‘포스트 누리호’의 꿈…더 먼 우주를 향한 도전은 계속된다

김종범 한국항공우주연구원 정책팀 책임연구원(이학박사)

지난 21일 한국형발사체 ‘누리호(KSLV-Ⅱ)’가 성능검증위성을 700km 궤도에 안착시키는데 성공했다.

누리호는 1.5톤급 실용위성을 지구 저궤도에 투입할 수 있는 우주발사체로, 우리나라는 7대 실용위성 자력발사국에 들어가게 되었다.

무게 1톤 이상의 실용급 위성 발사가 가능한 국가는 러시아·미국·유럽·중국·일본·인도 등 6개국으로, 이스라엘·이란·북한 등은 300kg 이하 위성 발사 능력을 보유하고 있다.

우리나라는 누리호의 설계, 제작, 시험, 발사 운용 등 모든 과정을 국내 기술로 진행해 중대형 액체로켓엔진, 우주발사체 엔진개발 설비, 대형 추진제 탱크 제작 기술, 독자 기술 발사대 등을 보유하게 되었다.

1996년 종합과학기술심의회에서 의결된 최초 국가 우주개발중장기계획의 대표적 목표인 ‘저궤도위성 발사체의 국내독자개발 능력 확보’가 이제 달성된 것이다.

그리고 올해부터 2027년까지 한국형발사체 기술의 지속 신뢰성을 통한 우주 수송능력 확보 및 발사체 체계종합기업 발굴·육성을 위해 한국형발사체 고도화사업을 추진한다.

차세대소형위성 2호(2023년), 초소형위성 1호(2024년), 초소형위성 2~6호(2026년), 초소형위성 7~11호(2027년) 등의 국가 우주계획 대응 반복발사를 하게되는 것이다.

특히 고도화사업을 통해 국내 체계종합기업을 발굴·육성하고 참여기업들이 함께 성장하게 해 국내에 자생적인 산업생태계를 강화하게 된다.

이미 누리호 개발에는 300여개 기업이 참여해 독자 개발에 필요한 핵심부품 개발과 제작을 수행하고 있다. 주력 참여 30여 개 기업 대상 조사 결과, 약 500명 기업인력이 참여했다.

누리호는 개발 초기 설계단계부터 산·연 공동설계센터를 구축해 10개 기업과 40명이 항우연에 상주하며 협업하는 등 산업체 기술력 향상을 꾀해 왔다.

또한 누리호 개발 초기부터 관련 산업체의 보유기술, 인력 및 인프라 등을 지속적으로 활용하고 있으며 총 사업비의 약 80% 규모가 산업체에서 집행되었다.

국내 독자 기술로 개발된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 지난 21일 오후 전남 고흥군 나로우주센터에서 2차 발사돼 힘차게 날아가고 있다. (사진=저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지)

우리나라는 지난 5월부터 차세대발사체개발사업(2023년~2031년) 예비타당성조사가 진행되고 있다.

차세대 발사체는 액체산소-케로신 기반 2단형 발사체로 개발된다. 1단 엔진은 100톤급 다단연소사이클 방식 액체엔진 5기가 클러스터링되고, 재점화와 추력조절 등 재사용발사체 기반기술이 적용된다.

2단 엔진은 10톤급 다단연소사이클 방식 액체엔진 2기로 구성되고 다회점화와 추력조절 등의 기술이 적용된다.

2030년 첫 발사를 목표로 하는 차세대 발사체는 저궤도 대형위성 발사 등 국가 우주개발 수요에 대응하고 그 개발 단계부터 우주기업들이 발사체 개발 역량을 자연스럽게 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 국내 우주기술개발 분야 부품기업 육성을 위해서 최대한 국내 생산 부품을 활용해 공급망을 구축할 계획이다.

차세대 발사체 개발이 완료되면 우리나라는 지구궤도 위성 뿐만 아니라 달/화성 전이궤도에의 투입 성능 확보 등 독자적인 우주탐사 능력을 확보하게 될 것이다.

실제로 개발된 차세대 발사체를 활용해 2030년 달 착륙 검증선을 발사해 성능을 확인한 후, 본격적인 첫 임무로서 2031년에 달착륙선을 발사할 계획이다.

현재 우리나라는 위성 17기의 개발을 완료해 9기를 운영 종료하고 다목적 3·3A·5호, 차세대중형위성1호, 차세대소형위성1호, 천리안위성1·2A·2B호 등 8기를 운영 중에 있다.

또한 다목적6·7·7A호, 차세대중형위성 2·3·4호, 차세대소형위성 2호, 초소형군집위성, 천리안위성 3호 등을 개발 중이다.

특히 올해 8월 초에는 우리나라 최초 달 탐사선 ‘다누리’ 발사가 예정되어 있다. 다누리는 1년간 달 궤도 상에서 6개의 탑재체를 활용해 달 관측 및 과학기술 임무를 수행할 계획이다.

아울러 향후 2022년부터 2031년까지 공공목적의 위성을 총 170여기 개발할 계획이다.

기상, 통신, 항법 등 정지궤도위성과 한반도 정밀 관측, 환경·산림관측 등의 다목적실용위성/차세대중형위성, 고빈도지구관측 등 초소형군집위성 등이 그것들이다.

올해 8월 발사예정인 우리나라 최초 달 탐사선 ‘다누리’의 전이궤적 및 달 궤도 진입과정. (사진=과학기술정보통신부)

글로벌 산업동향을 살펴보면, 미국·일본·유럽은 민간 주도로 비용절감을 위한 새로운 발사체기술을 확보하고 있다. 인도·러시아·중국은 해외 의존을 탈피하기 위해 독자 역량을 강화하고 있다.

최근 10년 사이 위성을 등록한 국가는 80여개 이상으로 증가했다. 우주선진국은 초기에 정부투자로 기반을 조성하고 이후 민간 참여를 유도한 후, 민간주도 혁신을 통한 신산업 창출단계까지 진입하고 있다.

2019년 기준 전세계 우주시장 규모는 약 3850억 달러 규모다. 공공·상업 위성활용서비스 2930억 달러, 정부지출 700억 달러, 위성운영 130억 달러, 위성·발사체 제작 40억 달러, 지상장비 30억 달러, 발사서비스 17억 달러 등의 순이다.

모건스탠리(Morgan Stanley) 보고서에 의하면 2040년 경 우주산업은 약 1조 1000억 달러 수준에 달할 것으로 전망된다. 이는 2016년 대비 3.2배 이상 성장한 것이다.

BoA(Bank of America)는 이 예측치보다 큰 2조 7000억 달러 수준에 달할 것으로 전망하고 있는 가운데, 우리나라는 점유 확대를 위한 노력을 계속해 나가야 할 것이다.

우주개발은 국가적 힘으로써의 ‘하드파워’와 동시에 광범위하게 정보를 제공하는 ‘사회 인프라’, 매력적이고 영향력 있는 ‘소프트 파워’, 시장에 방임하는 것으로서는 투자가 되지않는 정부 ‘공공사업’, 부가가치를 향상 시키는 ‘상품’ 등의 특성을 골고루 가지고 있다.

누리호 발사 성공으로 실용급 위성 발사능력을 갖춘 지금, 관·산·학·연이 연계해 R&D 역량을 모은다면 우주분야는 향후 우리나라 기술혁신과 국민경제의 중심적인 역할을 담당해 나갈 수 있을 것이다.