우주선이나 인공위성은 궤도 상을 고속으로 오가는 스페이스 데브리(우주 쓰레기)와의 충돌에 대비할 필요가 있습니다. 중국 다롄이공대학교 연구팀이 달걀껍데기에서 착안한 새로운 우주선 쉴드를 고안했습니다. Dynamics analysis on the water-filled aluminum eggshell array metastructure under hypervelocity impacthttps://pubs.aip.org/aip/jap/article-abstract/140/10/105102/3403590/Dynamics-analysis-on-the-water-filled-aluminumEggshells: Next-Generation Spacecraft Protection - AIP Publishing LLChttps://publishing.aip.org/publications/latest-content/eggshells-next-generation-spacecraft-protection/Chinese researchers find egg-cellent way to keep space debris from scrambling craft • The Registerhttps://www.theregister.com/offbeat/2026/09/09/chinese-researchers-find-egg-cellent-way-to-keep-space-debris-from-scrambling-craft/5295340지구 저궤도를 주회하는 물체는 보통 초속 7km~8km로 이동하고 있습니다. 물체끼리 충돌할 때의 상대 속도는 초속 15km 가까이에 달하는 경우도 있어, 불과 1cm 정도의 파편이라도 우주선에게 큰 위협이 됩니다. 이에 중국 다롄이공대학교 연구자인 Yuxin Wang 씨 연구팀은 자연계의 구조를 우주선 방호에 응용할 수 없을지 검토했습니다. Wang 씨는 "생물은 오랜 진화 과정에서 에너지를 효율적으로 흡수하는 구조를 획득해 왔습니다"라고 밝혔습니다. 연구팀은 달걀껍데기에서 착안해 달걀 모양의 알루미늄제 유닛을 다수 배열한 쉴드를 고안했습니다. 쉴드는 달걀껍데기 모양을 본뜬 높이 12mm의 알루미늄제 유닛을 두께 1mm의 알루미늄 판 2장으로 위아래에서 끼운 형태입니다. 각 유닛 내부에는 물이 채워져 있으며, 달걀을 세워 놓듯 배열되어 있습니다. 참고로 아래 이미지에서는 내부가 보이도록 상단의 알루미늄 판이 생략되어 있습니다.
연구팀은 3D 프린터로 시제품을 만든 것 외에도, 시뮬레이션을 통해 쉴드의 성능을 비교했습니다. 비교 대상은 알루미늄 판만 사용한 구조와, 물을 채운 구형 알루미늄제 유닛을 판으로 끼운 구조입니다. 달걀 모양 유닛에 대해서는 뾰족한 쪽을 비래물(날아오는 물체)이 충돌하는 상단 판 쪽으로 향하게 한 경우, 위아래를 뒤집은 경우, 방향을 섞어서 배열한 경우 등을 비교했습니다. 시뮬레이션에서는 달걀 모양 유닛의 뾰족한 쪽이 상단 판에 접하도록 배열했을 때 가장 높은 감속 효과를 얻었다고 연구팀은 보고했습니다. 이 쉴드에서는 우주 쓰레기를 가정한 비래물의 속도가 64.9% 감소한 반면, 알루미늄 판만 사용한 경우에는 51% 감소에 그쳤다고 합니다.
Wang 씨에 따르면, 날아오는 물체가 충돌하면 여러 유닛이 차례로 찌그러지기 때문에 충격이 한곳에 집중되지 않고 실드 전체로 분산된다고 합니다. 또한, 유닛 내부의 물이 움직임으로써 충격파가 잘 전달되지 않게 된다고 합니다. 우주선용 경량 실드로 이 실드를 실용화하려면 실드의 형상이나 물의 충전 조건 개선에 더해 실제 초고속 충돌 시험도 필요하며, 연구 팀은 충격을 더욱 효율적으로 흡수할 수 있도록 알루미늄 껍질의 두께나 종횡비, 배열 방식의 조정을 진행하고 있습니다. Wang 씨는 생물의 구조를 모방한 경량 메타구조가 초고속 충돌로부터 우주선을 지키는 기술로서 유망하다고 밝힌 뒤, "이번 연구를 계기로 생물의 구조를 활용한 방호 기술에 더 많은 관심을 가져주셨으면 합니다"라고 말했습니다.
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