로봇 물줄기로 대형 물체의 페인트를 벗기다

욕실 벽에 붙은 오래된 스티커를 떼어 본 적 있나요? 손톱으로 긁다가 드라이어까지 꺼냈는데, 끈적한 자국만 남아 한숨 쉬던 장면이요. 작은 스티커 하나도 이렇게 애를 먹이는데, 로켓이나 비행기처럼 거대한 물체의 페인트라면 어떨까요? 이번에는 그런 커다란 물체의 겉면을 벗겨내는 기술 이야기를 들려드릴게요.

이미지 출처: NASA

거대한 로켓 통의 페인트는 어떻게 벗겨냈을까요?

발사 장면에서 불꽃을 뿜으며 솟아오르는 로켓을 화면으로 본 적 있을 거예요. 그렇게 커다란 몸체에 칠해진 페인트는 나중에 어떻게 벗겨낼까요? 기록의 첫 장면은 마셜 우주비행센터(MSFC)가 USBI(현 프랫 앤 휘트니)에 우주왕복선 고체로켓 부스터의 도장과 열보호재를 고압수로 벗겨내는 시스템 개발을 맡긴 것이에요.

열보호재는 뜨거운 열이 안쪽으로 전해지지 않도록 겉을 감싸는 소재를 말해요. 냄비 손잡이에 씌운 실리콘 덮개를 떠올리면 쉬워요. 그러니 벗겨낼 대상은 페인트 한 겹만이 아니라 열보호재까지 포함돼 있었어요.

고압수는 말 그대로 압력을 높여 내보내는 물이에요. 이 시스템은 고압의 물을 분사하는 방식을 기반으로 해요. 고압 세척기로 자동차를 씻어 본 사람이라면 손끝에 전해지던 묵직한 반동이 기억날 거예요.

집 벽을 다시 칠하기 전에 묵은 페인트를 사포로 긁어내 본 사람이라면 그 준비 작업이 얼마나 품이 드는지 알 거예요. 벽 한 면이 아니라 로켓 통 하나라면 그 품은 훨씬 커지겠죠? 이런 일을 사람 손이 아닌 어떤 방식으로 맡겼을지 궁금해지네요.

물줄기가 페인트를 벗겨내는 원리는 뭘까요?

정원 호스 끝을 엄지손가락으로 반쯤 막아 본 적 있나요? 물이 가늘어지면서 훨씬 멀리, 세게 뻗어 나가요. 같은 양이 좁은 구멍으로 빠져나가려니 속도가 빨라지기 때문이에요. 빨라진 물줄기는 그만큼 큰 힘을 실어 나르죠.

고압수 방식은 이 원리를 힘껏 키운 거예요. 펌프로 물에 강한 압력을 걸고 아주 가는 노즐로 내보내면, 힘이 작은 한 점에 모여요. 그 한 점이 페인트 층의 미세한 틈으로 파고들어 표면에서 들어 올려요. 칼로 긁어내는 것이 아니라, 작디작은 물방울 망치가 쉴 새 없이 두드리는 모습에 가까워요.

페인트 밑에 깔린 바탕 소재를 흔히 기판이라고 불러요. 벗기는 힘이 너무 세면 기판까지 깎이고, 너무 약하면 페인트가 그대로 남아요. 그래서 세기와 방향, 머무는 시간을 알맞게 맞추는 일이 중요해요.

로켓이나 우주선 부품은 높은 온도와 진동을 견디도록 여러 겹의 보호층을 입는 경우가 많아요. 이런 부품을 다시 쓰려면 겉의 층만 걷어내고 속은 건드리지 않는 방법이 필요하죠. 그래서 힘을 일정하게 조절하는 작업 방식이 우주 분야에서 쓸모가 커져요.

로봇은 물줄기의 무엇을 조절할까요?

고압 물줄기를 맨손으로 한참 쥐고 있다고 상상해 보세요. 팔은 떨리고 각도는 조금씩 흔들릴 거예요. 이 시스템에서는 이동식 플랫폼에 장착된 로봇이 물줄기의 각도, 수압, 유량을 제어해요.

각도는 물줄기가 표면에 닿는 방향이고, 수압은 밀어내는 힘의 세기예요. 유량은 흘러나오는 물의 양을 가리켜요. 이 셋은 서로 영향을 주고받아서, 하나만 바꿔도 벗겨지는 모습이 달라져요.

이미지 출처: NASA

이 기술은 지금 ARMS라고 불려요. 제트 엔진 부품의 코팅을 벗겨내는 데 상업적으로 쓰이고 있어요. 코팅은 부품 표면을 덮은 얇은 막이라고 생각하면 돼요.

기록에 따르면 ARMS는 수작업 방식보다 상당히 빠르고, 필요한 인력도 최소화돼요. 여기서 말하는 수작업은 사람이 직접 도구를 들고 하나하나 벗겨내는 방식을 뜻해요. 벽지를 혼자 손으로 뜯어 본 사람이라면 속도와 일손이 얼마나 중요한지 알 거예요.

독성 화학물질이 덜 필요하면 무엇이 줄어들까요?

페인트 제거제를 써 본 사람이라면 코를 찌르는 냄새와 두꺼운 장갑, 마스크가 기억날 거예요. 다 쓰고 나면 남은 액체와 찌꺼기를 어디에 버릴지도 고민이고요. 기록에는 ARMS가 독성 화학물질의 필요성을 줄인다고 되어 있어요.

같은 기록에서 폐기물 처리와 작업자 보호 장비의 필요도 줄어든다고 해요. 작업자 곁을 지키던 보호 장비가 줄어든 작업장은 어떤 모습일까요? 머릿속으로 그려 보면 약품 하나에 얽힌 일이 얼마나 많았는지 새삼 느껴져요.

또 기판 손실이 최소화되어 부품의 수명이 연장된다고 기록돼 있어요. 눌어붙은 때를 벗긴다며 프라이팬 코팅까지 박박 긁어낸 경험이 있다면 이 말이 와닿을 거예요. 코팅까지 긁어내면 팬은 금방 상하잖아요.

작업 현장에는 눈에 잘 보이지 않는 비용이 가득해요. 약품을 사고, 보관하고, 쓰고, 버리는 단계마다 사람이 손을 보태야 하니까요. 그 단계 하나하나를 떠올려 보면 한 가지 방식이 바뀔 때 달라지는 일이 꽤 많겠다는 생각이 들어요.

항공사와 공군은 이 기술을 어디에 썼을까요?

비행기 창가에 앉아 날개 너머로 동체의 도장을 유심히 본 적 있나요? 그 페인트도 언젠가는 새로 칠해야 하지 않을까요? 기록에는 ARMS 작업셀의 사용자로 델타 항공과 공군이 올라 있어요.

작업셀은 로봇과 장비를 한 구역에 모아 두고 일을 처리하는 작업 공간을 말해요. 부엌 한 칸에 조리 도구를 다 모아 둔 모습과 비슷하다고 보면 돼요. 공장의 긴 생산 라인과는 느낌이 꽤 다르죠.

공군은 이후 USBI와 계약해 대형 항공기 도장 제거 시스템(LARPS)을 개발하게 했어요. LARPS의 장점은 ARMS와 비슷하다고 기록돼 있어요. 군용과 민간 항공기 정비에서 큰 잠재력이 있다고도 해요.

여객기 한 대의 겉면을 생각하면 손으로 하는 작업이 얼마나 막막할지 상상이 돼요. 마당 전체를 손걸레로 닦는 장면과 비슷할 거예요. 작업 규모가 커질수록 사람 손만으로는 시간이 한없이 늘어나는 것처럼 느껴져요.

선박과 철도차량까지 물줄기로 벗길 수 있을까요?

이 기술은 항공기 도장, 항공기 검사 기법, 그리고 선박과 철도차량 같은 대형 물체의 도장 제거에도 응용될 수 있다고 기록돼 있어요. 응용될 수 있다는 표현은 가능성을 말하는 거예요. 부두에 서 있는 커다란 배의 옆면이나 역에 멈춰 선 열차를 보면 그 크기가 새삼 실감 나요.

배와 열차는 비바람과 햇볕을 늘 맞으며 달려요. 페인트가 오래되면 들뜨고 갈라지는 모습은 현관문이나 자전거에서도 흔히 보이죠. 크기만 다를 뿐, 겉면을 덮은 층을 걷어내고 다시 입힌다는 고민은 비슷해요.

도장을 벗겨내는 일과 새로 입히는 일은 서로 이어져 있어요. 벗겨낸 면이 고르지 않으면 새 페인트도 곱게 앉기 어렵거든요. 그래서 벗기는 단계가 칠하는 단계의 마무리에 영향을 주는 경우가 많아요.

오늘 길을 걷다 벗겨져 가는 페인트가 눈에 띄면, 그 아래 숨어 있는 바탕 소재를 한번 떠올려 보세요. 난간이든 자전거든, 겉에 입힌 얇은 층 하나에도 그것을 벗겨내는 사람들의 고민이 들어 있을지 몰라요.

참고 자료: NASA Spinoff 공식 사례 (MSFC-SO-130) · spinoff.nasa.gov
이미지는 NASA 공개 자료이며, 이 글은 NASA의 공식 입장이나 보증과 무관합니다.