우주개발 백서: 평화로운 우주는 이제 세계 각국의 치열한 경쟁 공간

2020  대한민국 우주개발 백서

2020년 12월 과학기술정보통신부에서 발간한 '우주개발 백서'는 지난 30년간 대한민국의 우주개발에 대한 역사와 성과, 국내외 우주 관련 자료 등 다양한 정보들이 담겨있다. 방대한 이야기가 담겨 있어 간단하게 우주개발의 필요성 그리고 우주개발에 있어 선진국과 후발주자 국가들의 현 우주개발에 대한 초점을 적어보았다. 맛보기로 살펴보고 우주개발 백서에 대한 내용이 더 궁금하다면 하단에 링크를 남겨놨으니 참조하면 되겠다.

 

2020년 2월 누리호 1단 300t급 액체엔진 연소시험 101초 연소 성공     출처: 동아사이언스

 

2019년 한국천문연구원 NASA 공동개발 태양 코로나 그래프 관측     출처: 2020 우주개발백서

 

2018년 차세대소형위성 1호 발사환경시험     출처: 2020 우주개발백서

기술혁신과 시장성으로 무장한 민간 기업이 전면에 나서며 우주개발의 열기가 그 어느 때보다도 폭발적이다. 달, 화성으로의 우주 탐사선, 광물 채취, 우주환경 연구, 새로운 생명체 탐색 등 여러 이유로 우주 탐사 및 기술개발에 전력을 다하고 있다. 심지어 우주 관광상품을 판매하기 시작하고, 인류 화성 정착이란 거대한 프로젝트가 멀지 않은 미래다. 현 우주개발은 공공 중심의 우주개발이 민간으로 확산되고, 발사체, 위성 등 전통적인 우주기술이 인공지능, 빅데이터, 3D 프린팅 등 4차 산업 신기술과 융합되어 새로운 시장을 만드는 혁신을 이룬다. 또한 우주개발은 첨단산업을 이끌어 갈 미래 유망기술로 자동차, 기계, 전자, 정보통신 등 타 산업의 발전에 촉진제가 되고 있다.

 

출처: 한국일보

한국은 우주 선진국에 비해 우주산업이 뒤쳐져 있지만 위성 기술만큼은 세계적인 기술력을 보유하고 있다. 또한 과거 러시아 협력 하에 나로호 발사체를 개발했던 경험으로 독자기술을 바탕으로 한 '누리호' 발사체 연구개발을 해왔으며 올해 10월 1차 발사를 앞두고 있다. '누리호'의 성공적인 개발은 우주발사체 기술을 보유한 우주선진국으로 한 갈음 나아가는 계기가 될 것이다.

 

 

우주개발의 필요성 

지구를 둘러싸고 있는 우주궤도는 고도에 따라 저궤도, 중궤도, 정지궤도로 구분되는데 인공위성의 운용목적에 따라 위성 위치가 다르다. 또한 우주공간은 국제법적으로 주권이 미치지 않는 지역으로 자유로운 통행이 보장돼, 정찰 기능 등 국가안보 목적으로도 매우 유용하게 사용된다. 정찰위성은 상대국의 상공을 비행하면서 상대국의 상황을 모니터링할 수 있다. 현대전은 우주능력의 차이가 전투능력의 차이로 이어지기 때문에 우주자산의 보호와 안전한 운용은 중요한 국가안보 이슈이다.

한화시스템이 선보인 정찰위성 425사업     출처:한국방위산업진흥회

이외에도 세계 각국의 우주탐사 활동 등을 포함하여 국민의 삶의 질 향상을 위해 인공위성을 활용한 통신·영상정보 획득, 우주 정보 활용 등을 목적으로 우주개발이 이루어지고 있다. 특히 최근에는 인공지능(AI) 기술을 적용한 우주정보의 분석 및 활용이 크게 활성화되고 있다.

 

저궤도 (200~2000km)	중궤도 (2000~3600km)	정지궤도 (3600km)
영상자료 확보 감시 정찰 재난 재해 파악 국토개발 기초자료 확보 초소형 위성 이용한 인터넷망 국제 우주정거장	이동 통신위성 위성항법시스템(GPS)	통신 방송중계 지구환경 관측 기상관측

궤도에 따른 다양한 인공위성 운용목적

 

우주개발 과정에서 습득한 첨단 기술은 타 분야에 적용되어 새로운 기술 발전을 이끌기도 하는데, 특히 GPS 같은 경우 내비게이션, 정밀농업, 금융, 통신 등 광범위한 산업에 활용된다. GPS가 민간에 개방된 1980년부터 2017년 사이 GPS를 활용한 타 산업 분야의 수익은 무려 1.2조 달러에 이른다. GPS 이외에도 우리 생활과 밀접한 우주기술은 화재경보기, 정수기, 선글라스, MRI&CT 등 무수히 많다.

 

GPS의 경제적 효과     출처: 2020 우주개발백서

최근 우주기술은 보다 빠른 속도로 발전하고 있다. 초소형위성이 기존 중대형급 고해상도 위성을 대체하고 있으며, 재사용 가능한 발사체 개발에 성공한 이후로 발사 비용을 기존의 1/10 수준으로 낮추어가고 있다. 이러한 발사 비용 절감은 민간의 우주 상업화를 가속화시키게 되었으며 이른바 "뉴스페이스 시대"가 도래한 것이다.

과거와 달리 이제 우주자원의 채굴과 우주에서의 장기거주가 추진되는 등 우주의 활용성이 증대되고 전략적 가치가 상승하면서 우주는 자원 확보를 위한 도전의 공간이 되었다. 즉, 하늘의 별을 보며 동경했던 ‘평화로운’ 우주는 이제는 세계 각국의 치열한 경쟁 공간으로 변화되는 중이다.

 

뉴스페이스 시대를 연 민간우주기업 스페이스 X의 FALCON9 발사 및 1단로켓 해상 회수     출처: 융합연구정책센터

 

 

선진국의 우주개발

2000년대 초반 우주분야 세계 투자액의 75%에 달했던 미국의 투자비용은 2018년 전체 투자액의 58%인 409억 달러 수준이 되었고, 중국이 58억 달러로 그 뒤를 쫓고 있다. 가장 많은 국가가 참여하는 우주 프로그램은 총 65개국이 참여하는 지구관측 프로그램으로 미국·유럽 등의 선진국 투자비율은 줄어드는 반면 아시아의 투자비율은 높아지는 추세이다. 그 외 유인 우주비행, 우주과학 및 탐사, 발사체, 위성통신, 위성항법 및 우주안보 분야순으로 투자가 활발하며, 이들 분야의 경우 여전히 개도국보다는 소수 선진국 위주의 투자와 개발이 이루어지고 있다. 특히 유인우주비행 분야는 9개 선진국과 유럽 우주기구(European Space Agency, ESA)가 참여함으로써 향후 10년간 모든 우주분야 중 가장 많은 투자가 이루어질 것으로 예상된다.

 

글로벌 우주개발 투자 영역     출처: 2020 우주개발백서

최근 10여 년간 주요 선진국들은 연구개발 및 혁신정책에 사회적 도전에 대응하는 목적을 추가하여 과학기술이 사회문제를 해소하는 역할을 하도록 하고 있다. 단적인 예로 위성정보의 활용은 이러한 기후변화, 재난재해, 환경문제 등 사회문제 해결을 지원한다. 우주개발 참여국 중 우주선진국들은 삶의 질 향상, 안전보장, 국격 제고, 신기술 창출, 미래 성장동력, 국제사회 기여, 우주자원 확보, 지적 호기심 충족, 인류 거주영역 확대의 9가지를 우주개발의 이유로 표방하고 있다. 또한 이를 위한 다양한 발사체와 위성 개발, 위성정보 활용 확대는 물론 우주탐사와 우주과학연구까지 광범위한 분야를 적극 추진하고 있다.

 

우주발사체 기술역량 확보·강화

국가안보를 위해서는 위성체 자력발사 역량이 필요하며, 이를 위한 우주발사체 기술 확보도 필연적이다. 우주발사체 개발기술과 관련하여 선진국에서는 민간 기업이 발사체 개발에 주도적으로 참여하여 발사 비용 절감을 위한 새로운 발사체 개발과 관련 기술을 확보하고 있다. 미국, 인도, 러시아, 중국은 발사체 기술과 발사장 활용에 대한 해외 의존을 탈피하고 자국 기술을 활용하기 위한 독자 역량을 보다 강화하고 있다.

 

해외 발사체 개발 현황     출처: 2020 우주개발백서

위성 시스템 개발 운영

주요국은 정찰 능력 강화를 위해 0.3m 이하의 초고해상도 광학위성을 경쟁적으로 개발하고 있다. 미국은 0.3m급 위성을 2014년과 2016년, 유럽은 2017년에 발사하였으며, 일본은 0.4m급 위성을 2015년 발사했으며, 0.25m급 위성은 2021년 발사 예정이다. 또한 주요국은 미국 GPS 사용에 따른 불안정성을 최소화하고, 자국의 안전 인프라 자산 확보를 위해 독자 위성항법시스템 구축을 추진하고 있다. 글로벌 위성항법시스템 구축을 완료한 미국과 러시아는 시스템을 지속 보완하고 있으며, 유럽과 중국은 글로벌 위성항법시스템을 신규로 구축하고 있다. 인도는 지역 위성항법시스템용 위성 7기의 발사를 완료한 상태이며, 일본은 2024년 서비스를 목표로 지역 항법을 위한 항법위성 개발을 추진하고 있다.

 

해외 위성항법시스템 구축현황     출처: 2020 우주개발백서

현재 위성 부문에서는 한국 또한 세계적인 기술력을 보유하고 있다. 국내 유일의 위성체계 기업인 쎄트렉아이는 2019년 0.5m급 해상도를 가진 SpaceEye-X 위성을 선보였고, 올해 0.3m급 초고해상도 광학위성 SpaceEye-T를 선보일 예정이다.

쎄트렉아이는 지난 20여 년간 국내외 사업을 통해 위성 본체, 전자광학 탑재체, 지상국의 3대 핵심기술을 축적한 국내 유일의 위성체계 수출기업으로, 글로벌 경쟁력을 가지고 성장하고 있는 기업이다.

 

출처: 쎄트렉아이 브로셔

*아래 블로그는 필자가 직접 쎄트렉아이를 방문해 취업 관련 이야기 및 우주산업에 관해 나눈 이야기가 담겨있다.

junewoo1120.tistory.com/20

뉴스페이스 시대, 세계에서 인정받는 국내 유일의 위성체계 수출기업 "쎄트렉아이" 취업 인터뷰

달에서의 주도권 경쟁과 전략기술 획득

주요국은 달을 미개발된 무한한 잠재력의 영역으로 인식하고, 달에서의 주도권 상실을 방지하기 위해 달 탐사를 경쟁적으로 추진 중이다. 과거 미국, 러시아 2강 구도 경쟁은 유럽, 일본, 중국, 인도 등이 참여함으로써 다극화 양상으로 변화하고 있다. 최근 미국은 280억 달러를 투입하는 '아르테미스(Artemis)' 달 탐사 프로그램 추진을 발표하였으며, 일본, 캐나다, 영국, 이탈리아, 호주, 룩셈부르크, 아랍에미리트 등이 참여하기로 하였다.

아르테미스는 화성까지 2년간 왕복 우주비행 미션 수행 및 2024년까지 달의 남극에 우주비행사를 보내고 달 기지 건설과 ‘게이트웨이(Gateway)’로 불리는 달 궤도 우주정거장 건설 등을 목표로 하고 있다.

 

아르테미스 위성 및 로봇 가상도     출처: 코리아스페이스포럼 2020

미국과 유럽 우주기구(ESA) 등 우주개발국은 달을 전략적 자산으로 보고 있다. 달 표면에는 인류의 에너지난을 해결할 대안으로 기대되는 ‘헬륨 3’을 비롯해 반도체 등 첨단 산업에 필수적인 스칸듐, 이트륨과 각종 희토류가 풍부하기 때문이다. 미국은 2015년 우주 채굴 자원의 소유권을 채굴 기업이 가지도록 하는 국내법을 제정했지만 국제사회에서는 아직 관련 규범이 없다. 일본은 미국과 공동으로 달 궤도 우주정거장 ‘게이트웨이’의 거주·물자 운송 기술 개발에 참여할 계획이며, 캐나다 우주국은 아르테미스 계획을 위한 맞춤형 차세대 로봇팔 ‘캐나담3(Canadarm3)’개발을 위해 관련 업체들과 계약을 체결하였다.

*아르테미스 사업 및 달 자원 개발 내용 등 세계 우주개발 동향이 궁금하다면 아래 코리아 스페이스 포럼 리뷰를 참조.

junewoo1120.tistory.com/21

코리아 스페이스 포럼 2020 <1부>- 우주개발의 페러다임, 뉴스페이스 시대를 맞이하며

선진국들은 단순히 국격 제고를 목적으로 우주 탐사를 추진하는 것이 아니다. 우주기술 개발 과정에서 다양한 전략기술을 획득하고 있으며, 탐사과정에 필요한 도킹 및 지구 재진입 기술 등은 국가 안보 측면에서 중요한 전력자산 기술로 인식되기 때문이다.

 

 

후발주자의 우주개발 - 지구관측 위성

대한민국을 포함한 우주개발에 후발 국가들 그리고 개도국들은 우주개발이 가져다주는 이익, 특히 위성이 제공하는 지구관측 정보 획득을 통한 ‘국민의 삶의 질 향상’ 등을 우주개발의 논리로 제시하고 있다. 즉, 우주선진국과 경쟁하기보다는 선진국의 위성정보 활용 또는 위성 공동개발 참여 등을 통해 경제적·실리적인 우주개발을 추진하는 것이다. 

 

위성정보는 환경·에너지·자원, 식량안보, 재난대응 등 다양한 사회문제 해결에 기여하는 필수 인프라로서 자리매김하고 있는데, 기후변화 대응 대기관측, 해빙·해류와 같은 해양 정보 등 다양한 지구관측 정보는 대부분 위성에 의존하고 있는 상황이다. 이러한 위성정보를 활용한 에너지, 자원, 해상, 재해재난 서비스 분야의 부가가치 산업의 시장 규모는 2015년 2,722백만 달러에서 2025년 4,637백만 달러로 확대될 전망이다.

2018년 총 79기의 민간 위성이 발사되었고, 이들 중 42%는 지구관측위성이다. 지구관측위성은 여러 우주개발 분야 중에서도 가장 많은 투자가 이루어지는데 개도국의 투자가 활발하다. 지구관측위성의 강세는 최근 10년간 발사된 총 539기의 민간 위성(군 위성 제외) 발사 중 160기가 지구관측위성인 것에서도 드러난다. 또한 향후 10년간 예정된 370기의 민간위성 발사 계획 중에서도 지구관측위성이 172기를 차지하며 가장 높은 비율을 나타내고 있다.

 

아리랑 3A의 위성영상을 활용한 공사 진척률 모니터링     출처: 쎄트렉아이 브로셔

미국, 유럽, 일본은 지구관측 수준 향상을 목표로 지구 환경 및 기후 변화감시 등과 관련된 위성 개발 및 활용에 중점 투자 중이며, 러시아, 중국, 인도 등은 위성정보의 자급자족을 목표로 위성 국산화에 투자하고 있다. UAE, 베트남 등 우주 개도국은 자국 산업 발전에 대한 기여와 지역 지구관측 위성정보 확보를 목표로 위성개발에 투자하고 있다.

 

천리안 2호가 산출하는 23종     출처: 항공우주연구원 블로그

 

 

가치 투자자의 시점

재무제표, PER, PEG, 순이익 증가율 등을 통한 매력적인 가격을 측정하고 매수하는 것은 여러분들의 몫이다.

필자가 보여주려는 것은 하나 남은 블루오션의 불확실성에 대한 의구심을 믿음으로 심어주기 위함과 우주산업은 인내심의 쓴 고배를 필수조건으로 한 장기투자임을 알려주기 위함이다. 

 

1. 한화에어로스페이스의 쎄트렉아이 지분 획득

2. 인텔리안테크의 통신안테나 원웹 납품

3. 아크인베스트의 우주산업 ETF 상품 

 

우주산업 투자에 관심이 많다면 위 굵직한 세 가지 사건은 알 것이라 생각한다. 미국에서 시작된 뉴스페이스 시대의 파급적인 효과다. 앞서 언급했듯이 대한민국은 우주개발에 있어 선발주자라고 볼 수 없다. 위성 부문에 있어 세계적 기술력을 가졌음에도 후발주자인 것은 크게 두 가지 이유가 있다. 

 

1. 우주청 無 

2. 발사체 자립기술 미확보

 

우주기술이 부족함을 인지하고 위성에 집중한 것은 과거 대한민국의 신의 한 수였다고 본다. 인공위성은 제작에 있어 발사체보다 조건이 덜 까다롭고 개발 및 제작 비용이 상대적으로 적기 때문이다.

현재 대한민국의 위성 기술력은 카이스트 연구원들이 과거부터 꾸준히 확보한 결과지만, 그동안 위성을 우주로 쏘아 올려 줄 발사체 부문에 있어 경험이 전무했다. 다행히 2003년부터 러시아의 협력으로 나로호를 제작하며 얻은 경험과 기술력은 현재 누리호 발사 준비 전 단계까지 도달하는 성취를 이끌어냈다. 

 

대한민국 최초의 위성, 우리별 1호. 카이스트 인공위성연구센터 엔지니어들이 영국으로 유학을 가 얻은 경험으로 개발한 위성체계이다.     출처: 쎄트렉아이 브로셔

발사체 같은 경우 한 번 쏘아 올려지면 A/S가 불가한 특징 때문에 한 치의 실수도, 1/1000의 오차도 허용되지 않는다. 그래서 수많은 시험 단계를 거치고 계속해서 일정이 연기되는 것은 없어선 안될 필수 조건이라 봐도 무방하다. 이는 발사체뿐 아니라 인공위성 등 우주로 쏘아 올려지는 모든 물체에 해당한다. 선진국에서도 발사가 연기되거나 추락을 하는 경우가 다반사다. 우리만 봐도 그렇다. 한국 최초의 우주발사체인 나로호는 2005년 발사 예정이었지만 2009년에 발사되지 않았는가? 그만큼 우주산업에 투자한다는 것은 쉽지 않은 일이다.

 

나로호 3차 발사를 연기 시켰던 고무링     출처: 연합뉴스

최상의 시나리오는 올해 10월에 예정되어있는 누리호의 시험 발사가 지연없이 성공적으로 이루어진다면 발사체 역사에 있어 매우 빠른 성공이자 우주 선진국의 첫 발을 내딛는 것이라 볼 수 있다. 누리호 개발은 더 이상 위성 발사를 위해 해외로 나가는 비용 및 시간을 아깔 수 있다. 그리고 지난 30년간 대한민국의 우주개발은 불가하다는 국민들의 왜곡된 시선과 우주개발의 소극적인 투자를 단번에 뒤집을 수 있는 계기가 될 것이다. 이후에는 자연스럽게 한국항공우주연구원이 우주청으로 거듭날 것이다.

 

여담으로 필자는 가까운 미래에 한국의 우주산업 먹거리는 지구관측 위성이라 본다. 자력 발사체가 없는 한국은 아직 우주강대국이라 보기 힘들다. 하지만 위성에 관해서는 일찍부터 기술을 축적해와 우주 강대국들과 비교해도 손색이 없다. 

앞서 말했듯이 아시아 쪽 우주개발 후발주자들은 지구관측 위성 개발과 관측위성으로부터의 데이터 활용에 초점을 맞추고 있다. 한국은 이미 지구관측 위성에 있어 세계적인 기술력을 가지고 있어 위성 완제품 수출 및 기술 수출이 가능하고 실제로도 현재 진행 중에 있다. 그리고 위성 데이터 활용 또한 AI를 내세워 발 빠르게 움직이고 있기에 앞으로 해외 수요는 증가할 것이다. 실제로 코로나로 인한 재택근무 증가로 위성대역접속량 및 감염병 관련 위성정보 수요가 급증하는 추세다.

 

 

맺음말

최근 전 세계 우주산업은 다양한 민간기업들의 참여로 인하여 기존의 군사·안보 영역에서 벗어나 새로운 고부가가치 산업으로 부상하고 있다. 한국의 우주산업 경쟁력은 주요국들과 비교했을 때 30~40년 뒤쳐진 초기단계에 불과하지만 국가 우주개발 투자로 급성장을 이뤄냈다.

작년 코리아 스페이스 포럼에서는 쎄트렉아이의 김이을 대표가 우주개발에 있어 정부의 협력을 직접 체험했기 때문에 공공기관의 역할을 강조하며 뉴스페이스는 민간이 아닌 민관 주도여야 한다고 주장했다.

 

국내 우주산업 관련 주요 사업 연혁     출처: 융합연구정책센터

국내 우주산업 활성화를 위해서는 정부의 대규모 투자 및 관련 제도 정비가 필수이며 민간영역의 우주개발 참여 생태계 조성을 해야 한다. 우리나라의 강점은 누구도 부정할 수 없는 IT기술이다. 우주기술개발에 IT기술을 응용할 경우 큰 시너지 효과를 낼 수 있을 뿐 아니라 다른 산업 발전에도 큰 영향을 끼칠 것이다. 따라서 지금의 우주산업은 과거 회의적인 시각을 뭉개고 우주청을 개설하는 등 적극적인 투자가 필요한 시점이다. 

 

 

이번 리뷰에서는 크게 우주산업에 있어 선진국이 집중하는 우주개발산업 그리고 대한민국을 포함한 후발주자가 집중하는 우주개발산업을 나누어 보았다. 더 많은 내용과 우주산업에 대한 확신이 필요한 독자는 아래 링크를 통해 우주개발 백서를 읽어보길 추천한다.

 

www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCode=user&mId=84&mPid=83&bbsSeqNo=65&nttSeqNo=3017372

연구개발정책 - 과학기술정보통신부 >

 

 

https://junewoo1120.tistory.com/33

2020년 우주산업 이슈 그리고 2021년 과기부 우주개발 오피셜!

 

junewoo1120.tistory.com/18

2020년 우주개발 6대 전략 그리고 "스페이스 파이오니어 사업"

 

 

 

* 위 글의 내용은 아래 참고문헌을 참조하여 작성하였습니다.

 

 

참고문헌

 

1. 2020 우주개발 백서

 

2. 스핀오프 네이버 백과사전

 

3. 융합 Weekly TIP, 국내외 우주산업 동향 분석

 

4. 코리아 스페이스 포럼 2020

 

5. 쎄트렉아이 브로셔