[표지] 1
제출문 3
요약문 4
Executive Summary 7
목차 10
제1장 서론 21
1. 연구배경 및 추진전략 21
1.1. 연구배경 21
1.2. 연구 필요성 35
1.3. 추진전략 41
2. 연구목표 및 주요 연구내용 42
2.1. 최종연구목표 42
2.2. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 43
제2장 행성 지상환경 구현 실대형 챔버 개발 및 검증기술 49
1. 연구개요 49
2. 당해연도 연구개발 내용 50
2.1. 지반 대전 환경 구현 50
2.2. 지반열진공챔버 고온/저온 환경 모사 기술 고도화 60
3. 결론 76
제3장 행성 현지재료 활용 인프라 건설 기술 77
1. 연구개요 77
2. 당해년도 연구개발 내용 78
2.1. 진공 소결 기초 실험 및 마이크로파 진공 소결 장비 제작 78
2.2. CT 기반 소결체의 공극률 추정 및 균질도 평가 84
2.3. 인공월면토 소결체 열 특성 및 기계적 특성 분석 93
2.4. 마이크로파 소결 기반 블록 제조 실험 및 균질화 방안 도출 100
3. 결론 118
제4장 행성 지상 건설공간 정보화 기술 119
1. 연구개요 119
2. 당해연도 연구개발 내용 120
2.1. 실시간 무인 3D 지형 정보화 기술 개발환경 구축 120
2.2. 실시간 무인 3D 지형 정보 구축 기술 평가 121
2.3. 실내 모형실험을 통한 딥러닝 기반 실시간 영상처리 시스템의 성능 검증 및 개선 130
2.4. 딥러닝 기반 실시간 달지형 영상 전주기 처리 통합 시스템 개발 143
3. 결론 148
제5장 행성 지반 조사 장비 개발 및 행성 지하 정보화 기술 149
1.연구개요 149
2.당해연도 연구개발 내용 150
2.1. 우주 행성 지반조사 장비 150
2.2. 우주 행성 지반정보화 기술 162
3.결론 170
제6장 차년도 연구계획 171
1. 개요 172
2. 행성 지상 환경 구현 및 현지재료 활용 기초 원천 기술 172
2.1. 행성 지상 환경 구현 실대형 챔버 개발 및 검증 기술 172
2.2. 마이크로파 신터링 기반 블록 제조 기술 개발 (III) 172
2.3. 마이크로파 소결 성능 향상을 위한 시편의 다중스케일(multiscale) 시험 및 다중물리 유한요소 모델링 173
2.4. 태양광 신터링 장비구축 및 블록 제조 기술 개발 (I) 173
3. 행성 지형 및 지반조사 기초 원천 기술 173
3.1. 실시간 3차원 무인 지형정보화 기술 고도화 173
3.2. 우주환경 지반조사 장비를 활용한 시료 채취 기술 개발 174
참고문헌 175
[부록 A] 대외홍보 185
1. 달의 먼지까지 똑같이 재현… 우주개발 참여 초석 놓는다 186
2. 인류의 '화성 침공'…머스크 '화성이주' 꿈도 현실화될까 187
3. 전기 만들 초고층 빌딩... 달에 '부르즈 칼리파' 세운다 188
4. 우주청소부 우주택배…상상력이 만들어낸 '우주 틈새시장' 189
5. 우주 개척 시대를 열다 [스페이스 코리아] 특별기획 다큐멘터리 1부 190
6. 화성에 지구환경 만드는 '테라포밍' 연구 어디까지 왔나 191
7. 한·미 정상 '아르테미스' 협력 합의…'달 자원개발' 참여 길 열렸다 192
8. 한화에어로, 달·화성 등 '우주 자원' 활용 사업 첫발 193
9. 과학자들이 사랑한 달… 달 수수께끼 밝히려는 연구 활기 195
10. '메이드 인 코리아' 달 기지 건설 박차…핵심기술 국내 개발 196
서지자료 197
Bibliographic Data 198
판권기 199
표 1-1. 국내·외 달 탐사 동향 25
표 1-2. Lunar Reconnaissance Orbiter 개요 28
표 1-3. 국내·외 주요 달 탐사선 (2010년 이전) 30
표 1-4. 국내·외 주요 달 탐사선 (2010년 - 2016년) 31
표 1-5. 국내·외 주요 달 탐사선 발사 현황 및 계획 (2017년 이후) 31
표 1-6. Google X-prize 현황 (2017년 기준) 34
표 1-7. 실대형 챔버 및 검증기술 연차별 주요 연구 내용 44
표 2-1. 달 환경에 따른 전기적 특성 분석 51
표 2-2. 달에 영향을 미치는 복사원인 56
표 2-3. 달의 위치에 따른 플라즈마 특성 및 표면 전위 56
표 2-4. 달 표면 전류 밀도 관계식 57
표 2-5. 달 환경별 특성 비교 58
표 2-6. 달의 조건에 따른 표면 전위 58
표 2-7. 인공월면토 열전도도 실험조건 66
표 2-8. DTVC 시험 평가 조건 및 베이스 데이터 70
표 3-1. 진공 소결 및 대기압 소결 비교 80
표 3-2. 마이크로파 진공 소결 장비 구성 83
표 3-3. 시료의 주요촬영조건 및 SPF방법에서 사용한 주요변수 (CT값) 89
표 3-4. 시료 전체 공극률에 대해 SPF추정 값과 실험실 측정값의 비교 결과 89
표 3-5. KLS-1 마이크로파 소결시료의 높이 별 평균 공극률 및 층간 국부적 공극률 분포 92
표 3-6. 마이크로파 소결시료 및 월면샘플의 열팽창계수 95
표 3-7. 수치모델에 적용된 전자기적 물성 및 소결로 출력조건 110
표 3-8. 영향인자에 관한 수치해석 결과 113
표 3-9. 빈 대형 마이크로파 소결로의 열분포도 분석 115
표 3-10. KLS-1 마이크로파 가열 시 실험적, 수치해석적 승온거동 분석 117
표 4-1. 카메라 센서 교체 전 후 사양 123
표 4-2. 다양한 광량 조건에서의 점군 맵핑 결과 128
표 4-3. 수집 돌 객체 134
표 4-4. 총 객체 데이터 수 135
표 4-5. 객체 매칭 모델 하드웨어 구성 136
표 4-6. 객체 매칭 모델 학습 하이퍼 파라미터 설정 136
표 4-7. 데이터셋 구성 137
표 4-8. 이미지(90°) 학습 모델 객체별 테스트 데이터 매칭 정확도 산출 138
표 4-9. 이미지(60°) 학습 모델 객체별 테스트 데이터 매칭 정확도 산출 139
표 4-10. 이미지(30°) 학습 모델 객체별 테스트 데이터 매칭 정확도 산출 140
표 4-11. 이미지(90°, 60°, 30°) 학습 모델 객체별 테스트 데이터 매칭 정확도 산출 141
표 4-12. 훈련 이미지 촬영 각도별 테스트 데이터 매칭 정확도 142
표 4-13. Rock_2 이미지 모델별 Top 1 추론 id 분포 142
표 4-14. Rock_2 테스트 이미지(0° 이미지) 및 Rock_3, Rock_8 훈련 이미지 143
표 4-15. 전주기 통합 시스템 내 세부 모듈별 평균 추론 소요시간 및 FPS 147
그림 1-1. 미래 달 유인 탐사 개념도 26
그림 1-2. 달 탐사 궤도선 27
그림 1-3. 달 탐사 로버 29
그림 1-4. SpaceX 사 우주 발사체 33
그림 1-5. Google X-prize 참여 팀 34
그림 1-6. 국제 우주 탐사 동향 35
그림 1-7. 우주개발 패러다임의 변화 36
그림 1-8. 우주산업의 다변화 37
그림 1-9. 미국내 민간 우주산업체 지역도 37
그림 1-10. ISRU의 정의 및 목적 38
그림 1-11. 과제 중점 추진 전략 42
그림 1-12. 연구배경 및 방향설정 43
그림 1-13. 행성지상 환경모사 및 재료활용 기초원천기술의 연차별 연구개발 목표 및 주요 연구 내용 46
그림 1-14. 행성지상 환경모사 및 재료활용 기초원천기술의 연차별 연구개발 목표 및 주요 연구 내용 46
그림 1-15. 행성 지상, 지반 정보화 기술 및 지반 조사 장비 개발 관련 연차별 연구개발 목표 및 주요 연구 내용 48
그림 2-1. 달의 위치에 따른 낮과 밤 환경 위치 51
그림 2-2. KLS-1 일함수 측정 및 대전을 위한 UV램프 파장 52
그림 2-3. UV 및 E-Beam 파장의 세기 및 유효범위 53
그림 2-4. 빈 챔버 및 측정 장비 포함 챔버의 진공도 평가 54
그림 2-5. 대전 에너지간 유효 범위 및 면적 54
그림 2-6. Bremsstrahlung X-ray 발생 원리 55
그림 2-7. SZA에 의한 표면 전위 분포 58
그림 2-8. 대전 측정 Probe station 개념 설계 59
그림 2-9. Soil temperature at Apollo 14 60
그림 2-10. 달 표면의 온도 변화 61
그림 2-11. 지반 내부 열전대 설치 모습 62
그림 2-12. 실대형 지반열진공챔버 저온/고온 환경 실험 결과 62
그림 2-13. 챔버 내부 할로겐 램프 및 열화상 카메라 촬영 모습 63
그림 2-14. 할로겐 램프 개선안 63
그림 2-15. 진공압에 따른 열전도도 측정 실험장비 65
그림 2-16. 진공압에 따른 JSC-1A, JSC-1, KLS-1의 열전도도 66
그림 2-17. 진공압 조건 하에서 건조단위중량에 따른 열전도도 67
그림 2-18. 정규화된 열전도도 회귀분석 68
그림 2-19. 대기압 하에서 측정된 건조단위중량에 따른 열전도도 회귀분석 69
그림 2-20. 측정 및 계산된 열전도도 비교 69
그림 2-21. DTVC pumping-down 및 build-up 시험 결과 I 71
그림 2-22. DTVC pumping-down 및 build-up 시험 결과 II 71
그림 2-23. DTVC 유효배기속도 측정 결과 72
그림 2-24. DTVC QMS 시험, 2E-5 mbar; 2021. 11. 08 72
그림 2-25. DTVC QMS 시험, 1E-2 mbar; 2021. 11. 08 72
그림 2-26. DTVC 투입 시험평가 대상 예시: ground equipment 74
그림 2-27. 표준연의 절차서 예시 74
그림 2-28. 표준연의 시험성적서 예시 75
그림 3-1. 일반소결로를 활용한 인공월면토 진공소결 기초 실험: (a) 소결로 및 (b) 소결온도 측정 결과 79
그림 3-2. 진공 소결 및 대기압 소결 시료의 밀도 (VS: 일반 저진공 소결, AS: 일반 대기압 소결, MS: 마이크로파 대기압 소결) 81
그림 3-3. 1120℃ 일반 저진공 소결 시료(VS-1120)의 상부, 중심, 하단부의 X-ray CT 사진 81
그림 3-4. 마이크로파 진공 소결 장비 시작품 설계안 82
그림 3-5. (a) 마이크로파 진공 소결 장비 시작품 및 (b) 내부 사진 84
그림 3-6. 진공 반응기 84
그림 3-7. 분석대상 3종 소결체 시료의 대표적 단면 영상: 직경 20mm FJS-1 스파크 플라즈마 소결체 (좌), 평균직경 15 mm FJS-1 마이크로파 소결체 (중), 직경 10mm KLS-1 마이크로파 소결체 (우) 85
그림 3-8. FJS-1 마이크로파 소결체 내부 균열 및 마크로 공극의 3차원 영상: (a) MS4 (1100℃), (b) MS7 (1120℃) 85
그림 3-9. 온도를 따른 시편내부 마크로 공극 크기분포 (pore size distribution, PSD) 의 비교 86
그림 3-10. 분석시료의 CT histogram: (a) FJS-1 스파크 플라즈마 소결체 (SPS1-SPS3), (b) FJS-1 마이크로파 소결체 (MS1-MS9), (c) KLS-1 마이크로파 소결체 (KMS1-KMS3) 88
그림 3-11. CTPF 및 시료의 전체 공극률 (n)의 선형관계: (a) FJS-1 스파크 플라즈마 소결체 (SPS1-SPS3), (b) FJS-1 마이크로파 소결체 (MS1-MS9), (c) KLS-1 마이크로파 소결체 (KMS1-KMS3) 89
그림 3-12. (a) SPF방법으로 도출된 소결채의 국부적 공극률 분포 단위 셀 (cell) 분할 방식, (b) KMS1 (1080℃) 시료 (c) KMS2 (1100℃) 시료 91
그림 3-13. 소결 온도에 따른 인공월면토 소결체의 열팽창 특성: (a) 1080 ℃, (b) 1100 ℃, (c) 1120 ℃; (d) 인공월면토 소결체와 월석 샘플의 열팽창계수 (-100~200℃에서 측정) 94
그림 3-14. Temperature stress 전·후 인공월면토 소결체 표면의 광학현미경 이미지: (a) 1080 ℃, (b) 1100 ℃, (c) 1120 ℃ 소결 시료 96
그림 3-15. 마이크로파 소결 방법으로 제조된 다양한 크기의 인공월면토(FJS-1) 소결 시료 96
그림 3-16. 마이크로파 소결 방법으로 제조된 인공월면토(FJS-1) 소결체의 광학 이미지와 다양한 방법으로 소결... 97
그림 3-17. 마이크로파 소결 방법으로 제조된 인공월면토(FJS-1) 소결체의 (a-c) 빔 시편 및 (d, e) SEM 사진 98
그림 3-18. 3점 굽힘 시험: (a) 상온 및 (b) 200℃에서 수행, (c) 상온 및 (d) 200 ℃ 조건에 대한 굽힘 강도 및 응력-변위 곡선 99
그림 3-19. 마이크로파 소결 방법으로 제조된 인공월면토(FJS-1) 소결체의 (a) 압축강도 시험, (b) 파손 모드 및... 100
그림 3-20. 인공월면토 소결 블록: (a) 1080℃ 및 (b) 1100℃에서 소결 101
그림 3-21. (a) 인공월면토 및 (b) 현무암 골재 102
그림 3-22. 인공월면토와 골재 혼합 소결 블록 102
그림 3-23. 인공월면토(KLS-1) 팰렛 및 cavity perturbation 방법을 이용한 유전특성 측정 장치 103
그림 3-24. 인공월면토의 온도에 따른 (a) 유전율 (ε') 및 유전손실율 (ε"), (b) tanδ, (c) Half-power depth (DHP). (d) AC 전기전도도 (JSC-1AC 결과)[이미지참조] 104
그림 3-25. 대형 마이크로파 소결로 시작품 107
그림 3-26. 온도에 따른 JSC-1A의 방사율 계산값 107
그림 3-27. 전자기장-열 연계해석 과정 108
그림 3-28. 마이크로파 가열 해석을 위한 도메인 109
그림 3-29. Schreiner et al.(2016)의 curve fitting 모델에 의한 온도 변화에 따른 열전도도 110
그림 3-30. 3차원 해석 모델에 적용된 구성방정식 및 경계조건 111
그림 3-31. 유전물질 유무에 따른 마이크로파 전계강도 분포 양상 비교 112
그림 3-32. KLS-1 마이크로파 가열 실험 116
그림 4-1. 실내 시험부지 (a) 사진 및 (b) 점군 120
그림 4-2. 실외 시험부지 (a) 항공 사진 및 (b) 점군 121
그림 4-3. 무인이동체 CAD 도면 122
그림 4-4. IMU 결합하여 개발된 무인지형정보화 알고리즘 123
그림 4-5. Disparity의 이론적 개념 124
그림 4-6. 기존 Disparity Map 생성 알고리즘과 성능비교 125
그림 4-7. 종래 CNN 딥러닝 기반 Disparity Map 추정 기법 125
그림 4-8. Self-Supervised Learning 방법 126
그림 4-9. 다양한 기법에 따른 Disparity map 비교 127
그림 4-10. 205.8 lux 조건 맵핑 결과 129
그림 4-11. 0.98 lux 저조도 조건 맵핑 결과 129
그림 4-12. 0.98lux, 로버 조명 맵핑 결과 129
그림 4-13. 0.98lux, 제논램프 조명 맵핑 결과 129
그림 4-14. 데이터셋 규모에 따른 분류 모델 학습 소요 시간 130
그림 4-15. 2020년 연구 결과의 예 (범주별 정확도) 131
그림 4-16. 데이터셋 비교 : 기 구축 데이터 샘플 (좌), 변화된 현장 모습 (우) 132
그림 4-17. ArcFace Loss 적용 도식화 예시 132
그림 4-18. Additive Margin Softmax 예시 133
그림 4-19. 구성 완료한 데이터 수집 환경 134
그림 4-20. 데이터셋 가공 방법 135
그림 4-21. 모형실험 학습 및 추론 프로세스 개념도 137
그림 4-22. 90° 훈련 데이터 학습 손실값 (좌), 매칭 정확도 (우) 138
그림 4-23. 0° 검증 데이터 매칭 정확도 138
그림 4-24. 60° 훈련 데이터 학습 손실값 (좌), 매칭 정확도 (우) 139
그림 4-25. 0° 검증 데이터 매칭 정확도 139
그림 4-26. 30° 훈련 데이터 학습 손실값 (좌), 매칭 정확도 (우) 140
그림 4-27. 0° 검증 데이터 매칭 정확도 140
그림 4-28. 훈련 데이터(90°, 60°, 30°) 학습 손실값 (좌), 매칭 정확도 (우) 141
그림 4-29. 0° 검증 데이터 매칭 정확도 141
그림 4-30. 로버-로버 매칭 모듈 구성도 143
그림 4-31. 로버-위성 매칭 모듈 구성도 144
그림 4-32. 전주기 통합 시스템 구성도 145
그림 4-33. 전주기 통합 시스템 처리 결과물 예시 146
그림 4-34. 전주기 통합 시스템 내 세부 모듈별 추론시간 분포 147
그림 5-1. 달의 남극과 북극 얼음이 있는 영역 153
그림 5-2. The Apollo Lunar Surface Drill 154
그림 5-3. 아이스브레이커 드릴의 기구 구성 요소 155
그림 5-4. CAT 시추 테스트베드, 드릴 툴의 기구 구성 요소 156
그림 5-5. 무인 시추 조사 장비 157
그림 5-6. 드릴비트 회전용 엔코더 결합형 유성감속 DC 인덕션 모터 158
그림 5-7. 드릴비트 수직이송용 엔코더 결합형 HELICAL 감속 모터 158
그림 5-8. 3축 로드-토크 통합형 센서 159
그림 5-9. 상용 드릴 비트 160
그림 5-10. 시추용 비트 설계 및 제작 161
그림 5-11. 시추 시험용 얼음의 일축압축 강도 162
그림 5-12. 얼음시료의 파괴 형상 163
그림 5-13. Measured Data from Drilling 1,000mm of Ice 165
그림 5-14. 지반 시추에 따른 기계적 에너지 166
그림 5-15. 시추시 발생하는 모터의 전류변화 168
그림 5-16. 지반 시추에 따른 전기에너지 169
그림 6-1. 지반열진공챔버 차년도 연구 아이템 172
그림 6-2. 태양열 신터링을 위한 구축 장비 시스템 173
그림 6-3. 광학 카메라 기반 3차원 지형 센싱 (좌) 및 지형 객체 인식 기술 (우) 174
그림 6-4. 시추장비 내구성 향상 및 시료 채취 174