안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 다누리의 장비와 탐사에 사용되는 과학 기술에 대해 알려주세요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.다누리의 목표는 달 탐사 기술과 과학을 향상시키는 것으로 우주 탐사 위성 기술의 독자 개발, 국제 협력 증진, 미래 달 자원 확보 및 우주 영역 증대, 새로운 세대에게 우주 관련 활동에 대한 영감과 교육 등을 목표로 한다. 위성 본체 개발 기술은 대부분 확보되어 있으므로 심우주 탐사 위성 개발 관련 기술인 비행/관제/제어 기술 (소위 심우주 G(Guidance), N(Navigation), C(Control) 기술) 및 심우주 지상국 개발 기술, 대형 추진 시스템 개발 기술을 획득/검증하는 것이 목표이다.과학적 목적은 2단계 달 임무인 달 착륙지 선정을 위한 달 표면의 고해상도 영상 촬영, 달의 지질과 자원 탐사, 달 표면과 근처 영역의 우주환경 연구로 달 자기장 지도 획득, 방사능 세기 연구 및 고에너지 입자 밀도 연구 등이 있다.다누리(KPLO - NSSDCA[8] ID: 2022-094A) 에 탑재되는 주요 탑재체는 총 6개이며, 이들 장비의 합산 중량은 34.2kg이다.[9]LUTI (Lunar Terrain Imager); 고해상도 카메라 [12.0kg]한국항공우주연구원 개발한국형 달 탐사선이 착륙할 수 있는 후보지를 촬영하는 5m급 고해상도 카메라NSSDCA ID: 2022-094A-01PolCam (Wide-angle Polarimetric Camera); 광시야 편광카메라 [2.6kg]한국천문연구원 개발달 표면 입자 및 우주선의 영향을 분석하기 위해 달 표면 편광영상을 촬영하는 장비NSSDCA ID: 2022-094A-02KMAG (KPLO Magnetometer); 자기장 측정기 [3.2kg]경희대학교 개발달 표면에서 100km 상공까지의 자기력을 측정하는 자력계NSSDCA ID: 2022-094A-04KGRS (KPLO Gamma-Ray Spectrometer); 감마선 분광기 [6.3kg]한국지질자원연구원 개발달 표면을 이루는 원소의 성분과 분포 양상을 분석하는 장비NSSDCA ID: 2022-094A-03DTNPL (Delay Tolerant Network Payload); 우주인터넷 탑재체 [0.8kg]한국전자통신연구원(한양대학교, 루미르) 개발지연-내성 네트워크(DTN)을 시험하여 우주 인터넷을 시험하는 장비ETRI 소개영상, DTN 기술 설명영상, 방탄소년단의 Dynamite 뮤직비디오 등을 메모리에 저장, 통신 테스트에 사용NSSDCA ID: 지정번호 없음[10]SHC (ShadowCam); 영구음영지역 카메라 [9.3kg]NASA(애리조나 주립대학교) 개발물에 대한 증거를 찾기 위해 달 표면에서 영구적으로 그림자가 있는 지역의 반사율을 측정하는 장비NASA는 SHC의 임무자료가 아르테미스 계획의 달탐사선 착륙지 선정에 관한 중요 정보로 활용된다고 공지#NSSDCA ID: 2022-094A-05탑재체 및 그 목적들을 보면 알겠지만 다누리는 한국형 달 착륙선을 띄우기 위한 준비이면서, 동시에 아르테미스 계획과 그 이후 인류의 달 탐사의 선봉이 될 예정이다. 다누리는 LUTI, KGRS, PolCam으로 달의 지형도와 자원 지도를 완성하고, 섀도우캠으로 달 남극의 물 분포를 분석해 최적의 달 기지 건설부지를 찾아내어 미래 인류의 달 탐사에 크게 기여할 것은 물론, DTNPL으로 세계 최초의 지구-달 우주 인터넷을 실증해 향후 루나 게이트웨이와 그 이후 건설될 월면 기지에서 이를 응용할 수 있는 기반을 마련할 것이다.한국항공우주연구원에서 개발하는 LUTI를 제외한 다른 국내 탑재체들은 공모를 통해 2016년에 선정되었다. 한미 우주협력협정에 따라 NASA로부터 한국에서 처음 시도하는 심우주 비행/관제/제어 기술에 대한 지원을 받는 대신 NASA의 탑재체를 싣기로 하였으며, 미국 애리조나 대학교에서 제안한 섀도우 캠(Shadow Camera, SHC)을 2017년 NASA에서 선정하였다.# 이 탑재체는 달의 극지방의 영구적으로 어두운 부분을 집중적으로 관측하여, 극미량 존재하는 달의 물 분자를 탐지하는데 기여 할 것으로 예상된다.
기계공학
Q. 3D프린터로 지금 어디까지 가능한가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아직 한국의 경우 3D프린팅 산업은 다른 국가에 비해 뒤쳐져있지만 곧 앞선 3D프린팅 기술을 선보이길 바라며 3D프린터의 장점에 대해 살펴보겠습니다.1. 재료 낭비 최소화절삭가공 방식의 생산방식은 어떠한 재료를 깎아내어 형체를 만들어내는 방식으로 어쩔 수 없이 재료 낭비가 발생합니다. 반면 3D 프린터는 플라스틱, 음식, 생화학 물질 등 재료를 한 층씩 쌓는 적층방식을 사용하기 때문에 재료 낭비를 줄여줍니다. 2. 다품종 소량생산과거 대량생산 방식에서는 수요가 적은 제품을 쉽게 만들 수 없을뿐더러 극히 소량의 제품이 한정적으로 공급되며 무척 비싼 가격에 판매되었습니다. 그러나 3D프린터는 다품종 소량생산과 개인 맞춤형 제작이 가능하기 때문에 수요에 구애 받지 않고 필요에 따라 얼마든지 제작할 수 있습니다. 3. 소비 네트워크의 변화3D프린팅은 제조 분야에만 혁신을 초래하지 않습니다. 소비자는 3D프린팅을 통해 제조된 상품을 구매할 수도 있지만 시스템 안으로 들어가 직접 3D 데이터를 제공하며 직접 참여할 수 있습니다. 이제까지 특정 기업에 한해서 판매되고 공급되던 물품은 소비자도 직접 참여해 제작하고 공급할 수 있는 시대가 도래하는 것입니다. 4. 다양성 추구3D프린터가 있으면 한 가지 모델로도 다양한 시도와 변경이 가능합니다. 기존의 제작방식에서는 작은 내용이라도 수정하거나 변경하기 위해서 기기 설계 및 부품 등을 교체하는 작업이 필요했지만 3D프린터는 3D데이터를 수정해 출력할 수 있습니다. 이러한 장점은 기업에서 시제품 용도로 많이 사용됐으며, 불필요한 과정을 생략할 수 있기 때문에 기업의 운영비용을 절감하는 효과를 얻게 합니다. 5. 생산방식의 간소화기존 제작 방식에는는 일정한 공간과 인력, 설비시설 등 요구사항이 많았습니다. 하지만 3D프린터는 출력 작업을 진행하는 프린터와 컴퓨터만 있으면 됩니다. 그 예로, 두바이에서 최초로 완성한 3D프린팅 건축물의 경우 17일의 제작기간 중 단 한 명의 직원만 필요했습니다. 6. 다양한 활용범위3D프린터는 제품의 사이즈에 상관없이 얼마든지 원하는 것을 제작할 수 있습니다. 현재도 3D프린팅 기술을 다양한 분야에서 활용하고 있습니다. 프린팅 방식과 재료에 따라 의료, 건축, 문화, 디자인 등 활용범위는 앞으로도 더 확대될 전망입니다. 7. 누구나 도전할 수 있다특별한 기술이 없어도 3D프린터를 손쉽게 사용할 수 있습니다. XYZprinting 제품처럼 소비자를 향한 보급형 3D프린터가 공급되면서 3D프린터는 개인 사용자에게로 확대되고 있습니다. 가격경쟁력을 확보하고 출력 속도가 개선되며 손쉬운 사용환경으로 무장한 3D프린터는 이제 특정 기업이나 전문가에게 국한된 게 아닌 관심만 있으면 누구라도 도전할 수 있게 됐습니다.
생물·생명
Q. 수영할 때 사용하는 오리발의 과학원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.오리발은 발가락 사이에 헤엄칠 때 물을 많이 찰 수 있도록 물갈퀴가 붙어 있습니다. 물을 한꺼번에 많이 차면서 반작용으로 앞으로 나아가는 원리 입니다.
생물·생명
Q. 유전자 융합 기술이 현재 어떤 단계인지 궁금해요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.유전자 융합(Gene fusion)은 자연적으로 염색체 내에서 전좌(translocation), 간질 제거(interstitial deletion), 염색체 역전(chromosomal inversion)을 통해 일어나기도 한다. 유전공학 기술을 이용하여 두 종류의 서로 다른 유전자를 연결하면서 조작하는 것으로 여러 분야에 사용할 수 있다. 암호화 서열을 조절하는 프로모터가 제거되면 그 유전자가 다른 프로모터의 통제하에 놓이도록 암호화 서열을 다른 조절 부위(regulatory region)에 융합시킬 수 있다. 또 다른 방법으로는 프로모터 부위를 분석이 쉬운 산물의 유전자에 융합시킬 수도 있다.진화에서 역할유전자 융합은 새로운 유전자 산물을 만들어내어 진화(evolution)가 이루어지는데 역할을 하기도 한다. 복제와 재조합 과정에서 기존에 존재하는 유전자의 일부들을 이용하여 새로운 유전자를 만들기도 한다. 만약 유전자 융합이 암호화 지역(coding region)에서 일어나면, 새로운 기능을 가진 유전자를 만들기도 하고, 비암호화 지역(non-coding region)에서 일어나면, 유전자 발현 조절에 영향을 주어 다른 유전자 발현 조절을 변화시킬 수도 있다.유전자 융합의 종류오페론 융합(Operon fusion): 자신의 번역 개시 부위와 신호를 보유하고 있는 암호화 서열이 또 다른 유전자의 전사 부위에 융합되는 것을 말한다.단백질 융합(protein fusion): 두 개의 암호화 서열이 동일한 전사 및 번역 개시 부위와 신호를 공유하도록 융합되는 것을 말한다.유전자 융합의 이용유전자 융합은 유전자의 조절 연구에 자주 이용되는데, 특히 유전자가 생성하는 산물의 농도를 측정하는 것이 어렵거나 시간이 많이 소모되는 경우에 사용된다. 관심있는 유전자의 조절 부위를 β-galactosidase나 GFP 같은 보고 유전자의 암호화 서열에 융합시킨다. 이 보고유전자는 표적 유전자의 발현을 유발하는 조건 아래 놓이게 된다. 관심있는 유전자가 어떻게 조절되는지를 결정하기 위하여 다양한 조건하에서 보고유전자의 발현을 분석한다.유전자 융합은 조절 유전자의 효과를 조사하기 위해서도 이용된다. 조절 유전자에 영향을 주는 돌연변이가 유전자 융합을 가지고 있는 세포에 도입되고, 조절 유전자에 돌연변이가 없는 세포와 발현을 측정하여 비교한다. 이것은 표적 유전자를 조절할 것으로 생각되는 여러 개의 조절 유전자들에 대한 신속한 검색을 가능하게 한다.
토목공학
Q. 눈물은 어떤 성분으로 이뤄져있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.눈물샘의 분비액. 각막이나 결막 표면을 적시고 이물을 씻어낸다. 사람의 눈물성분은 98%가 물이고, 단백질(알부민과 글로불린 혼합액 0.4%), 식염, 탄산나트륨, 인산염, 지방 등이 함유된 등장액이며(pH 7.4), 리소자임이 포함되어 있어 살균작용을 한다. 각성시에는 결막의 건조를 막을 정도로 끊임없이 분비되고 눈의 깜박임에 의해 전면으로 공급된다.
지구과학·천문우주
Q. 목성은 가스형 행성인데요. 어떠한 가스로 구성되어 있는지 궁금합니다
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.목성의 대기는 주로 수소, 헬륨으로 이루어져 있으며 약간의 암모니아와 메탄이 존재한다. 그리고 목성의 모습을 보면 줄무늬가 보인다. 검은 줄무늬를 ‘띠(belt)’, 그리고 밝은 줄무늬를 대(zone)라고 부른다. 적외선 관측결과에 의하면 대는 띠보다 온도가 낮고, 따라서 더 높은 상층에 위치함을 알려준다. 그리고 대는 고압의 상승영역이고, 띠는 저압의 하강영역임을 제시해 준다. 목성의 대기에서 가장 유명한 현상은 대적반이다. 겉에서 보기에는 보통의 소용돌이처럼 보이지만 그 안은 매우 역동적이다.수소분자로 이루어진 목성의 지름은 14만 3,200km로 목성이 조금만 더 큰 천체였더라면 목성의 내부에서 핵반응이 일어나 제 2의 태양이 되었을지도 모른다. 목성의 질량은 지구의 약 318배이고 부피는 지구의 약 1,400배나 되지만 태양의 밀도와 비슷한 목성의 밀도는 지구보다 낮은 지구의 약 1/4정도밖에 되지 않는다. 그 이유는 목성은 태양처럼 밀도가 낮은 수소와 헬륨으로 구성되어 있기 때문이다.
화학
Q. 수소와 헬륨이라는 이외에 어떠한 조건이 맞아야 항성으로 발전할 수 있는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양은 주로 수소와 헬륨 가스 상태로 이루어져 있고 핵융합으로 빛을 만드는 수많은 별들 중 하나이며, 태양계 질량의 대부분을 차지한다. 태양 천문학(太陽 天文學, solar astronomy)에서는 태양의 내부 구조 및 진화, 표면 및 대기의 특성과 변화 등을 다양한 방식의 관측과 이론적 접근 방법을 이용해 연구한다. 태양은 지구에서 가장 가까운 별 이기 때문에 이러한 연구가 용이하며, 그 결과는 멀리 있는 다른 별들을 연구하는데 토대가 된다.태양 내부 구조와 진화 등에 대한 연구는 전통적인 항성 천문학(天文學, astronomy)으로 분류된다. 반면, 태양 표면과 코로나 대기층의 활동은 지구를 포함한 태양계 공간 전체에 직접적 영향을 주기 때문에 우주과학(宇宙科學, space science) 분야와 겹친다.태양의 중심핵에서는 수소핵융합반응이라는 핵융합반응이 일어나고 있다. 이는 약 1000만K의 온도에서 일어나는 핵융합반응으로, 수소원자 4개가 모여서 헬륨원자 1개와 열에너지를 만들어내는 반응이다. 이때 나오는 열에너지로 인해, 태양은 타오르고 있고, 지구까지 그 열이 전달되는 것이다. 지금 이 순간도 1초마다 상상도 할 수 없는 엄청난 양의 수소가 헬륨으로 변하면서 타버리고 있다. 아직 수소가 헬륨으로 전부 타버리지 않았기 때문에 다음과 같은 구성비율이 나오는 것이라 할 수 있겠다. 참고로, 이런 중심핵에서 수소핵융합반응이 일어나는 별들을 주계열성(Main Sequence)라고 부른다.
전기·전자
Q. 전기차의 회생제동은 어떤 원리 일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.회생제동시에는 전기모터가 발전기의 역할을 하게 됩니다.자동차가 움직이고 있으므로 운동에너지를 가지고 있습니다.이때 회생제동을 하게 되면 바퀴의 운동에너지가 발전기를 움직이게 하면서 전기를 만들어냅니다. 발전소에서 전기를 만드는 원리와 똑같습니다. 그렇게 생성된 전기에너지는 배터리로 이동하여 전기가 충전됩니다. 이렇게 충전된 전기를 다시 가속하는 데 쓸 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양의 고도가 낮을 때와 높을 때, 그림자의 길이는 어떻게 변화하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양의 고도가 높으면 그림자는 짧아집니다. 반대로 태양의 고도가 낮으면 빛추는 각이 길어져서 그림자가 길어 지게 됩니다.
화학
Q. 열전도율이 가장 낮은 물질은 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.열전도율이 굉장히 낮은 나무를 많이 씁니다. 그리고 나무가 대표적으로 열전도율이 낮은 물질이라고할 수 있습니다. 그리고, 콘크리트, 플라스틱도 열전도율이 낮습니다! 그리고 단열제로 많이 사용하는 발포스티렌수지나 유리섬유, 질석보드 등이 있습니다.