를 조종할 수 있기 때문이다.

자율운전과 원격 조종을 조합하면 1명의 오퍼레이터가 여러 공사 현장을 관리할 수 있다. 기본적인 작업은 자율운전에 맡기고 어려운 작업만 원격으로 조종하는 것이다. 한 현장에 상주하지 않아도 된다. 오늘은 댐 현장에서, 내일은 달 현장에서 작업하는 식의 업무 방식도 가능하게 될지도 모른다.

 -- 끝 --

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