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학술기획

우리별에서 날아오른 우주개발의 30년을 되돌아보다.

올해 6월 누리호(KSLV-II) 2차 발사가 나로우주센터(전남 고흥)에서 성공적으로 이뤄졌다. 2010년 3월 한국형 발사체 개발 사업을 시작으로 올해 8월 드디어 국내 첫 달 탐사선인 다누리호(KPLO)를 성공적으로 발사했으며, 우리나라 우주산업에 대한 관심이 뜨거워졌다. 우리나라 우주 개발은 선진국에 비해 30년 여 년 늦게 시작했지만 현재 위성 개발 분야에서는 기술력이 세계적으로도 인정받는 수준에 이를 정도로 빠른 발전을 이뤘다. 과학기술위성, 다목적실용위성, 차세대중형·소형위성, 천리안 위성 등 세계적 수준의 위성을 개발할 수 있는 기술을 갖춘 국가가 된 우리나라의 우주 산업은 어떻게 성장해왔을까?


30년 역사의 시작. 우리별

우리나라 최초의 위성은 영국 서리 대학의 기술을 전수해 발사한 KAIST 인공위성연구소(SaTRec)의 우리별 1(KITSAT-1)19928월 아리안 발사체에 의해 쿠루 우주센터에서 발사됐다. 이를 계기로 우리나라는 세계 22번째 인공위성 보유국가가 됐다. 해당 위성은 지구 표면 촬영, 지구 주변 방사성 측정 등을 수행하며 20048월까지 운용됐다

우리별 1호 발사 후 우리별 2(KITSAT-2)호 개발이 시작됐으며, 19939월 발사됐다. 우리별 2호는 우리별 1호와 외관상 비슷하나, 탑재체에 차이가 있다. 저에너지 검출기 적외선 감지기 시험장치 고속변복조실험 장치 소형위성용 차세대 컴퓨터 등이 탑재됐다.



▲우리별 1호 (출처 : 대한민국역사박물관 현대사아카이브)


아리랑·무궁화·천리안으로 이어지는 상업위성의 발전

다목적·실용위성인 아리랑 1(KOMPSAT)는 한반도관측, 해양관측, 과학실험 등을 위한 위성의 국산화와 운용 및 이용 기술 기반 확보를 목표로 추진됐다. 추력기의 연료로 하이드라진을 사용하고 3축 제어 방식으로 위성의 자세 및 궤도를 제어했다. 해상도가 다른 두 카메라가 탑재돼 지구를 관측했는데 전자광학 카메라는 우리나라의 삼림분포를 조사하고. 해양관측 카메라는 해양 자원과 오염 정도를 조사했다.

아리랑 2(KOMPSAT-2)는 한반도 정밀 관측을 위한 고정밀 위성개발 및 고해상도 탑재 카메라 기술 조기 확보를 목표로 과학기술부, 산업자원부, 정보통신부와 국내외 기관이 공동 참여하는 범부처적 연구개발사업으로 추진됐다. 아리랑 2호의 고해상도 카메라는 흑백 1m, 컬러 4m의 해상도와 관측 폭 15km의 성능을 갖는다. 아리랑 2호는 러시아 플레세츠크 발사장에서 20067월 발사됐다.

아리랑 3(KOMPSAT-3)는 초고해상도 지구관측위성으로 1m 미만의 물체까지 파악이 가능한 서브미터(sub-meter)급 민간지구관측 위성으로, 국내 독자기술을 사용해 개발됐다. 20125월 일본 규슈 가고시마현 다네가시마에서 일본 H2A 로켓에 실려 발사됐으며, 공공안전, 재해재난, 국토자원관리 환경감시 등의 임무를 수행하고 있다.

20153월 아리랑 3A(KOMPSAT-3A)가 러시아의 야스니 발사장에서 발사됐다. 주야간 전천후 지구관측 시대를 열어줄 다목적 실용위성 아리랑 3A호에는 해상도 55급 전자 광학카메라와 함께 처음으로 적외선(IR) 관측 센서가 장착됐다. 4년간 지구 주변 528상공을 하루 15번씩 돌며 지상관측 임무를 수행하게 된다. 전자 광학카메라와 영상레이더(SAR), 적외선 관측센서(IR)는 밤낮과 날씨에 상관없이 24시간 지상을 감시할 수 있다.

아리랑 5(KOMPSAT-5)는 다목적 실용 위성으로 현재 임무 수행 중이다. 국내에서 처음 개발한 영상 레이더가 탑재돼 있으며 20138월 발사됐다.

과학기술위성 1(STSat-1)는 우주 관측과 우주 환경 관측을 목적으로 개발됐으며 원자외선 분광기, 우주 물리 탑재체, 별 감지기 등이 탑재됐다. 과학기술부는 원자외선 분광기의 관측 결과를 공동 개발국인 미국과 공유하기 위해 20038월 미국항공우주국(NASA)과 양해각서를 체결했는데, 이는 우리나라 주도의 우주 프로그램에 미국이 참여하는 최초의 국제협력이다. 과학기술위성 1호는 20039월 러시아 플레세츠크 발사장에서 COSMOS-3M 발사체에 의해 발사에 성공했으며, 원자외선 분광기와 우주 물리 탑재체를 이용해 우주 환경 측정 및 우리은하의 고온 가스 분포 측정 등의 임무를 수행했다.

과학기술위성 2(STSat-2)는 나로우주센터에서 국내 개발 최초의 발사체인 나로호에 실려 발사된 첫 인공위성이다. 같은 크기와 성능을 가진 2A, 2B호 두 기가 제작됐으며, 2009년과 2010년 각각 발사됐으나, 모두 궤도진입에는 실패했다.

과학기술위성 3(STSat-3)는 국가 우주기술 축적을 위한 170kg급 소형위성으로 201311월 러시아 야스니발사장에서 러시아 발사체인 드네프르(Dnepr) 발사체에 탑재돼 발사됐다. 과학기술위성 3호는 국내 최초 독자 개발된 근적외선 위성 카메라와 소형위성 분광기를 탑재해 위성 관측 및 지구관측 임무를 수행하고 있다. 또한, 위성 본체에 적용된 핵심 우주기술의 우주 검증을 통한 실용위성의 우주 기반 기술 확보 등의 목적으로 활용된다.

미국의 GE사에서 제작한 무궁화위성 1(KOREASAT-1)19958월 미국 플로리다주 케이프커내버럴 미 공군 기지에서 McDonnell Douglas사의델타 2 발사체에 의해 발사됐다. 발사 후 보조로켓 중 1개가 제대로 분리되지 않아 정상궤도 진입을 위한 타원형 천이궤도에서 약 6,000km가 모자라는 사고가 생겼다. 이에 따라 자체 연료를 분사시켜 제 궤도로 진입하는 데는 성공했으나 위성의 예상 수명이 절반 이상 줄었다. 실제로는 6년간 운영됐다.

무궁화위성 2(KOREASAT-2)는 무궁화위성 1호의 수명 단축을 보조하는 위성이 됐다. 발사에 성공해 적도 상공의 정지궤도에서 상용 방송 통신위성의 임무를 수행하고 있다.

무궁화 3호 사업(KOREASAT-3)은 무궁화 1호의 수명이 다한 뒤 중단 없는 서비스를 제공하기 위해 추진됐다. 위성 본체는 Lockheed Martin에서 제작했고, 발사체는 아리안 4 로켓이었다. 19999월 쿠루 우주센터에서 성공적으로 발사된 무궁화위성 3호는 1, 2호와 달리 4개의 구동 안테나를 이용해 동남아 지역에도 중계 서비스를 제공할 수 있다.

최초의 민군 복합위성인 무궁화위성 5(KOREASAT-5)는 프랑스 알카텔 사와 계약을 통해 제작됐으며, 발사는 미국의 Sea Launch사에 의해 적도 공해상에서 20068월 발사됐다. 무궁화위성 5호는 무궁화위성 3호를 대체하는 한편, 서비스 지역은 일본, 중국, 대만, 필리핀 등을 포함해, 기존 한반도 중심의 서비스 영역 한계를 벗어났다는 의미가 있다.

KT의 통신위성인 올레 1(무궁화위성 6, KOREASAT-6)KT가 프랑스 탈레스와 협력해 개발한 위성 방송용 위성으로 201012월 기아나 발사센터에서 발사됐고 교신에도 성공했다. 올레 1호는 위성 방송출력이 기존보다 25% 향상, 수명도 늘어났다.

20106월 남미 프랑스령 기아나 쿠루 우주센터에서 우리나라 최초의 기상·해양 관측, 통신 서비스 업무를 수행하는 정지궤도 복합위성인 천리안 위성(COMS)이 발사됐다. 이전까지 일본과 미국의 기상위성으로부터 위성 영상 이미지를 얻었으나, 천리안 위성 운영으로 독자적인 위성 영상을 얻을 수 있게 됐다.

천리안 위성 2호는 국내 독자 개발 정지 궤도 위성으로 2A호와 2B호 두 기가 임무 수행 중이다. 천리안위성 1호보다 정밀한 기상관측이 가능하고, 해양과 대기환경 관측이 가능하다.


실용을 넘어 연구를 위한 우주탐사시대

19936월에는 안흥시험장에서 1단형 과학 로켓(KSR-I)이 고도 39km, 낙하 거리 77km를 비행하면서 한반도 상공의 오존층 측정과 로켓 자체의 각종 성능 특성 측정을 수행했다. 2단형 중형과학로켓(KSR-II)은 한국항공우주연구원이 주도해 150kg급 과학탑재물을 탑재해 150km 고도에서 이온층 환경, 오존층 분포 등을 측정을 목적으로 제작했다. 19977월 안흥시험장에서 발사했으나, 실험 관측에는 실패했다. 19986월 두 번째 발사는 실험 관측에 성공했다. 액체 추진과학 로켓(KSR-III)(KSR-III)은 우리나라 최초로 개발된 액체 추진 로켓이다. KSR-III는 액체 연료(케로신)와 액체 산화제(산소)를 추진제로 한다. 엔진 추력으로 쉽게 조절할 수 있고 비행 시 재점화가 가능하며 발사 전에 점화시험이 가능하므로 신뢰성을 확보할 수 있다. 현재 대부분의 민간용 우주발사체에는 액체 추진제를 사용하고 있다.

우주인 배출사업은 2000년 우주개발 중장기기본계획에 처음 반영됐으며 우주인 배출사업은 유인 우주 프로그램의 핵심인 우주인 선발, 훈련, 관리와 기술적 노하우를 습득하고, 한국 우주인이 수행할 우주 실험 및 우주 실험장비 개발에 대한 시술 습득을 목적으로 했다. 200511월 한국 우주인 배출사업 추진위원회가 사업의 주관기관을 선정하면서 우주인 배출사업이 본격화됐다. 선발 평가를 통해 20083월 이소연 씨가 최종 탑승우주인으로 선정됐다. 한국 최초우주인 이소연 씨는 20084월 국제우주정거장 (ISS)에서 10일간 과학기술 임무를 수행 후 20104월 지구로 귀환했다.

나로우주센터는 20096월에 준공 완료됐다. 이로써 우리나라는 세계 13번째 우주센터를 보유국가가 됐다. 발사대와 발사통제동 등 13개 동으로 이루어져 있다. 나로과학위성(STSAT-2 C)은 과학기술 위성 2A, 2B호에 이은 3번째 위성이다. 나로과학위성은 나로호의 궤도진입 후 우주 환경 관측 및 국가 우주개발 사업 등을 통해 개발된 선행 우주기술을 우주에서 검증하기 위한 과학실험을 수행하고 있다. 프레임 타입의 위성 구조체에 반작용 휠 펨토초 레이저 발진기 적외선 센서 태양전지판 등 국산 우주기술을 탑재하고 있다. 한미 미사일 지침의 영향으로 과거 우리나라는 인공위성을 실을 발사체를 국내 개발할 수 없었다. 한미 미사일 지침은 미국의 미사일 기술을 이전받는 대가로 한국의 미사일 개발 사거리를 180km로 제한한 약속이다. 1979년 체결 2001년과 2012년 두 차례 개정 20215월 한미 정상회담에서 종료된다. 또한, 본 회담에서 NASA아르테미스 협정'에 정식으로 서명했다. 위협적은 2024년까지 달에 다시 한번 인류를 보낼 목적으로 NASA에서 추진 중인 아르테미스 프로그램의 국제협력 원칙이다.


더 넓고, 더 깊은 우주로

2022년 발사 성공한 한국형 로켓 누리호는 우리나라의 힘으로 제작·시험 등 전 과정을 국내에서 추진한 최초의 실용 위성급 우주발사체라는 데 의의가 있다. 달 탐사선 다누리호는 미국 플로리다주 케이프커내버럴 미 우주군 기지에서 스페이스엑스사의 팰컨8 발사체에 실려 발사됐다. 발사 후 교신에도 성공했으며 올해 12월에 달 궤도에 도착할 예정이다. 내년 1월 시운전 운영에 들어가고 점검이 완료되면 내년 12월 말까지 달 관측과 과학기술 임무 등을 수행할 예정이다. 2027년까지 누리호 발사를 네 차례 더 계획하고 있는 등 국내 우주 개발은 계속 진행되고 있다. 과학기술정보통신부에서는 누리호보다 고도화 대형화된 차세대발사체 개발 사업을 추진 중이며, 예비타당성조사가 진행되고 있다고 20225월 밝혔다. 차세대 발사체는 액체산소 케로신 기반 2단형으로 구성되며 2031년 달 착륙선 발사를 첫 임무로 추진 중이다. 우주 산업 불모지였기에 다른 나라 연구진에게 기술을 전수해 위성을 만들었던 그때 이후 30, 지금 우리나라는 국내 독자 기술로 발사체 개발에도 성공할 만큼 발전했다. 이제는 30년 후를 바라보며 세부적인 목표를 설정하고 인류에게 공헌할 미래 사회를 준비하고 있다.




<참고문헌>

-과학기술정보통신부, (2022) 차세대발사체예타추진 

-대한민국 국회, (2022)「한국형 발사 체 ‘누리호’ 발사의 의의와 향후 과제」 

-카이스트 인공위성연구소 위성개발역사

-한국항공우주연구원, (2022) 대한민국 최초 달 궤도선 「다누리」, 달


<자문>

김민진 교수 (자연대 지구시스템과학)


임지한 기자 wlgks1113@knu.ac.kr





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