“뉴스페이스 시대 핵심은 재사용발사체 개발 5년 내 가능하다”

‘한국판 스페이스X’ 꿈꾸는 김종한 인하대 항공우주공학과 교수
우주개발 산업이 민간 주도의 ‘뉴스페이스’로 변화하고 있다. 이전에는 정부가 주도해 우주사업을 이끌어갔지만 뉴스페이스 시대에는 정부가 민간 우주기업의 상품과 서비스를 구매한다. 미국 항공우주국(NASA)에서 민간 우주기업 스페이스X로 혁신적 우주개발의 주체가 옮겨진 것처럼 전 세계 우주개발 방식은 변화를 맞이하고 있다.
뉴스페이스 시대에는 우주개발 속도가 더 빠르게 진행될 전망이다. 미중 간 우주항공 패권 경쟁이 심화되면서 우주항공 경제 규모도 커지고 민간기업 간 경쟁도 치열해질 것으로 보인다. 우리도 뉴스페이스 시대에 맞춰 우주항공 기술을 발빠르게 성장시켜야 한다.
우리 우주항공 산업의 컨트롤타워가 될 우주항공청 개청을 시작으로 정부도 뉴스페이스 시대에 맞는 준비 태세를 갖추고 있다. 특히 스페이스X가 주도하는 재사용발사체 기술을 확보하는 일이 시급하다. 현재 발사체를 한 번 발사하는데 1㎏당 3만 달러가 들지만 재사용발사체 기술을 확보하면 1㎏당 1000달러로 비용을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다.
우주항공청은 2월 25일 제3회 국가우주위원회를 개최하고 ‘차세대발사체 개발사업 개선 추진계획’을 밝히며 차세대발사체를 재사용발사체로 개발할 것이라고 밝혔다. 윤영빈 우주청장은 2월 24일 언론브리핑에서 “차세대발사체를 상당한 수준의 재사용발사체로 개발하도록 변경하는 방향으로 계획 중”이라며 “계획대로 진행되면 2030년대 중반에는 한국도 재사용발사체를 확보할 수 있다”고 말했다.
아직까지 우리나라에서 재사용발사체는 시범적으로도 발사된 적이 없다. 그러나 한국항공우주연구원 등과 협력해 재사용발사체 기술을 연구하는 대학과 민간기업은 조만간 우리도 재사용발사체를 발사할 수 있을 것이라고 장담하고 있다. 김종한 인하대 항공우주공학과 교수도 그중 한 명이다. 국내 재사용발사체 연구를 주도하는 인물인 김 교수를 만나 왜 재사용발사체 개발이 주목받고 있는지, 재사용발사체 개발에 필요한 기술은 무엇인지 등을 들어봤다.

왜 지금 ‘재사용발사체’가 주목받고 있나?
이전에는 발사체 개발을 비롯한 우주개발 계획은 국가 주도로 이뤄졌다. 정부가 정책적으로 대규모 프로젝트를 계획하고 국책 연구 기관이 설계하면 민간 우주기업은 제품을 납품하는 형태였다. 그러다가 스페이스X가 재사용발사체를 개발하면서 상황이 변했다. 매번 발사체를 제작하지 않아도 되니 우주수송 비용이 획기적으로 낮아진 것이다. 꼭 대규모 프로젝트에 참여하지 않더라도 민간 우주기업이 적은 비용으로 우주에 접근할 수 있는 시대가 왔다. 그러면서 여러 민간 우주기업이 우주개발 시장에 뛰어들었고 다양한 브랜드의 위성들이 하늘을 장식하기 시작했다. ‘뉴스페이스’ 시대가 온 것이다.

뉴스페이스 시대에는 무엇이 달라질까?
이미 우리는 변화를 경험하고 있다. 스페이스X의 군집위성 ‘스타링크’는 전 세계에 인터넷 서비스를 제공하고 있다. 지구 관측 위성과 정찰위성도 민간기업이 운영하고 있다.
우주경제는 점점 규모가 커질 것이다. 예를 들어 신약을 개발할 때 중력의 영향으로 생기는 오차를 우주공간에서는 없앨 수 있다. 제약회사가 우주에 눈을 돌리는 이유다. 신소재를 개발하는 것도 마찬가지라 화학기업들도 우주에 공장을 세우려고 시도하고 있다.

왜 전 세계가 재사용발사체 개발에 매달리면서도 쉽게 성공을 하지 못하나?
모든 것이 다 어렵지만 그중에서도 착륙 유도제어 기술을 완벽하게 구현하는 것이 어렵다. 발사체의 비용을 낮추는 것은 몇 가지가 있다. 어떤 연료로 어떻게 엔진을 만드는지, 어떤 제조 과정을 거치는지에 달렸다. 또 원하는 지점에 부드럽게 착륙해야 발사체를 손상시키지 않고 회수할 수 있다. 이걸 성공하려면 아주 섬세한 유도제어 기술이 필요하다.

유도제어 기술에 대해 더 자세하게 듣고 싶다.
발사체의 자세와 경로를 제어해 위성을 목표 궤도에 올리고 발사체가 대기에 재진입했을 때 정확하게 착륙할 수 있도록 유도하는 기술이다. 발사체의 자세를 인식해서 실시간으로 추력을 조절해야 하고 바람과 기상 상태도 파악해 자세·경로를 수정해야 한다.
재사용발사체에서는 예전의 소모성 발사체에서 요구되던 정밀도와는 비교할 수 없을 수준의 정밀도가 요구된다. 소모성 발사체의 최종 목적지인 우주 궤도에서는 수백 미터의 고도 오차가 큰 문제가 되지 않지만 재사용 발사체의 최종 목적지인 지상에서는 10미터의 고도 오차도 발사체를 위험하게 만들기 때문이다. 정확히 목표 지점에 발사체를 갖다 올리고 착륙시키도록 제어할 수 있는 기술이 필요하다.

매우 정밀한 기술이 요구되는 것 같다.
또 한 가지 중요한 것은 연료를 최소로 사용하면서 정확히 착륙시키는 궤적을 계산할 수 있어야 한다. 목표 지점에 올라가서 내려오기까지 필요한 최소 연료가 얼마인지 계산해야 한다. 모자라면 당연히 착륙에 실패하겠지만 남는 것도 문제가 된다.

왜 연료가 남으면 문제가 되나?
그만큼 경제성이 떨어지기 때문이다. 연료를 100㎏ 더 실으면 100㎏ 위성을 하나 더 못 싣게 되는 거다. 재사용발사체의 핵심은 경제성이다. 정확성과 경제성이 재사용발사체 유도제어 기술에서 요구되는 부분이다.

구체적으로 어떻게 발사체를 제어하나?
정밀하게 제어할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 이 알고리즘을 개발하는 것이 쉽지 않은데 선진국에서 기술 보호와 안보를 이유로 기술 공개를 극도로 꺼리기 때문이다. 아무 것도 없는 상태에서 우리가 쌓아왔던 발사체 발사 경험을 바탕으로 알고리즘을 개발한다. 나 역시 국방과학연구소 등에서 숱한 발사체 개발 경험이 있기 때문에 이를 바탕으로 알고리즘을 짤 수 있다.

알고리즘을 개발한다는 것이 어떤 것인지 좀 더 설명해달라.
우리가 내비게이션에 목적지를 입력하면 ‘최적 경로’가 나온다. 이건 내비게이션의 알고리즘이 어떻게 하면 시간도 절약하고 운전도 편안하게 할 수 있을지 여러 가지를 고민한 끝에 나온 ‘최적 답변’이다. 이런 것을 두고 ‘최적화 문제를 푼다’고 말하는데 재사용발사체 알고리즘 개발은 최적화 문제를 해결하는 것과 같다. 연료량, 발사체의 안전, 엔진의 능력 등 수많은 조건을 두고 가장 최적의 답변을 내려야 한다.

외부 환경에도 많은 영향을 받을 것 같다.
그렇다. 비가 오거나 바람이 불거나 외부 환경이 변할 때를 고려해서 알고리즘을 개발해야 한다. 그러니 스페이스X가 재사용발사체를 ‘잡아서’ 착륙시킨 일이 얼마나 어려운 일인지 짐작할 수 있을 것이다.

우리는 언제쯤 스페이스X의 ‘팰컨 9’과 같은 재사용발사체를 만들 수 있을까?
사실 재사용발사체를 만드는 것 자체가 많은 비용과 경험을 필요로 하는 일이다. 시험적으로 발사를 해보려고 해도 천문학적인 비용이 든다. 그렇기 때문에 우리의 노력만으로 재사용발사체를 발사할 수 있는 것은 아니고 지금껏 그래왔듯 한국항공우주연구원이나 다른 우주기업들과 협력하는 일이 필요하다. 그렇다고 해도 아주 먼 미래는 아니다. 개인적인 전망으로는 2027년 되면 어느 정도의 기술이 마련될 것으로 본다. 그때쯤이면 완전한 크기의 재사용발사체는 아니더라도 소형 발사체 형태의 시범 발사는 가능할 것이다.

김효정 기자



재사용발사체를 개발하라!
우주수송 전략 개선
재사용발사체 개발 조기 착수
앞으로 누리호의 뒤를 이을 차세대발사체 개발사업이 재사용발사체 개발을 중심으로 변화될 방침이다. 우주항공청은 2월 25일 제3회 국가우주위원회를 열고 ‘차세대발사체 개발사업 개선 추진계획’을 비롯해 대한민국 우주수송·인공위성·우주과학탐사 추진전략 3건 등 총 7건의 안건을 검토했다.
이에 따르면 정부는 국가 우주수송 수요에 대응하고 경제성 있는 우주발사체 체계를 확보하기 위해 재사용발사체 개발에 조기 착수할 계획이다. 국가 주도로는 주력 차세대발사체에 재사용 기술을 조기 적용해 다빈도 발사 역량과 경제성을 확보하는 한편 민간 우주기업이 중소형 발사체 역량을 확보할 수 있도록 ‘혁신형 재사용발사체 핵심기술 사업’을 통해 400억 원을 지원한다.
2028년까지 핵심기술을 개발하고 2032년 달탐사 임무를 달성한 후 완전재사용 기술을 개발한다는 계획이다. 이를 통해 2030년대 중반에는 1㎏당 1000달러 수준으로 개발 비용을 낮추고 연 20회 이상 발사가 가능하도록 해 우주에 쉽게 접근할 수 있도록 한다.
윤영빈 우주청장은 2월 24일 열린 언론브리핑에서 “이번에 확정한 우주수송 추진전략은 우주발사체 분야에서 급변하는 기술혁신 환경과 패러다임 변화에 대응하기 위한 전략”이라며 “재사용발사체와 궤도수송선과 같은 신기술 확보를 적극적으로 추진하겠다”고 밝혔다.

(www.korea.kr)