고체 추진 우주발사체 첫 시험발사 성공 

-한국형 뉴스페이스 시대를 열다

우주 선도국과 격차 단기간 해소 기대
간단한 구조·다양한 발사 플랫폼 이점
선박·바지선 활용…한반도 여건에 유리
사이버 보안·물리적 방호기술력 요구
위성 사용 후 안전한 회수도 연구해야

 

지난달 30일 우리 군은 순수 국내 기술로 개발된 고체 추진 우주발사체의 첫 시험발사에 성공했다. 이는 우리 군의 고체 추진 로켓기술이 이미 높은 수준에 있었음을 입증하는 계기가 됐다. 무엇보다 2020년 7월 28일 한미 미사일지침 개정을 통해 고체 로켓의 우주발사체 사용 제한이 풀린 지 채 2년이 되지 않은 시점에 거둔 성공이어서 더 의미가 크다고 할 수 있다.

신뢰성 높은 고체 로켓기술을 우주개발에 적용할 수 있게 됨으로써 군사위성의 발사뿐 아니라 민간 우주개발에도 큰 변화를 가져올 것으로 평가된다. 지금까지 많은 비용과 시간이 필요한 우주개발을 정부가 주도할 수밖에 없었지만, 앞으로는 정부기관이나 군조차도 민간 우주기업의 고객이 될 전망이다. 규모의 경제를 통해 인공위성 발사 및 운용비용을 획기적으로 절약할 수 있는 민간 주도 우주개발 시대를 일명 ‘뉴스페이스 시대’라고 부른다.

최근 우크라이나 사태에서 미국의 민간 우주기업인 스페이스X는 전쟁으로 정보통신체계가 파괴된 우크라이나 정부와 군대뿐 아니라 민간인에게 상용 우주인터넷 서비스를 제공했다. 뉴스페이스 시대의 상징이라고 해도 과언이 아닌 스페이스X는 재활용 가능한 액체 추진 로켓을 직접 개발해 인공위성 발사비용을 비약적으로 절감했고, 지금은 세계를 상대로 인공위성 발사를 대행하거나 각종 서비스를 판매하고 있다. 우리나라도 장기적으로는 재사용 액체 추진 로켓 개발을 할 것으로 예상되지만, 높은 신뢰성의 고체 추진 우주발사체 개발을 통해 우주개발 선도국과의 격차를 단기간에 좁힐 한국형 뉴스페이스 시대의 서막을 열 것으로 기대된다.

고체 추진 우주발사체의 장점

일반적으로 액체 추진 로켓은 구조가 복잡하고, 액체연료와 산화제를 발사 직전 대량 주입해야 하므로 대형 발사설비가 갖춰져야 하며 준비시간도 길고 까다롭다. 반면 고체 추진 로켓은 연료와 산화제가 혼합된 고체 추진제가 로켓 내부에 저장돼 있으므로 구조도 간단하고, 지상·해상·공중 등 다양한 발사 플랫폼에서 즉각적인 발사가 가능하다.

무엇보다 바지선이나 선박에서도 발사가 가능하다는 것이 큰 장점이다. 참고로 이번 시험발사도 서해상의 바지선에서 이뤄졌다. 유사한 사례로 2019년과 2020년 중국은 두 차례나 서해상에서 DF-31A 최신형 고체 추진 대륙간탄도미사일(ICBM)을 개조한 창정11 우주발사체로 상용인공위성을 발사했다. 비교적 구조가 단순한 고체 추진 로켓의 특성상 발사대 밖으로 살짝 튕겨 내는 콜드론칭(cold launching) 기술을 이용해 공중에 띄워 놓고 로켓추진제를 점화시킬 수 있어서 분사가스가 선박이나 바지선에 큰 충격을 주지 않는다. 대형 지상우주발사센터를 네 군데나 보유한 중국이 해상우주발사체계를 활용하는 이유도 재해재난이 일어났을 때 구조활동이나 재건 등에 바로 활용할 수 있는 인공위성을 즉각 발사하기 위함이라고 한다. 물론 이런 이유에서 고체 추진 우주발사체는 군사적 효용성도 높을 것으로 예상된다.

해상우주발사체계로 한반도 지리적 한계 극복

해상에서 인공위성을 발사하는 방식은 우리나라처럼 영토가 좁고 주변국에 둘러싸여 있어 지리적으로 우주발사체를 발사할 공간이 한정된 경우 유리하다. 우주발사체의 1단 로켓은 대체로 지구로 다시 낙하해 공해상에 버려지거나 회수되는데, 일본 열도가 한반도를 에워싸고 있어 1단 로켓의 안전한 낙하지점을 고려하면 지상에서 발사 가능 장소가 매우 제한될 수밖에 없다. 지금은 한반도 최남단 고흥의 나로우주센터에서 액체 추진 우주발사체를 발사하고 있지만, 앞으로 증가할 우주발사 수요를 고려하면 추가적인 발사장이 필요하다. 따라서 고체 추진 우주발사체를 활용할 수 있는 해상우주발사체계를 적극 개발함으로써 장소에 구애받지 않고 극궤도와 경사궤도뿐만 아니라 정지궤도 위성을 발사할 수 있는 기술을 서둘러 확보할 필요가 있다. 통상 고도 약 3만6000㎞에서 운용하는 정지궤도 위성은 발사에너지를 절약하기 위해 적도 부근에서 발사해야 하는데, 우리나라처럼 적도에서 멀리 떨어진 국가들은 발사장을 임대하거나 해상우주발사체계를 보유할 필요가 있다.

액체 추진 로켓보다 운용비 적게 소요

뉴스페이스 시대는 거부할 수 없는 흐름이다. 액체 추진 로켓 발사장은 중대형 인공위성을 쏘아 올리기에 적합하지만, 대규모 설비가 필요하다. 반면 고체 추진 로켓은 해상·공중에서도 발사할 수 있고 상대적으로 운용하기가 쉬우며 500㎏ 이하 소형이나 100㎏ 이하 초소형 인공위성을 발사하기에 유리하다. 스페이스X 같은 우주기업들은 재활용이 가능해 발사비용을 절감할 수 있는 액체 추진 로켓을 선호한다. 하지만 민간 우주개발을 막 시작하는 우리나라는 대형 설비가 필요하지 않으면서 상대적으로 실패 부담도 작은 고체 추진 우주발사체가 민간 우주개발에 적합할 수 있다. 또한 당분간은 인공위성 발사 수요도 비교적 많지 않아 발사장 설치를 위한 초기비용이나 운용비가 적게 드는 고체 추진 로켓을 활용한 우주발사가 한국형 뉴스페이스 시대 개막에 더 유리할 수 있다.

차별화된 기술력·우주쓰레기 대비 필요

당분간 고체 추진 우주발사체는 소형 위성 및 초소형 군집위성 발사에 활용될 것으로 예상되는데, 이들은 통상 지구 저궤도에서 운용될 가능성이 크다. 저궤도에서 운용되는 소형 및 초소형 군집위성을 가장 많이 보유한 스페이스X 같은 우주개발 선도기업들과의 경쟁력을 갖추려면 차별화된 기술력이 요구된다. 대표적인 것이 사이버 보안과 물리적 방호기술이라 생각된다.

우주공간을 공유하는 각국 인공위성은 해킹 같은 사이버 위협에 항상 노출돼 있으며, EMP(Electromagnetic pulse) 같은 의도적 전자기파 공격이나 우주방사선 환경으로 인해 운용연한(수명)이 단축될 수 있다. 뉴스페이스 시대를 선도할 민간 우주기업이 자칫 소홀히 다룰 수 있는 사이버 보안과 물리적 방호에서 우수한 기술력을 갖추려면 양자통신, 블록체인, EMP·방사선 차폐기술처럼 민간과 국방이 겸용할 수 있는 분야를 집중 개발할 필요가 있다.

또한 저궤도에 기하급수적으로 증가하는 군집위성들 간 충돌 위험성이 점차 증가하고 있어 임무가 종료된 인공위성의 회수에 국제적 관심이 쏠리고 있다. 우주쓰레기를 줄이고 더 이상 쓰레기를 만들지 않기 위해 머잖아 모든 인공위성에 ‘사용 후 회수’ 기능을 의무적으로 탑재하도록 요구할 것으로 예상된다. 이를 위해 인공위성의 추진제를 일부 남겨 지구 대기권으로 돌아오거나 인공위성 궤도 밖으로 내보내는 방식이 주로 연구되고 있다. 하지만 우주쓰레기를 가장 많이 만드는 초소형 군집위성은 추진장치가 없는 경우도 있기 때문에 회수를 위한 별도의 기술이 요구된다. 초소형 군집위성의 속도를 줄여 지구 대기권으로 서서히 떨어지도록 해 대기와 마찰열로 태워 버리는 장치 개발에 관심을 가질 필요가 있다.

민·관·군 협력을 통한 우주개발 인력 양성 및 우주산업 생태계 조성

이러한 기술력을 효과적으로 확보하기 위해서는 민·관·군의 우주개발 역량이 분산되지 않고 협력할 수 있어야 할 것이다. 특히 우수한 이공계 인력이 우주산업에 참여할 수 있도록 병역특례제도 등을 통해 군이 우주개발 인력 양성의 마중물 역할을 할 수 있어야 한다. 국방과학연구소를 비롯한 군 연구개발기관 및 산업계에서 군 복무 후 우주 관련 기업이나 정부부처에서 일하거나 창업하도록 지원하는 제도를 마련해야 한다. 결국 고체 추진 우주발사체는 국내 우주개발 생태계에 커다란 변화를 가져올 것으로 기대된다.

미국이나 중국 같은 우주강국들은 민간의 우수한 기술력을 적극적으로 활용해 우주에서의 경쟁력을 확보하기 위해 노력하고 있다. 비록 출발은 늦었지만, 우리나라도 민간 분야의 우수한 기술력이 결실을 맺도록 고체 추진 우주발사체 기술을 적극적으로 민간에 개방하고, 민간의 앞선 우주 관련 기술이 국방에 선순환될 수 있도록 민·관·군 협력체계를 강화해야 할 것이다.

이상민 연구위원