2023년 발사되는 누리호(3차)에 차세대소형위성 2호, 그리고 국내 기업과 연구기관이 개발 초소형 큐브(Cube) 위성 등이 탑재될 예정이다. 이 발사에서 국산화 개발을 마친 국내 발사관이 지난 2차 발사에 사용된 러시아 발사관을 대체하고 우주발사체에 이어 초소형위성 사출 기술까지 검증함으로써 위성의 발사, 분리, 운용에 필요한 핵심우주기술을 완성할 수 있을지 주목되고 있다.(사진=이기종 기자)
2023년 발사되는 누리호(3차)에 차세대소형위성 2호, 그리고 국내 기업과 연구기관이 개발 초소형 큐브(Cube) 위성 등이 탑재될 예정이다. 이 발사에서 국산화 개발을 마친 국내 발사관이 지난 2차 발사에 사용된 러시아 발사관을 대체하고 우주발사체에 이어 초소형위성 사출 기술까지 검증함으로써 위성의 발사, 분리, 운용에 필요한 핵심우주기술을 완성할 수 있을지 주목되고 있다.(사진=이기종 기자)

[ATN뉴스=이기종 기자] 대한민국은 2022년 6월 21일 누리호의 2차 발사가 성공하면서 우주에 대한 꿈과 산업을 키울 수 있는 계기를 마련했고 앞으로 정지궤도 위성, 다목적 실용위성, 차세대중형위성, 초소형 군집위성 등을 발사할 계획이다.

그동안 정부에서 제시한 우주발사체 개발, 달 착륙선 등 우주에 대한 희망과 꿈은 정치적 지향점에서 출발했지만 누리호의 성공적인 발사를 계기로 정치적 수사가 아닌 정책적 논의에서 출발해야 한다는 목소리가 커지고 있다.

실례로 국외에서는 뉴 스페이스(New Space) 시대에 맞게 민간 기업이 우주 산업의 일부를 이끌고 있으며 특히 미국 민간기업인 스페이스 엑스(Space X)는 재사용 발사체(팰컨9, Falcon9)를 수년간 활용하고 있으며 더 나아가 이를 대체할 기술을 자체적으로 개발하고 있다.

본지는 지난 2018년부터 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소(SaTReC, Satellite Technology Research Center)가 추진하고 있는 차세대 소형 인공위성 사업에 대해 주목해 왔고 앞으로 한국형 발사체 누리호(3차)를 통해 우주로 갈 차세대 소형위성 2호를 중심으로 국내 우주산업의 변화를 전망하는 ‘K-인공위성’을 기획했다.

특히 한국과학기술원 인공위성연구소는 대한민국 최초의 인공위성인 우리별 1호를 우주로 보낸 전통과 역사를 지닌 곳으로 올해 8월 11일 기준으로 30주년을 맞았다.

이번 ‘K-인공위성’의 내용은 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소에서 열린 우리별 1호 발사 30주년 행사에 참여한 스페이스베이㈜의 국내 최초 승차공유형 소형위성 대량탑재 및 분리기술 등 전시품을 살펴본다.<편집자 주>

- 우리별 1호 발사 30주년 기념 행사 중 우주기술 성과 전시회의 특성은?

▶ 우리별 1호 발사 30주년 기념 행사 중 우주기술 성과 전시회에서는 우리별 1호 전시, 차세대 소형 인공위성 1호와 관련된 기술, 차세대 소형 인공위성 2호와 관련된 기술, 그리고 산업계의 인공위성 기술 등이 전시됐다.

먼저 우리별 1호 전시를 보면 우리별 1호 모형과 주요임무, 시스템 제원 등을 설명하는 안내판 등이 전시됐다.

다음으로 우주 기술과 관련한 전시회에서는 ▲카이스트 인공위성연구소의 인공위성 300W급 태양광 발전 시스템 기술 국산화 ▲카이스트 항공우주공학과의 RANDEEV 큐브샛 모델 ▲한국산업기술시험원(KTL) 우주부품시험센터의 국내 최초 기업 전담 우주환경 전문시험평가시설 ▲LIG넥스원의 LIG넥스원 위성 사업 역량 ▲두시텍의 저궤도 위성용 GPS/Galileo 복합수신기 ▲스페이스베이의 큐브위성 발사관 국산화 개발 ▲세트렉아이의 30년의 열정, 결실과 새로운 도전 ▲에스아이아이에스의 고해상도 지구관측용 광학 위성 및 SAR 위성의 영상 ▲한국공학대학교의 상변화물질을 이용한 인공위성 열제어장치 ▲한국천문연구원의 차세대 소형위성 2호 탑재용 LEODOS ▲한컴인스페이스의 한컴위성(세종1호) ▲한화시스템의 초소형 SAR 위성 등이 참여했다.

특히 내년 발사되는 누리호(3차)에 차세대소형위성 2호, 그리고 국내 기업과 연구기관이 개발 초소형 큐브(Cube) 위성 등이 탑재될 예정인데 이 발사에서 국산화 개발을 마친 국내 발사관이 지난 2차 발사에 사용된 러시아 발사관을 대체하고 우주발사체에 이어 초소형위성 사출 기술까지 검증함으로써 위성의 발사, 분리, 운용에 필요한 핵심우주기술을 완성할 수 있을지 주목되고 있다. 

- 스페이스베이의 큐브위성 발사관(CubeSat Dispenser) 특성은?

▶ 스페이스베이는 지난 2017년 창업 이후 지금까지 국내 유일의 소형위성 전문기관인 KAIST 인공위성연구소와 공동으로 국내 최초로 한국형 발사관 국산화 개발을 진행하고 있다.

이를 통해 그동안 해외기술에 의존하던 발사관을 전량 대체하고 저비용으로 3세대급 최신 기능으로 국내 고객들이 요구하는 다양한 목적에 맞는 발사관을 국내 수요처에 우선 공급할 계획이다.

초소형위성 발사관 비행모델 국산화 개발 착수 회의는 지난 2022년 6월 1일 KAIST 인공위성연구소에서 열렸다.(자료=KAIST 인공위성연구소)
초소형위성 발사관 비행모델 국산화 개발 착수 회의는 지난 2022년 6월  KAIST 인공위성연구소에서 열렸다.(자료=KAIST 인공위성연구소)

스페이스베이의 큐브위성 발사관 특징은 기술적으로 가장 앞서 있다고 평가받고 있는 미국의 3세대 발사관과 동등한 성능을 갖고 있으며 대한민국 큐브위성 발사에 전량 사용되고 있는 러시아와 네덜란드 발사관의 고질적인 문제점인 위성에 발생하는 과도한 진동과 회전을 방지할 수 있는 기능을 구현했다.

특히 국내에서는 상용화된 사례가 없는 비폭발식 분리장치를 국산화하여 적용했고 발사관 기술로는 최초로 원천기술성 국내 특허권을 확보했다.

이 과정에서 핵심기술에 대한 미국특허 심사과정에서 자국기업 보호를 위한 장기간에 걸친 미국 경쟁사와 특허청의 방해를 극복하고 특허등록에 성공함으로써 향후 20년간 해외시장진출을 위한 중요한 교두보를 마련했다.

그동안 국산화 개발과정에서 요구되는 객관적인 기술평가를 위해 KAIST 인공위성연구소와 공동개발을 추진하고 2018년 중소벤처기업부 창업사관학교 과정에 선정돼 2년 동안 시험모델의 성능을 검증받았다.

또 지난 2020년 중소벤처기업부 창업성장기술개발사업 과정에 선정돼 인증모델 개발과 공인시험을 완료했다.

이 과정에서 부품 국산화율 100%를 실현함으로써 우주 선진국의 전략물자 수출통제에서 완전히 벗어날 수 있으며 국내에서 설계와 제작이 가능하므로 해외 발사관 대비 낮은 비용으로 짧은 기간 내에 초소형위성 고객들의 다양한 요구에 맞는 맞춤형 발사관 기술을 제공할 수 있다.

특히 발사관 기술의 국산화가 가지고 있는 발사관 개발과 관련한 기술적, 상징적 의미에 대해 좀 더 설명하면 먼저, 1~50kg급 초소형위성의 발사와 안전한 분리가 가능해짐으로써 상업적으로 그 수요가 폭증하고 있는 국내외 군집위성 발사서비스 시장에 진출할 수 있는 토대가 마련되며 해외 기술이전이 불가능한 핵심기술 확보로 국내 우주발사체 기술과 더불어 소형위성의 발사와 분리, 운용에 필요한 핵심기술을 확보하게 된다.

또 승차공유형 소형위성 대량 탑재기술의 가장 기본적인 필수기술이 완성돼 향후 위성발사서비스 시장의 세계적 추세인 초소형위성의 승차공유탑재 및 분리서비스를 제공하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

큐브위성 발사관(Pilot-3A) 국산화 인증모델.(자료=스페이스베이)
큐브위성 발사관(Pilot-3A) 국산화 인증모델.(자료=스페이스베이)

- 스페이스베이의 비폭발식 위성분리어댑터(Non-Explosive Separation Adapter) 특성은?

▶ 지난 2010년대 후반에 들어서 소형 인공위성이 중·대형위성 시장을 대체하게 되면서 사실상 과거의 발사체에 탑재되는 위성의 주탑재체와 부탑재체의 개념이 없어지기 시작했고 발사체의 정해진 위성탑재 공간을 대량의 소형 및 초소형위성들이 함께 공유하여 타는 형태가(함께타기, Rideshare) 일반화되기 시작했다.

이러한 승차공유형 위성탑재방식에서는 탑재되는 위성의 수가 끼워타기(Piggyback) 방식에 비해 두 배 이상 많고 위성 간의 공간적 여유가 매우 작으며 대부분 충격과 오염에 약한 소형위성이라는 특성이 있다.

이에 최근 세계 위성시장의 주력으로 떠오르고 있는 200kg 이하의 소형위성 발사에서는 폭발식 어댑터가 거의 사용되지 않고 있다.

위성분리어댑터 기술과 구성 부품들은 우주 선진국에서 대부분 수출을 제한하고 있는 경우가 많아 국내 발사체와 위성에 사용하는데 큰 장애요소로 작용한다.

최근 국내에서 위성 발사에 성공한 누리호와 고체연료 발사체에서는 모두 폭발식 위성분리어댑터가 사용되었으며 아직은 위성탑재 수량이 매우 적고 시험용 위성이라는 점에서 폭발식 어댑터가 유용하게 사용될 수 있으나 향후 상업용 위성 수량이 증가하고 국내에서 본격적으로 승차공유형 위성발사서비스 시장이 열리는 경우 폭발식 어댑터는 모두 비폭발식으로 교체될 수 밖에 없다.

이에 스페이스베이에서는 지난 2020년에 국내 최초로 비폭발식 위성분리어댑터 상용화를 위한 기획사업을 시작했으며 이후 해외 선행기술 및 시장조사, 개념설계 단계를 마치고 현재 예비설계 단계에 진입해 있다.

또 핵심기술의 미국특허권 확보로 해외시장진출에 장애요소를 없애고 세계 소형위성시장에서 이미 그 기술력을 인정받고 있는 국내 위성기술과 더불어 한국의 소형우주기술의 해외 시장점유율을 높이는데 목표를 두고 있다.

스페이스베이의 비폭발식 위성분리어댑터 특징은 미국과 유럽의 비폭발식 위성분리어댑터와 관련된 모든 선행특허를 완전히 회피하고 기술적으로 가장 앞서있는 미국의 분리어댑터와 동등한 수준의 성능과 차별화된 기능을 구현했고 부품과 소재의 100% 국산화로 미국과 유럽의 수출제한 조치에 영향을 받지 않는다.

특히 기술적으로 우주 선진국으로부터 완전히 독립된 비폭발식 위성분리기술을 구현해 소형위성에 최적화된 분리기능을 제공함으로써 세계 우주시장에서 가장 큰 성장률을 나타내고 있는 소형 및 초소형위성시장의 수요에 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 예상된다.

또 최근 세계적으로 그 중요도가 높아지고 있는 군사적 국가방위와 같은 특수목적의 위성활용분야에 있어서 해외기술의 도움 없이 독자적으로 위성을 운용할 수 있는 능력을 확보하는데 크기 기여할 수 있다.

비폭발식 위성분리어댑터 국산화 모델 개념도.(자료=스페이스베이)
비폭발식 위성분리어댑터 국산화 모델 개념도.(자료=스페이스베이)

- 스페이스베이의 소형위성 승차공유어댑터(Rideshare Adapter) 특성은?

▶ 국내의 위성승차공유시장은 아직 형성되어 있지 않다.

하지만 최근 누리호의 성공과 발사체 기술의 민간기업 이전을 통한 사업화, 소형발사체 민간기업 상용화지원, 특수목적용 초소형군집위성 개발프로젝트의 시작, 큐브위성을 이용한 민간기업의 우주사업화 지원, 공공기관의 초소형위성 대량 수요발표 등의 사례로 볼 때 우리나라에서 가까운 미래에 위성승차공유서비스 시장이 열릴 것으로 본다.

일반적으로 전체 승차공유형 위성발사서비스 시장에서 위성의 탑재에서 발사, 분리에 이르는 과정은 서로의 역할이 다른 두 부류의 기업이 담당한다.

첫 번째는 승차할 위성 고객을 유치하고 위성을 탑재하며 발사체에서 위성을 분리하는 기능을 제공하는 승차공유서비스기업, 두 번째는 승차된 위성을 우주발사체를 이용하여 고객이 원하는 우주궤도로 이송하고 위성을 분리하는 우주발사체기업이다.

발사체 상단의 정해진 위성탑재 공간을 대량의 소형 및 초소형위성들이 함께 공유해 타는 승차공유형 위성탑재를 위해서는 위성과 위성분리시스템을 협소한 공간에 고정할 수 있는 구조물인 승차공유어댑터가 반드시 필요하다.

이러한 개념은 마치 사람들이 특정 출발지에서 도착지로 이동할 때 대중교통을 이용하는 것과 매우 유사한데 여기서 사람은 위성, 이동수단은 우주발사체, 출발지는 발사장, 도착지는 우주궤도, 공유좌석은 승차공유어댑터에 해당한다.

국내에서는 지난 2019년 이후 급속히 성장하고 있는 소형우주발사체를 이용한 승차공유형 위성발사서비스에 대응하기 위해 한국항공우주연구원에서도 소형발사체연구단을 조직해 소형우주발사체 기술을 연구하고 있으며 한국형 소형우주발사체에 위성을 다중탑재할 수 있는 어댑터 기술이 필요하게 됐다.

실례로 지난 2020년 한국항공우주연구원 소형발사체연구단과 스페이스베이는 소형발사체용 승차공유어댑터를 공동으로 개발하게 됐다.

스페이스베이의 소형위성 승차공유어댑터(Rideshare Adapter) 특성은 대형 발사체용 어댑터가 대부분인 미국이나 유럽과는 달리, 소형발사체에 소형 및 초소형위성을 대량으로 탑재할 수 있는 어댑터 기술을 개발하여 아직 해외 대형 발사체에서는 제공하지 않는 초소형위성 고객이 요구하는 기능을 구현했다.

특히 국내 우주분야에서는 처음으로 위성의 승차공유탑재 방법에 대한 국내 특허권을 확보하였으며 한국항공우주연구원 소형발사체연구단의 기술지원으로 개념설계단계의 설계적합성 검증을 완료하였다.

이러한 국산화 개발성과를 바탕으로 향후 국내 및 해외 소형우주발사체 서비스에 특화된 위성승차공유서비스를 제공할 계획이다.

소형위성 승차공유어댑터 개념도.(자료=한국항공우주연구원)
소형위성 승차공유어댑터 개념도.(자료=한국항공우주연구원)

- 스페이스베이의 향후 계획은?

▶ 지난 2021년 세계적인 투자은행 모건스탠리(Morgan Stanley)의 미래 우주경제 전망에 따르면 오는 2040년까지 과거에 없던 새로운 우주시장인 소형군집위성을 이용한 우주 인터넷 통신사업이 전체 우주시장의 40% 이상을 차지할 것으로 예측했다.

또 국내 기업을 포함해 전 세계적으로 40여개의 기업에서 오는 2025년까지 소형우주발사체 상용서비스를 준비하고 있으며 이들 기업들은 공통적으로 자국의 위성승차공유기술을 보유한 기업과 사업적으로 밀접한 동반성장 관계를 유지하고 있다.

이러한 국내외 추세에 따라 스페이스베이(주)는 국내에서 유일하게 소형위성의 대량탑재와 안전한 분리에 필요한 핵심기술을 전문적으로 국산화하고 있으며 중소벤처기업부와 과학기술정보통신부, KAIST 인공위성연구소와 한국항공우주연구원의 지원과 공동기술개발로 해외 우주시장에서도 경쟁력 갖출 수 있는 핵심기술을 확보해 나아가고 있다.

특히 미국과 유럽기업 대비 후발주자인 위성승차공유기술에 있어서 KAIST 인공위성연구소의 동문기업으로서 보유한 소형위성설계기술과 개발경험은 해외 주요 경쟁사 들을 앞도하고 있으며 이러한 기술력을 바탕으로 단기간에 세계적인 수준의 위성승차공유기술을 완성하고 우주 선진국의 기업들과 경쟁해 나아갈 것이다.

한편 기존에 1편에서 안내했던 차세대 소형 인공위성 1호(차세대소형위성1호)의 성과와 차세대 소형 인공위성 2호(차세대소형위성2호)의 계획은 이번 우리별 1호 발사 30주년 행사와 관련된 내용을 좀 더 살펴본 후 게재할 예정이다.

저작권자 © 에이티엔뉴스 무단전재 및 재배포 금지