달에서 우주복에 정전기가 쌓이는 이유: NASA Lunar Grounding Challenge와 -100kV 설계 기준

 

NASA가 달 탐사를 위해 해결하려는 문제 가운데에는 의외로 익숙한 것이 하나 있습니다. 바로 정전기입니다.

하지만 달 남극에서의 정전기는 지구에서 문손잡이를 잡을 때 느끼는 작은 스파크와는 다릅니다. NASA는 2026년 10월 Lunar Grounding Challenge를 열고, 달 표면 활동 중 우주복에 쌓인 높은 전하를 안전하게 제거하는 방법에 총 최대 15만 달러의 상금을 걸었습니다.

왜 달에서 우주복에 전하가 쌓일까?

NASA는 크게 두 가지 원인을 제시합니다. 첫 번째는 마찰대전(tribocharging)입니다. 우주비행사가 달 표면을 걷는 동안 우주복과 레골리스가 접촉하고 분리되면서 전하가 이동할 수 있습니다.

두 번째는 플라스마 충전(plasma charging)입니다. 대기가 거의 없는 달에서는 태양풍과 주변 전자·이온이 표면과 우주복의 전기적 상태에 직접 영향을 줍니다.

영구음영지역에서 왜 더 위험해질까?

달 남극에는 지형 때문에 태양빛이 거의 또는 전혀 닿지 않는 영구음영지역(PSR)이 존재합니다.

햇빛이 있는 표면에서는 광전자 방출이 전하 균형에 영향을 줍니다. 그러나 깊은 그림자에서는 이러한 효과가 사라지고 주변 이온 플럭스도 부족해질 수 있어, 우주복이 상당한 음전위를 갖게 될 수 있습니다.

반대로 햇빛을 받고 있는 착륙선은 약한 양전위를 띨 수 있습니다. 문제는 음전하를 띤 우주비행사가 다시 착륙선으로 돌아올 때입니다.

‘걸어 다니는 고전압 축전기’

NASA는 달 표면에 전하를 자연스럽게 빼낼 환경 메커니즘이 부족하기 때문에 우주비행사가 ‘walking, high voltage capacitor’, 즉 걸어 다니는 고전압 축전기처럼 될 수 있다고 설명합니다.

이 상태에서 착륙선에 접촉하면 큰 전위차 때문에 정전기 방전(ESD)이 발생할 수 있습니다.

NASA는 급격한 방전이 우주복의 중요 층을 열화시키거나 전자장비를 손상시키고, 우주복 내부의 산소가 풍부한 환경에 위험을 만들며, 승무원에게 전기 충격을 줄 가능성을 문제로 보고 있습니다.

달 먼지는 스파크 거리도 늘릴 수 있다

챌린지 기술 조건에는 또 하나 흥미로운 변수가 등장합니다. 바로 달 먼지입니다.

우주복에 쌓인 미세한 달 먼지는 전기 아크가 뛸 수 있는 거리를 늘릴 수 있어, 깨끗한 진공에서보다 더 큰 간격에서도 스파크가 발생할 가능성을 높입니다.

설계 기준은 -100 kV, 하지만 실제 관측값은 아니다

NASA Tournament Lab이 제시한 챌린지 설계 조건은 상당히 가혹합니다.

해결책은 -100 kV 이상으로 음전하된 우주비행사를 약 +100 V의 착륙선과 안전하게 평형 상태로 만들어야 합니다.

중요한 점은 이 -100 kV가 실제 우주복에서 반드시 관측된 값이라는 뜻은 아니라는 것입니다. 이는 챌린지에서 해결책이 대응해야 하는 설계 시나리오입니다.

우주복 인터페이스에서 허용되는 방전 전류는 최대 1.0 mA이며, 목표값은 사람이 감지하기 어려운 수준인 0.2 mA 이하입니다. 시스템 질량은 20 kg 미만이어야 하고, 최대 10일 동안 네 번의 EVA를 지원할 수 있어야 합니다.

NASA가 원하는 것은 ‘아크 없는 방전’

핵심 목표는 우주비행사가 착륙선에 직접 접촉하기 전에 쌓인 전하를 안전하고 빠르게, 가능하면 아크 없이 제거하는 것입니다.

1단계에서는 실제 시제품을 만들 필요 없이 개념 설계를 제출합니다. 심사를 거쳐 최대 다섯 팀이 2단계로 올라가며, 피드백을 반영해 설계를 보완하게 됩니다.

상금은 최대 15만 달러, 마감은 2027년 1월 15일

Lunar Grounding Challenge는 2026년 10월 5일 시작됐으며 현재 접수를 받고 있습니다. 참가 등록은 무료이고, 총 상금은 최대 15만 달러입니다.

제출 마감일은 2027년 1월 15일입니다.

달에 오래 머무는 시대에는 정전기도 우주 기술이다

이 문제가 중요한 이유는 달 탐사가 짧은 방문에서 장기적인 표면 활동으로 바뀌고 있기 때문입니다.

우주비행사가 반복적으로 달 표면을 이동하고 착륙선과 각종 장비를 사용한다면, 지구에서는 별것 아닌 정전기조차 누적되는 안전 문제가 됩니다.

달에서는 산소와 물, 방사선 차폐, 극한의 온도만 해결하면 되는 것이 아닙니다. 사람에게 쌓인 전기를 어떻게 안전하게 빼낼 것인가도 장기 체류 시대를 위한 기술이 됩니다.

자료 출처: NASA Lunar Grounding Challenge, NASA Tournament Lab, NASA Moon South Pole 자료