우주로켓도 미니멀리즘…소형발사체 전성시대[과학을읽다]

과학기술 발전에 위성 소형화 추세
대형 발사체보다 소형 발사체가 유리
전세계 스타트업 급증, 한국은 이제 유아기

값비싸고 자리도 없는 대형 발사체는 가라, 우주로켓도 미니멀리즘 시대가 왔다.

[아시아경제 김봉수 기자] 전 세계적으로 우주 영역의 상업화가 촉진되면서 소형발사체 시장이 급성장하고 있다. 이른바 ‘뉴스페이스’ 시대를 맞아 우주 인터넷, 5Gㆍ6G 초고속 통신망 구축 등을 위한 소형위성이 활발히 발사되면서 이를 개발하고 있는 스타트업들도 ‘우후죽순’처럼 늘어나고 있다. 그러나 우리나라는 아직 걸음마 단계로, 시장 선점을 위한 발사체 기술 경쟁력ㆍ신뢰도 확보와 적극적인 투자ㆍ육성책이 필요하다는 지적이다.

왜 소형발사체인가?

한국항공우주연구원(KARIㆍ항우연)에 따르면 2020년 기준 세계 각국이 운용 중인 위성은 2060개 정도인데, 이중 500kg 이하 소형 위성은 930개로 절반에 가깝다. 2019년 기준 발사 위성 500개 중 389개가 소형이다. 이형진 인하대 항공우주공학과 교수가 최근 발표한 ‘국내외 스타트업 소형발사체 개발 현황’ 논문에 따르면, 2019년 기준 향후 10년간 발사될 소형 위성 수는 무려 8588기로, 과거 10년간 발사된 1470기 대비 약 5.8배 증가할 것으로 전망된다.

전 세계적으로 계획 중이거나 이미 발사된 소형위성 군집 임무 수는 100여개 이상이어서 앞으로 날이 갈수록 소형 위성 발사가 급증할 것으로 예상된다. 박재성 항우연 소형발사체연구단장은 "예전보다 위성 부품을 소형화ㆍ고도화할 수 있게 됐고 낮은 궤도에 올리는 것이 통신, 정찰, 감시 등 임무 수행에 유리하기 때문에 굳이 위성을 크게 만들지 않아도 된다"면서 "집단 임부 수행 시 훨씬 효율적이라는 장점도 있어서 소형 위성의 수요가 크게 늘어났다"고 설명했다.

문제는 이같은 소형위성 발사 수요를 기존 발사체 시장에서 감당하기 힘들다는 것이다. 대형 위주여서 한꺼번에 수십 개씩 싣고 갈 수 있다는 장점이 있지만 소수의 소형위성을 발사할 경우에는 차례를 기다려야 한다. 워낙 비용이 많이 들어 총 발사 횟수 자체가 적기 때문에 페이로드 공급 자체가 부족하다. 소형발사체는 1kg당 발사 비용은 스페이스X의 팰컨9 등 가장 저렴한 대형 재활용 발사체(1kg당 약 1600만원)보다 10~20배 비싸다. 하지만 1회 총 발사 비용이 수십억 원에 불과하기 때문에 최소 1000억원 안팎의 대형 발사체보다 훨씬 적게 든다. 무엇보다 원하는 장소·시기에 보안을 지키면서 자유롭게 위성을 발사할 수 있다는 게 큰 장점이다.

세계 소형발사체 급증

미국 민간우주개발 업체 로켓 랩이 개발한 일렉트론 발사체는 길이 17m, 직경 1.2m, 무게 10.5t의 2단 소형 로켓으로 저궤도에 150㎏을 실어 나를 수 있다. 지난 6일 올해 들어서만 8번째 발사에 성공하면서 상업 발사 시장의 선두 주자 자리를 공고히 했다. ‘우주의 페덱스’가 되는 게 목표인 로켓랩은 발사체 부품을 3만개에서 1000개로 간소화하고 주요 부품을 3D프린팅으로 제작하는 등 비용을 대폭 줄여 1회 발사 비용이 총 69억원에 불과하다.

영국의 버진 오빗도 단순한 구조의 저렴한 발사체 런처 원을 개발해 소형 발사체 시장의 강력한 경쟁자로 떠올랐다. 일본의 경우 국가기구인 우주항공연구개발기구(JAXA)가 전신주 크기(길이 9.65m, 직경 0.52m, 무게 2.6t)에 불과한 소형 로켓 SS-520 발사에 성공해 상업화를 시도 중이다. 관련 논문에 따르면, 2015년 전 세계 소형발사체 수는 31개였지만 지난해 155개로 5배 증가했다. 2014년부터 소형발사체 개발 업체가 크게 증가해 해외의 경우 설립 7년 이내 스타트업이 미국 9개, 중국 7개 등 총 40여개 업체가 있다. 7년 이상된 곳도 7개 업체에 이른다.

한국은 아직 '유아기'

우리나라에서도 소형발사체 개발이 추진되고 있긴 하다. 민간의 경우 총 4개 업체에서 개발이 추진되고 있지만 실제 발사체를 만든 곳은 페리지 항공우주, 이노스페이스 등 2곳에 불과하다. 페리지는 2018년 한국과학기술원(KAISTㆍ카이스트) 재학생이 창업한 스타트업으로 지난해 12월 제주도에서 프로토타입 발사체 '블루웨일 0.1'을 시험 발사해 관심을 끌었다. 2단으로 구성돼 있으며, 액체메탄과 액체산소를 추진제로 만든 엔진을 사용한다. 40~50㎏ 규모의 초소형 화물을 지구 저궤도나 태양동기궤도에 올리는 성능을 목표로 개발 중이다.

이노스페이스는 '한빛' 발사체를 개발 중이다. 고체연료ㆍ액체 산화제를 추진제로 사용하는 하이브리드 엔진을 개발 중이다. 페이로드(500㎞ 고도 기준) 50㎏의 한빛-나노, 150㎏의 한빛-마이크로, 500㎏의 한빛-미니 등 3가지 버전의 발사체를 만든다. 2020년 5월 엔진 연소 시험을 실시했고, 올해 15t급 하이브리드 로켓 엔진을 단 비행체를 시험 발사할 예정이다.

케이마쉬는 지난해 3D 프린팅 기술을 적용한 발사체 개발을 목표로 설립됐고, 우나스텔라는 올해 초 전기모터 펌프 사이클 엔진이 달린 소형발사체 개발을 목표로 창업됐지만 아직까지 실제 발사체를 내놓지 못하고 있다.

정부에서도 국가연구개발(R&D) 사업을 시작했다. 지난 6월 발사 성공한 누리호 개발 과정에서 획득한 75t급 엔진 기술을 바탕으로 올해 3월부터 6년간 총 278억원을 투입해 소형발사체 개발ㆍ서비스를 목표로 하는 민간 기업의 상단용 엔진 개발을 지원하고 있다. 지난 7일 한화에어로스페이스를 한국형 발사체 체계종합기업으로 선정해 기술 이전하기로 한 것도 같은 맥락이다.

박 단장은 "우리나라의 소형 발사체 기술 수준은 그동안 정부 주도로 기술 개발이 이뤄지면서 민간 부분의 경우 아직 유아기라고 볼 수 있다. 누리호를 같이 만든 민간업체들도 아직 기술적 역량이 그리 높은 수준은 아니다"라면서 "정부가 소형발사체에 적합한 다양한 임무들을 개발해 자주 발사할 기회를 주고 핵심 기술 이전ㆍ선행 기술 공동 연구 개발 등을 통해 지원해 주고 기업들도 적극적으로 인력과 예산을 많이 투입한다면 세계 소형발사체 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있을 것"이라고 조언했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr