6장

🌱 달 기지 생명 유지

생명 유지의 필수 요소

달에서 인간이 살아가려면 다음 4가지가 필수입니다(수치는 WIA-SPACE-011 §5.4, §6.1.2, §6.2.1, §6.3.1 기준):

1. 산소 공급 시스템

산소 생성

물 전기분해

• 방법: H₂O → H₂ + O₂
• 효율: 물 1kg → 산소 0.89kg
• 장비: PEM 전해조 또는 알칼리 전해조
• 효율: 90% 초과, 1인당 하루 최소 0.84 kg 산소, 7일분 고압 산소 예비 (§6.1.2)

이산화탄소 제거

사람은 하루 약 1kg의 CO₂를 내쉬며, 이것이 §6.1.3이 요구하는 제거 용량입니다. 제거하지 않으면 CO₂ 농도가 위험 수준에 이르며, 표준은 상한을 0.5%(5000 ppm)로 정합니다.

방법 1: 화학적 흡수

• 리튬 하이드록사이드 (LiOH): 2LiOH + CO₂ → Li₂CO₃ + H₂O
• 일회용, 아폴로 우주선에서 사용

방법 2: 4-베드 분자체 (4-Bed Molecular Sieve)

• 제올라이트로 CO₂ 흡착
• 진공/가열로 재생 가능
• ISS에서 사용 중

방법 3: 사바티에 반응기 (Sabatier Reactor)

• CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O
• CO₂를 메탄과 물로 전환
• 물은 재전기분해하여 산소 회수
• 산소 순환을 닫는 핵심 단계 (§6.1.3은 이 방식 또는 4-베드 분자체를 허용)

2. 물 재활용

물의 순환

표준은 물 회수율 최소 95%를 정합니다(§6.2.2). NASA는 2023년 ISS 물 회수 시스템이 약 98%의 회수율에 도달했다고 발표했습니다.

재활용 시스템

1. 소변 처리 (Urine Processor Assembly, UPA)

• 증류로 소변에서 물 분리
• 회수율: 85-90% (§6.2.2)
• 찌꺼기: 농축 폐기물로 배출 또는 처리

2. 응축수 회수

• 공기 중 습기 (호흡, 땀) 응축
• 목표: 응축수 100% 회수 (§6.2.2) — ISS에서는 물 회수 시스템(WRS)의 물 처리 장치가 응축수를 처리

3. 정수 처리

• 다단계 여과: 입자 제거
• 이온 교환: 미네랄 제거
• UV 살균: 미생물 불활성화
• 최종 검사: 음용 가능 수준 확인
• 저장: 30일분 비상 음용수 (§6.2.2)

3. 식량 공급

초기: 지구 공급 (2026-2030)

• 동결건조 식품
• 2-5년 상온 보존, 1인당 하루 약 2kg (§6.3.1)
• 질량: 1인당 연간 약 730kg — 현재 운송 가격으로는 큰 물류 비용

중기: 하이브리드 (2030-2040)

• 50% 지구 공급, 50% 현지 재배 (§6.3.2)
• 신선 채소 온실 재배
• 비타민, 단백질은 지구 공급

장기: 자급자족 (2040+)

• 90% 이상 현지 생산 (§6.3.3)
• 채소, 곡물, 과일 재배
• 배양육 또는 어류 양식

4. 달 온실 (Lunar Greenhouse)

설계

• 크기: 전환기에는 1인당 20-50 m², 자급 단계에는 1인당 50-100 m² (§6.3.2-6.3.3)
• 구조: 팽창식 또는 모듈형
• 조명: LED (빨강/파랑, 광합성 최적화)
• 온도: 18-24°C
• 습도: 60-80%

재배 작물

작물 목록은 §6.3.3을 따르며, 재배 기간은 지구의 일반적인 값입니다.

작물	재배 기간	영양가	우선순위
상추	30일	비타민 A, C	높음
토마토	60-90일	비타민 C, 리코펜	높음
감자	90-120일	탄수화물, 칼륨	매우 높음
밀	120일	탄수화물, 단백질	중간
대두	90-120일	단백질, 지방	높음

수경재배 (Hydroponics)

• 흙 대신 영양액으로 재배
• 토양 재배보다 물을 훨씬 적게 사용
• 성장 속도 빠름
• 병해충 적음

5. 환경 제어 및 생명 유지 시스템 (ECLSS)

시스템 구성

서브시스템	기능	중요도
대기 제어	산소 공급, CO₂ 제거	최우선
온도 제어	냉각/가열	최우선
습도 제어	제습/가습	높음
압력 제어	기압 유지	최우선
화재 감지/진압	안전	높음
공기 정화	오염물 제거	높음

대기 조성

• 산소: 21% (지구 수준, §6.1.1)
• 질소: 78%
• 압력: 101.3 kPa (1기압)
• CO₂: < 0.5% (5000 ppm 이하)
• 습도: 40-60%

6. 폐기물 처리

고형 폐기물

• 재활용: 플라스틱, 금속 분리 및 재사용
• 소각: 가연물 태워 에너지 회수
• 퇴비화: 유기물을 비료로 전환

액체 폐기물

• 소변: UPA로 물 회수
• 세탁수: 여과 후 재사용
• 실험 폐수: 화학 처리 후 저장

7. 비상 대응

생명 유지 백업

• 산소 탱크: 7일치 비상 산소 (§11.2)
• 물 저장: 30일치 음용수
• 식량 비축: 90일치 비상 식량
• 예비 전력: 배터리 + 발전기

고장 대응

• 모든 중요 시스템 최소 N+1 중복 (§11.1)
• 실시간 모니터링 및 경보
• 자동 백업 시스템 전환
• 수리 부품 재고 확보

결론

달 기지의 생명 유지 시스템은 ISS의 경험을 기반으로 하되, 더 높은 폐쇄 루프율과 현지 자원 활용을 목표로 합니다. 초기에는 지구 의존도가 높지만, 점차 자립도를 높여 대부분을 자급하는 기지로 발전할 것입니다. 다음 장에서는 달 기지의 일상 운영을 다룹니다.