우주로 향하는 국산 기술 13기…누리호 4차 발사 임박

KAI 제작 차중 3호 탑재…국산화·양산 체계 시험대

뉴스페이스 기업·대학 위성들 우주환경 실증 도전

▲누리호 3단에 탑재된 차세대중형위성 3호의 모습
[한국항공우주연구원 제공](사진출처=연합뉴스)

연합뉴스에 따르면 27일 새벽 발사될 누리호에는 오로라 관측을 위한 중형위성부터 신약개발·우주 폐기 등 다양한 우주 사업 진출을 꿈꾸는 기업의 큐브위성, 추력 없는 도킹 등 신기술을 검증하는 대학 큐브위성들이 실려 저마다의 임무를 담고 우주로 향한다.

16일 한국항공우주연구원에 따르면 누리호 4차 발사에는 무게 516㎏ 주탑재위성 '차세대중형위성 3호'와 부탑재위성 12기 등 총 13기 위성이 실린다

◇ 오로라 관측 위해 새벽 발사…차중 3호 검증으로 위성 양산 도전

이번 누리호 4차 발사의 '주요 손님'인 차세대중형위성 3호는 우주과학 연구 및 우주기술 검증을 목적으로 하는 국가 위성이다. 한국항공우주산업(KAI)이 제작했으며 탑재체 3개가 실린다.

한국천문연구원이 만든 우주용 광시야 대기광 관측카메라는 고위도 지역에서 광범위하게 발생하는 오로라와 대기광을 관측해 우주 날씨 현상을 연구한다.

한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소의 우주플라즈마 자기장 측정 장치 '아이엠맵'(IAMMAP)은 전리층의 이상 현상을 감시하고

한림대가 만든 탑재체 '바이오캐비닛'은 우주 미세중력 환경에서 줄기세포 기반 3차원(3D) 프린팅과 3D 세포 배양 시스템을 검증한다.

누리호의 발사 시각도 차중 3호의 오로라 관측 임무에 맞춰 설정됐다.

차중 3호가 오르는 태양동기궤도는 위성이 지구를 돌 때 항상 같은 태양 고도 아래에서 같은 지역을 통과하는 궤도로, 위성이 적도를 남쪽에서 북쪽으로 통과하는 순간 그 지역의 태양 시각인 '승교점 지방시'(LTAN)가 일정하다.

이 지방시를 낮 12시 40분에 맞춰야 오로라 관측에 적절한 태양광 조건을 맞출 수 있는데, 이를 역산하면 나로우주센터에서 새벽 1시 4분경 발사해야 한다.

차중 위성은 위성 양산화를 위해 표준형 위성 플랫폼을 개발하는 사업으로 항우연 주도로 개발해 KAI에 이전했다.

이번에 국산화 비율이 높아진 3호가 성공하면 민간 주도의 본격적인 양산 체계에 성공했다는 신호탄이 된다는 의미도 크다고 연구진은 설명했다.

김영철 KAI 책임연구원은 "누리호면 쏘면 국제무기거래규정(ITAR)에 맞춰야 해 대부분 부품을 국산화했다"며 "어떤 발사체로 쏘든 제약 없이 발사할 수 있는 독립성을 가지게 됐다는 게 기존 위성과 차이점"이라고 말했다.

현재는 미사일기술통제체제(MTCR)와 ITAR에 따라 우리나라는 누리호를 비롯한 한국이 개발한 발사체로 미국의 첨단 부품을 사용한 고성능 인공위성을 발사할 수 없다.

▲우주로테크의 '코스믹'
[항우연 제공](사진출처=연합뉴스)

◇ 우주 폐기부터 신약 개발까지…기업 큐브위성들 우주 검증 시도

민간 주도의 우주개발 기조인 '뉴스페이스'를 상징하는 기업 개발 큐브위성들도 무료 발사 기회를 얻게 됐다.

큐브위성은 초소형 위성의 한 종류로 가로·세로·높이가 모두 10㎝인 정육면체를 하나의 '유닛(U)'으로 규격화한 위성이다.

최근 부품 성능이 좋아지며 대형 위성의 임무를 대체하는 용도로 활용되고 있으며, 이번 누리호에는 2~6U 크기 위성들이 실린다.

우주기업 '우주로테크'는 추력기가 달린 위성 '코스믹'(COSMIC)으로 우주탐사 로버용 부품 기술 검증 임무 후 궤도에서 이탈해 위성을 폐기하는 우주 쓰레기 폐기 기술을 검증한다.

이성문 우주로테크 대표는 "언젠가 우주 쓰레기가 문제가 될 것이란 걸 확신을 가지고 사업을 시작했다"며 "미국과 유럽에서 위성 폐기 의무 규제들이 등장하고 있는데 이런 시점에 이를 검증하는 임무를 할 수 있는 게 굉장히 의미가 크다"고 말했다.

스페이스린텍은 우주 미세중력에서 단백질을 결정화하는 실험용 큐브위성 '비천'(BEE-1000)을 통해 세계 매출 1위를 다투는 면역항암제 '키트루다' 성분인 펨브롤리주맙 결정화에 도전한다.

윤학순 스페이스린텍 대표는 "세계 최초로 큐브위성에서 단백질 결정화를 실증하는 것"이라며 "이를 통해 실제 우주에서 제약 생산을 하는 기반을 마련할 것"이라고 말했다.

지구관측용 군집위성을 개발하는 한컴인스페이스는 시리즈 중 처음으로 자체 개발한 '세종 4호'를 쏘아 올린다.

코스모웍스는 지상 관측을 수행하는 'JACK-003'과 'JACK-004'를 발사하며 쿼터니언은 제주와 남해 연안 해양쓰레기를 탐지하는 위성 'PERSAT-01'을 발사한다.

정부출연연구기관도 우주 임무 검증에 참여한다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 바다에 떠 있는 해양기후 예측 장비와 사물인터넷(IoT) 기반 통신을 수행하며 6세대 이동통신(6G)을 검증한다.

항우연은 나라스페이스테크놀로지와 개발한 국산 소자·부품 검증위성을 통해 우주에서 삼성전자[005930]의 DRAM과 한국과학기술원(KAIST)의 주문형 반도체(ASIC), 엠아이디의 우주급 소자 8종이 잘 동작하는지 검증한다.

▲서울대 큐브위성 '두리' '하나'
[항우연 제공](사진출처=연합뉴스)

◇ 5전 6기 꿈 이뤄질까…대학 개발 큐브위성 4기도 우주로

2022년 큐브위성 경연대회를 통해 선정된 6개 위성 중 세종대, KAIST, 인하대, 서울대가 개발한 위성 4기도 이번에 발사된다.

서울대는 접합한 형태로 발사돼 궤도에서 분리된 뒤 다시 도킹 임무를 수행하는 쌍둥이 3U 위성 '두리'와 '하나'를 발사한다.

위치정보시스템(GPS)을 이용한 3차원 지구대기 관측을 주요 임무로 수행하며 추력기 없이 공기저항 차를 활용하는 자율 궤도제어 시스템으로 도킹에 나선다.

서울대 배영환 박사는 "발사 후 10일간 시운전을 거쳐 문제가 없다면 위성을 분리하고 한두달간 임무를 수행한다"며 "임무 수행을 마치면 '두리' '하나'가 되는 도킹을 시도하고, 도킹에 성공하면 이 임무를 반복한다"고 설명했다.

KAIST는 전기에너지로 플라스마를 만들어 추진력을 얻는 '홀 추력기'를 초소형으로 개발해 우주에서 검증한다.

세종대는 가장 작은 2U 크기 위성 '스파이론'(SPIRONE)을 발사해 저궤도에서 항법신호 송신모듈을 검증하고 적외선 기반 해양 플라스틱 관측에도 나선다.

인하대는 큐브위성의 공간을 아낄 수 있도록 돌돌 만 형태로 개발된 '롤러블 태양전지' 모듈을 탑재해 전개하는 시도를 수행한다.

지금까지 다섯차례 큐브위성 경연대회를 통해 우주로 발사된 큐브위성 15기 중 성공으로 꼽을 사례가 없었던 만큼 이번에는 대학의 첫 성공 사례가 나올지 주목된다.

항우연 연구진이 2023년 항공우주시스템공학회지에 낸 논문에 따르면 2017년부터 2022년까지 5차례에 걸쳐 다양한 발사체를 통해 큐브위성들이 발사됐지만, 비컨 신호 수신 등 임무 일부분의 기능 확인했고 예정된 임무를 온전히 성공한 사례는 없다