우주복의 미래를 직조하다

• NASA 연구진이 우주복의 상체 보호구(HUT) 충격 저항을 개선하기 위해 3D 강화 섬유를 연구 중임.
• 시뮬레이션 결과 3D 직조 소재가 기존 2D 적층 소재보다 충격 에너지를 73% 흡수하며 구조적 손상을 크게 줄이는 것으로 나타남.
• 이번 연구는 기존 우주복의 고질적인 문제인 층간 분리(delamination)로 인한 파손 위험을 방지하는 것을 목표로 함.

기존 우주복의 한계

• 현재의 복합재 HUT(CHUT)는 에폭시 수지로 결합된 2D 유리 섬유 적층판을 사용함.
• 이러한 2D 소재는 층 사이를 연결하는 수직 섬유가 없어 충격 발생 시 층이 분리되는 현상이 발생하며, 이는 장기적으로 치명적인 누출 사고로 이어질 수 있음.
• 우주비행사는 작업 중 날카로운 암석이나 도구에 부딪힐 위험이 상존함.

연구 및 시뮬레이션 결과

• Materials Research & Design, Fiber Materials, Inc, NASA 존슨 우주 센터 연구진은 직조 및 편조 기법을 활용한 3D 복합재를 테스트함.
• 280 줄(Joule) 충격 시뮬레이션 결과:
  • 3D 직조 소재: 에너지 73% 흡수, 손상 면적 2.72 제곱인치.
  • 기존 2D 적층 소재: 에너지 67% 흡수, 손상 면적 3.70 제곱인치.
  • 편조 소재: 에너지 61% 흡수, 손상 면적 3.52 제곱인치.

향후 과제

• 3D 복합재는 초기 전단 강도는 다소 낮을 수 있으나, 파괴되지 않고 변형을 통해 충격을 효과적으로 흡수하는 강점을 보임.
• 연구팀은 SBIR(중소기업 기술혁신 연구개발) 2단계 제안서를 통해 실제 프로토타입 제작 및 물리적 테스트를 추진할 계획임.