해저 공간 플랫폼 형상 구축에 관한 고찰

Abstract

최근 해양 공간의 확보, 심해자원 개발 및 군사적 중요성 등으로 해양 개발의 필요성은 높아지고 있다. 세계 각국은 해저 자원 이용을 위한 해저 기지, 해저 생활과 거주를 위한 해저도시 건설로 미래 선도 기술의 확보와 해양영토 확장을 위한 다양한 연구 계획을 추진하고 있다. 국내에서도 개발의 필요성과 민간의 기술적 수요는 꾸준히 있었으나 기술 개발과 초기 투자의 어려움으로 진행이 더뎠다. 해양수산부에서는 국가 차원의 기술 개발을 위해 ‘해저 공간 창출 및 활용 기술개발 사업’을 추진하고 30m 수심에서 3명이 30일간 체류할 수 있는 것을 목표로 하는 해저 공간 플랫폼 구축을 연구하고 있다. 본 연구에서는 해저공간 플랫폼으로 구축될 메인 모듈, 거주 모듈, 데이터센터 모듈의 구조적 안전성을 갖는 다양한 형상에 대해 고찰한다. 모든 모듈은 수압 분산 구조 형상을 채택하여 구조물의 안전성과 좌굴에 대한 충분한 안전율을 확보해야 하며 내부에 설치될 각종 기계 장비를 고려한 충분한 공간을 확보해야 한다. 메인 모듈은 넓은 내부 공간의 확보, 구조적 안전성과 모듈 형상의 심미성 등을 고려해 돔형, 달걀형 등의 구조 형상을 선정하여 비교 검토하였다. 또한, 데이터센터 및 거주 모듈은 실린더형 구조를 채택했고 대칭으로 배치하여 구조적 안정감을 더했다. 높은 수압이 작용하는 해저 구조물의 특성상 내, 외부에 보강 리브를 설치하여 최적 형상 구축안을 도출하였다. 해저 공간의 위험성과 재난 재해 등의 이벤트를 예방하고자 구조 해석 시 구조물의 깊이를 50m로 가정해 수압을 작용하였고 강구조의 좌굴 위험성을 검토하였다. 그 결과, 총부피 약 1,200㎥ 수준의 돔 구조 메인 모듈은 약 30mm의 외부 두께와 돔 구조 내부에 360˚로 30mm 두께의 20개 리브 보강으로 구조적 건전성을 확보할 수 있었다. 달걀형의 구조는 다양한 보강 방식을 적용하여 검토하였다. 메인 모듈 양옆에 설치되는 데이터센터 및 거주 모듈은 충분한 내부 공간 확보 및 데이터 센터의 추가적인 방열 기능을 위해 구조물 외부에 리브를 설치하였다. 각 모듈은 부재 두께 10mm, 보강 리브 두께는 15mm 수준에서 구조 건전성을 확보할 수 있었으며 외부 보강 리브는 최소 8개 이상 설치할 때 가장 비용 효율적인 형상이 도출되었다.