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[KIDA 논단] 소형 정찰위성 획득전략 수립을 위한 선결 조건

김한나 기사입력 2021. 09. 16   14:12 최종수정 2021. 09. 16   14:37

소형 정찰위성 획득전략 수립을 위한 선결 조건
『국방논단』 1869호(한국국방연구원 발행)

윤형노
yoon@kida.re.kr
한국국방연구원 국방자원연구센터


2020년 8월 충남 태안군 국방과학연구소(ADD) 안흥종합시험장에서 열린 ‘국방과학 합동 시연회’에서 초소형SAR 위성군 체계가 전시되고 있다. 국방일보 조종원 기자

군은 425위성 및 초소형 전술위성의 제한사항을 극복할 수 있는 소형 정찰위성의 획득과 같은 효율적인 획득 대안을 체계적으로 강구해야 한다. 따라서 소형 정찰위성 획득전략 수립을 위한 선결 조건을 다음과 같이 제시하였다. 


첫째, 국가 예산의 효율적인 사용과 중복투자 배제 등 효율적인 위성 획득을 위해 체계적인 소형 정찰위성 중장기 획득계획 수립이 필요하다. 둘째, 소형 정찰위성의 진화적인 개발을 위하여 표준화 및 모듈화 개발전략을 수립해야 한다. 셋째, 민군 협력하여 효율적으로 소형 정찰위성을 획득할 수 있도록 범부처 사업추진체계 도출과 추진계획 수립 등 민군 협력방안을 강구해야 한다. 마지막으로 소형 정찰위성 관련 핵심기술 연구개발에 정부출연연구소 및 민간 연구기관 참여를 효과적으로 유도하기 위한 절차와 방안이 마련되어야 한다.

현재 군에서 획득을 추진하고 있는 정찰위성은 최근 위협세력에 의해 개발된 고체연료 추진 탄도미사일의 특성과 발사개념을 고려할 때 재방문 주기가 비교적 길기 때문에 정찰위성의 재방문 주기 단축이 시급한 실정이다. 또한 위협세력의 탄도탄 발사대 운영개념은 기존의 노출 발사개념에서 비노출 갱도 진지에서 연료를 미리 주입하고 노출된 영역에서 00분 내에 신속하게 발사한 후 이동하는 개념으로 발전하고 있다.


군 정찰위성(425위성)은 중형위성(500~1000kg)으로서 소형위성(100~500kg)에 비하여 비용이 고가이므로 제한적인 국방예산을 고려할 때 획득 수량이 적기 때문에 위협세력의 이동식 탄도탄 발사대의 감시와 탐지가 어려울 수밖에 없다. 향후 주변 위협까지 고려할 때 위성 수량증가가 지속적으로 요구되므로 군이 획득을 추진하고 있는 정찰위성의 적시성과 국방예산 측면에서의 제약성을 극복하기 위하여 소형 정찰위성과 같은 효율적인 대안 강구가 필요하다.

민군이 협력하여 소형 정찰위성을 개발하거나 민간에서 개발한 소형위성을 군용으로 개조하는 등 효율적인 정찰위성 획득 방향에 대한 전향적인 검토가 필요한 시점이다. 본고에서는 소형 정찰위성의 정의와 필요성, 주요국 개발 동향, 국내 기술 수준 등에 대한 검토를 통하여 우리 군의 소형 정찰위성 획득전략 수립을 위한 선결 조건을 제시하였다.

소형 정찰위성 정의 및 필요성

인공위성은 지구 주위를 인력에 의하여 운행하는 인공적인 천체로, 지구로부터 작용하는 중력과 위성 자체에 작용하는 원심력이 평형을 이루어 일정한 궤도를 갖고 지구 주위를 공전하는 비행체를 말하고 있다. 인공위성은 용도에 따라 과학위성, 통신위성, 기상위성, 지구관측위성 등으로 다양하게 구분할 수 있다.

민간에서 운용하고 있는 지구관측위성은 ‘지구상공의 궤도에서 지구 표면, 대기, 해양 등을 관측하는 위성을 말하며, 다목적 실용위성과 차세대 중형위성이 대표적인 지구관측위성이다. 지구관측위성을 개조하여 군에서 운용할 경우 정찰위성(Reconaissanse Satellite)이라고 말한다. 군에서 운용하는 정찰위성은 ‘국경감시’, ‘군사 표적 감시’, ‘표적 변화 탐지 및 식별’, ‘작전지도 작성’, ‘공격 효과 분석’ 등 다양한 분야에서 활용되는 추세이다.

위성은 무게에 따라 구분될 수 있으며, 국내외문헌, 소형위성 관련 연구기관, 국제전기통신연합(ITU: International Telecommunication Union) 등의 정의에 따라 <표 1>과 같이 위성을 분류하였다.


위협세력이 운용하고 있는 이동식 탄도탄 발사대(TEL)를 감시하기 위한 정찰위성의 재방문 주기 단축 요구 등으로 위성의 다수 획득이 요구되는 실정이다. 현재 군에서 획득을 추진하고 있는 정찰위성(425위성)의 사업 규모는 1조 정도로 추정되므로 위성 1기당 획득비용은 수천억 원 수준이라고 할 수 있다. 국가에서 추진하고 있는 차세대 소형위성 사업의 예산 규모를 고려하여 추정해볼 때 소형위성 1기당 획득비용은 수백억 원 정도로 예상된다. 즉 군 정찰위성의 총 획득비용으로 소형 정찰위성을 수십 기 이상 확보할 수 있다.

한편 군은 정찰위성의 적시성을 증대시키기 위하여 초소형위성을 소요제기한 바 있다. 현재 국방과학연구소에서 미래 도전 국방기술 과제로 수행 중이나 세계적으로 군의 전력화 사례가 부재하다. 다음 장에서 설명하겠지만 예를 들면 미국 Capella 社 등 국외 위성영상 판매회사에서 상용 위성으로 초소형위성을 운용 중이고, 미군은 관련 업체와 위성영상 구매계약을 체결하였다.

요약하자면 중형 정찰위성은 425사업을 고려할 때 위성 기당 획득비용이 소형 정찰위성에 비하여 고가이고 국방예산의 제약으로 다수의 위성 획득이 곤란하여 군이 요구하는 적시성 충족이 제한적이다. 초소형 전술위성은 세계적으로 군이 전력화한 사례가 부재하고 짧은 수명과 지속적인 소요제기 문제로 군이 획득하기에는 적합하지 않다고 판단된다. 군은 425위성 및 초소형 전술 위성의 제한사항을 극복할 수 있는 소형 정찰위성의 획득과 같은 효율적인 획득 대안을 체계적으로 강구해야 한다.

국내외 개발 동향

미국은 자국의 미세 전자공학과 재료공학 등의 발전으로 중형위성급 성능을 구비한 소형위성의 개발이 가능해짐에 따라 중대형 정찰위성 개발개념에서 소형 정찰위성 개발개념으로 전환되고 있는 추세이다. 

1960년대 초부터 KH(Key Hole, 무게 1~17톤), Lacrosse(무게 15톤) 등 초대형 정찰위성을 개발하여 왔지만, 2000년대부터 무게 1톤급 중형위성인 Discover 개발을 추진한 바 있으며, 최근 중대형 정찰위성의 획득은 점차 감소하는 추세이다. 2000년대 초부터 미 해군 및 공군 중심으로 위성 무게 100~500kg급 소형위성인 TacSat을 위성의 표준화 및 모듈화 개념을 적용하여 시험 개발하여 왔으며 <표 2>에서 보는 바와 같이 일부 소형위성을 전력화한 사례가 있다.

또한 2000년대 초부터 미 국방부 ORS(Operationally Responsive Space) Office, 국방고등연구사업국(DARPA), 우주개발국(SDA) 중심으로 위성 무게 200~300kg급 군집 소형위성체계 구축을 목표로 하여 소형 정찰위성 등 개발에 박차를 가하고 있다. 또한 상용 위성 활용 차원에서 Capella 社 등 민간업체의 초소형위성(SAR: 영상레이더) 개발을 투자개념으로 지원하였으며(소유권은 업체 보유), 미 공군 및 해군은 상용 위성영상 구매계약을 관련 업체와 체결한 바 있다.



영국은 2000년대 초부터 TopSat(무게 120kg), NovaSAR(무게 400kg) 등 소형위성 개발을 적극적으로 추진하였으며, 국방부와 국가우주센터가 협력하여 MOSAIC(Micro Satellite Applications In Collaboration) 계획을 추진하였다. 


프랑스는 Helios(무게 1~4.2톤) 등 중대형 정찰위성(EO/IR) 개발과 더불어 MYRIADE(무게 120kg) 등 민군 겸용 소형위성 개발프로그램을 함께 진행시키고 있다. 그 밖에 핀란드, 노르웨이 등에서는 민간업체에서 위성영상을 판매할 목적으로 상용 초소형위성(SAR)을 개발한 바 있다.

일본은 과거 위성 무게 1~4톤급 중대형위성(ALOS: Advanced Land Observing Satellite)과 IGS(Information Gathering Satellite) 개발개념에서 2000년대 초부터 ASNARO(무게 450~550kg), MicroXSAR(무게 140kg) 등 중소형위성 개발개념으로 변화하고 있다. 한편 이스라엘은 80년대 중반부터 지금까지 위성 무게 150~400kg급 소형 정찰위성만을 개발하면서 표준화 및 모듈화 개념을 적용하여 전력화하였다.

국내에서는 90년대 초반부터 우주기술 등 검증을 위하여 국가적으로 우리별 위성 등 소형위성과 정밀 지구관측을 위한 다목적 실용위성 개발을 병행하여 추진하였다. 또한 국내 소형위성 전문업체에서 위성 무게 200~300kg급 전자광학(EO) 소형위성을 수출한 바 있다. 2000년대 초부터 국내정밀전자공학 기술과 재료공학 기술의 발전으로 지구관측위성의 소형화 개발추세에 따라 국가에서는 차세대 소형위성(1호는 근적외선(NIR) 카메라 탑재, 2호는 SAR 탑재) 등 개발을 추진하였으며, 2020년부터 (초)소형위성 군집체계 개발에 착수하였다.


한화시스템이 2020년 DX코리아에서 선보인 초소형 정찰위성체계 모형. 사진=국방일보DB.


세계적으로 위성 무게에 따른 정찰위성 개발 방향은 중대형 정찰위성 개발추세에서 소형 정찰위성 개발추세로 변화하고 있다. 대부분 초소형위성은 상용 위성으로 운용되고 있기 때문에 상용초소형위성을 군용으로 개조할 때 군 요구 충족성(보안, 항재밍, 자율성, Redundancy, 광통신 등), 안전성 및 신뢰성 확보 등 위해 위성의 무게 증가가 예상된다. 


국내에서 차세대소형위성에 소형 SAR를 탑재하는 등 군이 활용할 기반기술이 국내에 축적되어 있으나 관련 기술 개발전략에 반영이 미흡한 실정이다. 예를 들면 우주 환경에 적합한 차세대 소형위성 SAR 안테나 기술 등 국내에 축적된 기반기술의 반영과 활용이 미흡하다고 할 수 있다.

국가적으로 지구관측위성은 우주개발진흥 기본계획에 의거 범부처 차원에서 체계적이고 단계적으로 발전시키고 있고, 전자광학(EO) (초)소형위성은 국가적으로 개발에 착수하였기 때문에 향후 군이 활용하거나 획득할 수 있는 여건이 마련되었다. 영상레이더(SAR) 초소형 전술위성의 경우 차세대 소형위성의 SAR 탑재체 개발 경험을 활용하면 효율적일 것으로 판단된다. 결론적으로 국내에 축적된 민간 소형위성 기술을 활용하여 안정적으로 소형 정찰위성을 획득하는 방향으로 전략변화 모색이 필요하다.


광학(EO/IR) 위성 형상(왼쪽)과 군 정찰위성 영상레이더(SAR)의 형상. 사진 = 방위사업청

획득전략 수립을 위한 선결 조건


본 절에서는 민간에서 축적한 소형위성 기술을 군에 활용하는 획득전략 수립을 위한 선결 조건을 다음과 같이 제시하였다.

첫째, 국가 예산의 효율적인 사용과 중복투자 배제 등 효율적인 위성 획득을 위해 체계적인 소형 정찰위성 중장기 획득계획 수립이 필요하다.

우리나라는 미국 등 정찰위성 선도국에 비해 개발 및 운용 경험이 부족하지만 군이 요구하는 소형 정찰위성에 대한 민군 협력사업을 단계적으로 추진해야 한다. 군이 요구하는 소형 정찰위성은 선진권 수준의 정찰위성이 될 가능성이 크기 때문에 개발목표 수준을 단계적으로 설정하여 진화적으로 사업을 추진해야 한다.

다수의 소형 정찰위성을 양산해야 하기 때문에 국내 위성산업체 육성 등을 고려하여 효율적으로 국내 연구개발계획을 수립해야 한다. 국가에서 추진 중인 (초)소형 EO 위성 군집체계 및 검토 중인 소형 SAR 위성 군집체계 사업과 연계하여 개발계획을 수립해야 한다. 국내 위성산업 저변확대와 전문 산업체 육성 등을 감안하여 소형 정찰위성 1호에서 개발된 표준플랫폼을 후속 위성들에 적용하는 방향으로 개발계획을 수립해야 한다. 탑재체도 국산화 추진 1호기는 국방과학연구소, KAIST 인공위성연구소와 산업체가 협력하여 개발하고, 2호기부터 산업체가 성능개량과 양산을 주관하고, 우주인증 시험기술 등을 개발하는 계획을 수립해야 한다.

둘째, 소형 정찰위성의 진화적인 개발을 위하여 표준화 및 모듈화 개발전략을 수립해야 한다.

미국 등 주요국 사례를 살펴볼 때 표준화 및 모듈화는 소형 정찰위성의 공통플랫폼을 결정하고, 공통플랫폼에 탑재체 등 임무 모듈을 교체하여 탑재함으로써 완성되기 때문에 체계적이고 진화적인 획득계획 수립이 관건이다. 진화적인 소형 정찰위성 획득이 가능하려면 개방형 개발 접근방식을 사용해야 하며 수리부속 및 부품 확보를 용이하게 할 수 있도록 기본적으로 COTS(Commercial-Off-The-Shelf) 개념을 적용해서 구성요소를 개발해야 한다.

이를 위하여 소형 정찰위성 표준화 및 모듈화 추진전략 정립이 필요하다. 또한 소형 정찰위성 시범사업을 활성화하고 소형 정찰위성 자율수준 정립도 필요하다. 공통플랫폼의 안정성과 신뢰성 검증이 중요하므로 지속적인 운용시험이 필요하고, 국방부(방사청)와 합참 주도로 소형 정찰위성 상호운용성 표준지침을 제정해야 하며, 상호운용성 확보계획 수립도 필요하다.

군, 개발자 및 운용자 등 산학연과 군이 참여하는 위성 표준화 및 연동통제 관련 실무그룹을 구성하고 표준 권장기구 역할을 수행해야 한다. 위성 표준화 및 연동통제 실무그룹은 공통플랫폼, 탑재체 및 전력체계 모듈 간 연동표준 개발을 논의해야 한다. 공통아키텍쳐를 사용한 개방형 연동개념을 정립하고, 탑재체 모듈을 플랫폼에 장착할 때 플러그-앤-플레이 형태로 연동될 수 있도록 표준을 제정해야 한다. 또한 소형 정찰위성 핵심기술개발과 체계개발 간 연계성을 유지하고, 표준화 추진 등을 위한 군 전담부서가 부재하므로 이에 대한 보완책이 필요하다.

셋째, 민군 협력하여 효율적으로 소형 정찰위성을 획득할 수 있도록 범부처 사업추진체계 도출과 추진계획 수립 등 민군 협력방안을 강구해야 한다.

먼저 민군 협력을 위해 관련 부처 참여를 명확히 할 수 있는 방안이 필요하다. 「민군 기술협력사업 공동시행규정」 제11조를 보면, “…무기체계 등의 개발사업 및 전력지원체계개발사업의 효율적인 관리를 위하여…별도의 사업단을 설치·운영할 수 있다.”라고 되어 있다. 


따라서 대표적인 민군협력 개발사례인 다목적 실용위성과 한국형 헬기 개발사업 추진체계 등을 검토하고 장단점을 비교하여 소형 정찰위성 개발사업 추진체계를 도출해야 한다. 국방부(방사청)에서 사업을 주관하고 과기정통부 등이 참여하는 민군 협력개발 추진 조직은 소형 정찰위성 개발 관련 사항을 협의하고, 사업 관련 사항을 심의/의결해야 한다. 또한 주관 연구기관은 공개경쟁을 통하여 선정되어야 하며 연구개발을 총 주관하고, 개발 성패에 책임을 가져야 한다.

민군 협력개발을 위한 선결 사항은 범부처 사전연구팀을 구성하여 민군 협력개발 추진계획을 수립하고, 참여 부처 역할과 임무를 정의하며, 부처 간 예산분담 등에 대한 구체적인 사전계획을 수립하는 것이다.

마지막으로 소형 정찰위성 관련 핵심기술 연구개발에 정부출연연구소 및 민간 연구기관 참여를 효과적으로 유도하기 위한 절차와 방안이 마련되어야 한다.

국방 핵심기술개발과 민군 기술협력 사업을 추진할 때 다소 과도한 행정 소요 및 엄격한 시험평가 기준 적용 등으로 정부출연연구소 및 학계의 소형 정찰위성 핵심기술 연구개발 참여에 대하여 난색 표명이 예상된다. 


핵심기술개발 및 민군 기술협력사업의 행정 소요를 경감하고, 시험평가 기준도 무기체계 체계개발 시보다 완화하여 정부출연연구소 및 민간 연구기관의 참여를 더욱 활성화시키는 방안 강구가 필요하다. 민간기술을 활용하기 위한 대상 체계 기준, 범위 및 목표 등을 명확하게 설정하고, 소형 정찰위성을 체계개발할 때는 전력화를 위한 엄격한 시험평가 기준을 적용하되, 핵심기술개발과 민군 기술협력사업 시에는 다소 완화된 시험평가 기준을 적용하는 이원화 절차 마련이 필요하다.

결론적으로 국가 차원에서 효율적으로 소형 정찰위성을 확보하기 위하여 체계적이고 진화적인 중장기 획득계획 수립, 위성의 표준화 및 모듈화 추진, 범부처 민군 협력방안 마련이 필요하다.

※ 본 내용은 집필자의 개인적 의견이며, 한국국방연구원의 공식적 견해가 아님을 밝힙니다.



김한나 기자 < 1004103khn.dema.mil.kr >
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