[지식정보] 누리호 발사로 본 우리나라 우주산업

2022년 여름 두 차례 우리나라 우주 이벤트가 있다. 첫번째로 6월 15일에는 우리나라 최초의 독자 개발 우주발사체 '누리호'가 인공위성을 싣고 우주로 날아오르고, 8월 3일(한국시간)에는 우리나라 최초의 달 탐사위성 '다누리'가 미국의 스페이스X 발사체에 실려 우주로 올라간 뒤 달로 향해 간다. 덕산넵코어스는 네비게이션 역할을 하는 위성항법 수신기 전문업체다. 이노스페이스는 독자적인 하이브리드 로켓 엔진 기술을 기반으로 소형위성 발사체 서비스를 준비하는 우리나라 기업이다. 한국은 미국의 달나라 유인 착륙 프로젝트인 '아르테미스'에 참여한다. 이 프로젝트에는 한국을 비롯해 일본과 영국, 이탈리아, 룩셈부르크, 캐나다, 브라질, 호주, 뉴질랜드, 아랍에미리트(UAE), 우크라이나 등 11개국이 동참한다.

자료: https://www.fnnews.com/news/202205231442028439

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https://www.dongascience.com/news.php?idx=54205

https://economist.co.kr/2022/06/03/industry/airport/20220603092433760.html

https:/https://newsis.com/view/?id=NISX20220523_0001881661&cID=10406&pID=13100#

/news.mt.co.kr/mtview.php?no=2022060309484236871

https://biz.chosun.com/it-science/ict/2022/05/18/XVMSTQZAGZFV7BV5YSKV5W2MD4/?utm_source=naver&utm_medium=original&utm_campaign=biz

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1. 우리나라 ‘누리호'와 '다누리'

2022년 여름 두 차례 우리나라 우주 이벤트가 있다. 첫번째로 6월 15일에는 우리나라 최초의 독자 개발 우주발사체 '누리호'가 인공위성을 싣고 우주로 날아오르고, 8월 3일(한국시간)에는 우리나라 최초의 달 탐사위성 '다누리'가 달에 간다. 이를 통해 우주로 가는 교통수단과 우주탐사 기반 기술을 확보한다. 우리나라가 뉴스페이스 시대에 우주개발 기술을 확보하고 우주산업을 육성해 7대 우주 강국이 된다. 과학기술정보통신부는 대국민 명칭공모전을 거쳐 달 탐사선의 이름을 '다누리'로 선정하였다.

다누리와 누리호의 뜻

우선, 우리나라 최초로 달 궤도를 돌며 탐사하는 달 궤도선의 이름이 '다누리'로 결정됐다. 다누리는 순 우리말인 '달'과 '누리'가 합쳐진 이름으로 달을 남김없이 모두 누리고 오기를 바라는 마음과 최초의 달 탐사가 성공적이길 기원한다는 의미다. 다누리는 우리나라의 우주탐사 시작을 알리는 달 탐사선의 공식명칭으로 사용한다.

또 우리나라가 독자적으로 개발한 한국형 우주발사체 '누리호'는 우주로까지 확장된 새로운 세상을 연다는 뜻이다.

누리호와 다누리의 임무

6월 2차 발사는 1차에서 문제됐던 부분을 개선하고 180㎏의 성능검증 인공위성을 싣고 날아 오를 예정이다. 2021년 10월 21일 발사됐지만 마지막 3단 엔진 연료 탱크 문제로 모형 인공위성을 본궤도에 올리지 못했었다. 2023년 1월 누리호 3차 발사는 차세대 중형위성 3호를 실어 쏘아 올린다.

누리호는 중형자동차 무게에 해당하는 1.5톤의 성능검증 실용위성을 고도 600~800㎞인 지구 저궤도에 투입할 수 있는 순수 국내기술로 개발된 3단형 우주발사체다. 항공우주연구원과 국내 300여 개 기업 500여 명이 참여해 2010년부터 2조원 예산을 투입해 개발됐다.

가로 세로 1m 정도 크기의 이 위성에 더 작은 위성이 들어있다. 네모난 큐브 위성이 4기가 들어 있다. 성능검증위성이 안정 궤도에 다다르면 이 4개의 큐브 위성은 우주 공간으로 사출된다. 4개 대학에서 만든 이 큐브 위성들의 크기는 최대 길이가 40㎝ 무게도 10㎏ 이내다. '스텝'(조선대)이란 이름의 위성은 특수 카메라로 백두산 천지 등 한반도 지구 관측 임무를 수행하고, '스누그라이트'(서울대)는 GPS를 활용한 대기 환경 감시, '미먼'(연세대)은 말 그대로 미세먼지 감시, '랑데브'(카이스트)는 지형을 탐색한다.

또 다누리는 2022년 8월 3일 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 스페이스X의 펠콘9 발사체를 이용해 달에 간다. 다누리는 총 중량 678㎏로 우리나라가 개발한 5개의 관측장비와 NASA의 장비를 탑재한다.

4.5개월간 비행해 달 궤도에 도착하면 1년간 돌면서 달의 자원과 자기장 등을 관측한다. 이와 함께 2031년 달 탐사선이 착륙할 후보지를 탐색할 예정이다. 뿐만 아니라 NASA의 관측장비로 달의 극지방에 있는 얼음의 존재를 확인하게 된다.

2. 누리호를 만드는 기업들

한국형발사체(KSLV-2) 누리호가 오는 6월 두 번째 시험 발사에 나선다. 누리호 개발에는 한국항공우주연구원을 비롯해 크고 작은 300개 기업이 참여하고 있다.

발사체에 들어가는 내비게이션에도 우주에서 위성 신호를 수신해 위치와 속도를 계산하는 위성항법 수신기 개발이 요구된다. 극저온과 진공 등 우주에서 접하는 극한 환경 조건에서 안정적으로 작동하도록 개발해야 하는 우주 내비게이션에서 핵심 부품으로 꼽힌다. 한국형발사체 ‘누리호’에는 국내에서 개발된 위성항법 수신기가 장착됐다. 국방 위성항법기술 전문기업이자 자동차 내비게이션 개발 1세대 기업인 덕산넵코어스가 개발했다. 소형 발사체와 자율주행차, 도심항공모빌리티(UAM)에도 활용할 수 있다.

누리호는 길이 47.2m, 무게 200t인 3단형 중소형 발사체로 무게 1.5t의 인공위성을 600∼800㎞인 지구 저궤도(LEO)로 실어나를 목적으로 개발됐다. 누리호는 발사 직후 시속 2만 7000km의 맹렬한 속도를 내며 날아가는데 발사 후 몇 초면 시야에서 금새 사라질 정도로 엄청난 속도다. 관제소에서는 누리호가 예상 궤도로 나아가고 있는지 위치를 파악해야 하는데 여기서 사용되는 장치가 차량에도 사용되는 위성위치확인시스템(GPS)이다. 위성이 쏘는 신호를 측정해 누리호 현 위치와 속도를 계산하는 원리다. 덕산넵코어스가 개발한 위성항법 수신기도 GPS 위성들이 보낸 신호를 포착하고 분석해 누리호의 위치와 속도를 알아낸다. 만에 하나 이 장치가 고장나면 자칫 누리호는 '우주미아'가 될 수도 있다.

누리호에는 120도마다 안테나 3개와 수신기 1개가 달려있다. 이들 장비는 서로 다른 정보를 수신해 항법 기능을 수행한다. 누리호는 GPS를 기반으로 한 항법 장치와 함께 설정된 위치로 유도하는 관성항법 장치를 활용해 비행한다. 둘 중 하나가 고장이 나도 실제 비행에는 무리가 없다.

덕산넵코어스는 위성신호 수신 기술에서 오랜 실력을 인정받아 왔다. 회사는 자동차 내비게이션에서 축적한 기술을 장갑차와 무인수상정, 다련장로켓 천무, 대공미사일 천궁에 적용하고 있다. 한국의 첫 우주발사체 나로호 때도 개발에 참여했다. 이외에도 지상에서 발생하는 다른 신호나 다른 위성이 쏘는 신호를 막아내는 ‘항재밍’ 기능, 또 항재밍을 테스트할 기술도 갖추고 있다. 이런 기술들은 최근 4차 산업혁명으로 주목받는 자율주행차와 도심항공모빌리티(UAM) 등에 활용되는 기술이라는 점에서 시장 가능성은 매우 크다. 반도체와 디스플레이 소재 전문기업인 덕산그룹이 2021년 3월 넵코어스를 인수한 것도 이런 이유에서다.

덕산넵코어스는 누리호 사업 참여로 우주에서도 안정된 동작을 하는 위성항법장치를 개발한 기업으로 인정받으며 우주 분야 사업의 확대를 기대하고 있다. 이미 또 다른 우주개발 사업에 참여하고 있고 총 예산이 3조7200억원에 달해 건국 이래 가장 큰 연구개발(R&D) 사업이자 우주개발사업으로 불리는 한국형위성항법시스템(KPS)에도 참여하고 있다.

3. 한국 첫 민간 우주로켓 회사

어려운 우주 로켓 개발을 독자 기술력을 바탕으로 해내 전 세계 소형 위성 발사시장에 도전장을 내민 기업이 있다. 누리호 사업을 통해 성장한 기업들과도 협력하며 성과를 내고 있다. 이노스페이스는 독자적인 하이브리드 로켓 엔진 기술을 기반으로 소형위성 발사 서비스를 준비하는 기업이다. 하이브리드 로켓 기술은 액체 로켓과 고체 로켓의 장점을 합친 형태다. 제작 기간이 짧고, 안전성과 경제성을 갖춰 빠르게 성장하는 소형위성 시장에서 파급력이 크다.

기업 가치는 브라질에서 가장 먼저 알아봤다. 브라질에서 발사장을 확보한데다 시험발사체에 실어 보낼 브라질의 탑재체까지 수주했기 때문이다. 2022년 12월 시험발사체가 성공적으로 발사되면 국내 첫 민간 상업용 우주로켓 발사 성공이라는 이정표를 세우게 된다.

이노스페이스가 독자 기술력을 발판으로 한양이엔지, 코오롱 등 국내 100여개 기업과 협력해 시험발사체와 이동식 통합발사시스템을 만들었다. 앞으로 단별 시험을 마치면 실제 비행모델 제작에 돌입하게 된다.

민간 투자를 받아 연구개발비를 투입하면서 성과를 내야 했고, 국내에서 우주 산업에 대한 투자 분위기가 좋지 못해 한동안 어려움을 겪기도 했다. 이번에 발사할 로켓은 100km 비행을 목표로 하고 있기에 우주권에 대한 민간기업 첫 발사이며, 상업화에 초점을 맞춰 탑재체를 수주해 발사한다.

이노스페이스는 앞서 브라질, 유럽, 호주, 미국 등 해외 기관을 접촉해 발사장 활용을 타진했다. 수년간의 노력 끝에 브라질 항공과학기술부가 중심이 되어 만든 탑재체를 시험발사체에 실어 보내는 협약까지 체결했다. 브라질을 비롯한 남미에서 안정적인 발사서비스를 제공하기 위한 교두보를 확보했다.

이노스페이스는 앞으로 수직시험시설에서 단인증시험 등 추가 시험을 한 뒤, 실제 비행에 쓸 로켓을 만들어 발사시스템과 발사체를 브라질로 보낼 계획이다.

현재 브라질을 비롯한 남미, 유럽에서도 문의를 받고 있어 시험발사체 발사가 성공하면 해외 발사 서비스 수주가 탄력을 받게 될 전망이다. 2023년까지 50kg 이하 소형위성 지구 저궤도에 보낼 수 있는 소형발사체 ‘한빛 나노’도 개발한다.

4. 대한항공, 국산 소형 발사체용 고성능 엔진 개발 착수

대한항공이 개발에 착수한 엔진은 발사체의 상단부에 들어갈 2단 3t급 엔진이다. 1단은 누리호에 사용된 75톤(t)급 엔진이다. 대한항공을 포함해 사업 대상으로 선정된 민간 기업들이 최초 설계부터 개발 과정 전반을 주도하며 연구개발 경쟁을 펼친다. 사업비용은 약 200억원이며 개발 완료 목표 기한은 오는 2027년이다.

대한항공은 2012년 한국 최초의 우주 발사체인 나로호(KSLV-I) 개발 및 조립, 75톤급엔진과 7톤급엔진 개발 과정에 주도적으로 참여해왔다. 현재도 국내 우주 산업의 글로벌 경쟁력을 강화하기 위해 과학기술정보통신부가 오는 2030년까지 총 2115억원규모로 추진 중인 '스페이스 파이오니어' 사업에 적극적으로 참여하고 있다. 우주 발사체에 쓰이는 공통격벽추진제 탱크 개발, 발사체단간 연결 연료 공급 장치 개발, 모바일발사 패드 개발을 수행해 오고 있다.

대한항공은 엔진 개발 과정에서 엔진 시스템 설계, 조립 및 체계 관리, 시험 인증을 위한 총괄 주관 임무를 수행한다. 대한항공은 사업의 성공적 수행을 위해 비츠로넥스텍, 한양이엔지, 제노코, 한국생산기술연구원, 서울대학교, 충북대학교 등 국내 유수의 항공 우주 기업 및 학계와 컨소시엄을 구성한 상태다. 이 컨소시엄은 액체 로켓 엔진 관련 국내 독자 기술 연구에 집중하는 한편, 3D(3차원) 프린터를 활용한 제조 기술 등 신기술을 적용해 경제성이 높고 성능이 뛰어난 엔진을 개발할 계획이다.

대한항공은 지난 2012년 한국 최초의 우주 발사체인 나로호(KSLV-I) 개발 및 조립, 75t급 엔진과 7t급 엔진 개발 과정에 주도적으로 참여한 바 있다. 또한 항공기 체계 종합, 민간 항공기 구조물 개발 사업을 지속 수행하면서 높은 수준의 항공 우주 기술 역량을 갖추고 있다.

대한항공은 현재 과학기술정보통신부가 오는 2030년까지 총 2115억원 규모로 추진 중인 ‘스페이스 파이어니어(Space Pioneer)’ 사업에도 참여하고 있다. 우주 발사체에 쓰이는 공통격벽 추진제 탱크 개발을 비롯해 발사체 단간 연결 연료 공급 장치 개발, 모바일 발사 패드 개발을 수행하고 있으며, 우주 전문 인력 양성을 위한 미래우주교육센터 부산대학교 컨소시엄에 참여해 발사체 탑재용 항공 전자 시스템 개발과 공중 발사체 임무 설계를 진행 중이다.

5. KT, 위성기술로 440兆 우주산업 참여

KT가 440조원 규모인 세계 우주산업 시장을 본업인 통신사업 노하우를 토대로 강화한 위성기술을 앞세워 시장에 참여한다. KT SAT 금산위성센터는 1970년 6월 국내 최초로 개국한 위성통신지구국으로 개국 52주년을 맞았다. 초기 미국, 일본 등 태평양 연안 7개국을 대상으로 136회선으로 서비스를 시작해, 현재는 초대형 고성능 안테나 45개, 무궁화 5·5A·6·7·8호 등 위성 5기와 7000회선을 보유한 아시아 최대 규모 사업자로 성장했다.

KT SAT는 세계에서 절반 이상인 60%가량을 커버할 수 있는 이들 위성통신 네트워크를 통해 고속 위성데이터·방송서비스, 해양위성통신(MVSAT), 위성영상 이미지 데이터(Space Data) 서비스를 제공한다. 주로 정부·군을 지원하는 프로젝트를 수행한다. 2022년 초 태풍으로 피해를 입은 필리핀 중남부 지역에 위성망을 공급하기도 했다.

세계 우주산업 규모는 2021년 기준 약 439조원으로, 매년 5∼7%씩 증가 추세다. 세계 위성 시장도 저·중궤도 위성 등의 공급과 고용량 데이터 수요에 힘입어 성장하고 있다. 위성통신은 6세대 이동통신(6G) 시대를 선도하기 위한 필수다. 저·중궤도 위성의 공급과 고용량 데이터 수요 확대에 따라 위성 시장은 급속도로 성장 중이다. 이에 글로벌 민간기업들도 우주산업에 참여하고 있다. 스페이스X의 스타링크와 아마존 프로젝트 카이퍼 등이 대표적이다.

세계 우주산업 규모 중 위성(발사체) 제작은 3.4%에 불과하지만, 위성 활용 서비스는 33.6%를 차지한다. KT SAT는 해외 위성 사업자와 협업해 세계에서 송출되는 미확인 간섭 신호의 분석 능력을 강화해 나갈 예정이다. 스페이스X나 아마존과 협력할 수 있다.

KT SAT는 신기술 개발과 글로벌 협력에 힘 쏟는다. 우선 다중궤도 위성통신 서비스로 경쟁력 강화에 나선다. 정지궤도(GEO), 중궤도(MEO), 저궤도(LEO) 등 각각의 위성 시스템의 장점을 융합한 해당 서비스를 통해 서비스 품질을 향상시킨다.

또 GEO 위성과 더불어 LEO 등의 비정지궤도(NGSO) 위성 확보도 동시 추진하고 있다. 이와 관련 2021년 9월에는 국제전기통신연합(ITU)으로부터 저궤도 위성망 주파수의 사용 허가를 받았다.

KT SAT는 스타트업 인수합병에 적극적으로 나선다. 2022. 1월에는 다중궤도위성 스타트업 '망가타'(Mangata)에 투자했다.

신기술 개발에도 착수한다. 관련 분야로는 △하이브리드솔루션(Hybrid Solution) △엣지컴퓨팅(Edge computing) △저궤도 군집위성 등이 있다. 이중 하이브리드 솔루션 위성망과 이종망(5G, LTE, 와이파이 등) 간 양방향 통신 제공으로 끊김이 없고 빠른 서비스를 출시 준비 중이다.

아울러 스페이스 데이터(Space data) 사업을 신사업으로 추진해 위성데이터, 방송, TV 등 기존 서비스에서 글로벌 위성 서비스 사업 전체로 영역을 확대한다. 스페이스 데이터 사업은 위성 이미지 수집, 전처리, 분석·활용 등을 포함한다. KT SAT은 우선 국내 시장을 대상으로 스페이스 데이터 사업의 레퍼런스를 확보하고 글로벌 시장으로도 진출한다.

해외 사업자와의 국제 협력도 꾀한다. KT SAT은 2021년 말 전 세계 위성 사업자가 참여하는 행사 '유로컨설트 WSBW 2021'에 참석해 저궤도 위성 사업을 위한 '해외 지역사업자 연합체'의 결성을 제안했다. 이와 관련해 KT SAT는 저궤도 군집위성 설계를 포함해 주파수 및 궤도 사용을 위한 ITU 파일링을 완료했다.

간섭신호 탐지시스템 '지오로케이션'(GEOLOCATION)도 도입 및 개선했다. KT SAT는 앞으로 해외 위성 사업자와 협업해 전세계에서 송출되는 미확인 간섭 신호의 분석 능력을 강화한다.

6. 한국 미국 우주협력

한미 양국 정상은 2022.05.21일 우주협력의 전 분야에 걸쳐 강화하겠다고 약속했다. 중국을 견제하기 위해, 안보와 직결된 우주 분야에서도 한국 등 우방국들과의 협력을 확대하는 것이다. 이에 따라 미국의 유인 달 탐사 프로그램 '아르테미스' 등 우주탐사 공동 연구와 한국형 위성항법시스템(KPS) 개발이 탄력을 받을 것으로 보인다.

'아르테미스 프로젝트'는 NASA가 오는 2025년까지 달에 각각 여성과 유색인종 우주비행사 2명을 착륙시키는 것을 목표로 하는 미국 정부의 최대 우주개발 사업이다. 지난 1969년 인류 최초의 달 탐사인 '아폴론 프로그램' 이후 50여 년 만에 달 탐사를 재개한다. 이 프로젝트에는 한국을 비롯해 일본과 영국, 이탈리아, 룩셈부르크, 캐나다, 브라질, 호주, 뉴질랜드, 아랍에미리트(UAE), 우크라이나 등 11개국이 동참한다.

한국은 2022년 8월 1일 처음으로 달 탐사선을 보내는 것을 시작으로 달을 향한 도전을 지속한다. 세계 우주 최강국과의 협력은 큰 보탬이 된다. 한국은 향후 예산과 인력 등을 아르테미스 프로그램에 더 많이 투입해 우리의 항공우주 기술을 고도화할 기회를 얻을 수 있다.

윤석열 정부는 '한국판 NASA'인 우주청 설립 등 세계 7대 우주강국을 주요 국정과제로 제시하고 있다. 달 탐사뿐 아니라 우주산업 전반에서 한미 우주협력 성과가 기대된다. 미국도 한국의 적극적인 협력은 중국·러시아 등과의 우주경쟁에서 유리한 고지를 점하는 데 보탬이 된다고 보고 있다.

발사체뿐만 아니라, 한반도를 정밀 관측할 목적인 다목적 6호 위성·차세대 중형위성 2호 발사(위성), 우리나라 최초 우주탐사선인 달 궤도선 발사(우주탐사) 등 발사체, 위성, 우주탐사까지 3대 우주개발 영역을 2022년에 모두 진행하고 있다.

미국의 한국형 위성항법시스템(KPS) 개발 지원 기대

양 정상은 한국의 한국형 위성항법시스템(KPS) 개발 지원을 재합의했다. 항법 위성 개발이 처음인 한국은 기술과 경험이 가장 풍부한 미국의 도움이 절실하다. KPS는 미국 위성항법시스템(GPS)에 대한 의존도를 낮춰 유사시에 대비하고, 자율주행, 드론(무인기) 등 4차 산업혁명 시대에 수요가 많은 초정밀 위치항법 기술을 자체적으로 확보하기 위한 사업이다.

과학기술정보통신부는 2022년 2월 '2022년도 우주개발진흥 시행계획'을 통해 우리나라 역대 최대 우주개발 사업인 한국형 위성항법시스템(KPS) 개발을 본격 착수해 오는 2035년 최종 완성하는 목표로 추진한다. 한국형 위성항법시스템과 미국의 GPS를 함께 사용할 수 있게 되면 보다 향상된 위성항법서비스가 가능하다.