※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1877호(2018. 12. 19. 발행)에 기고한 원고입니다.


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쌓여가는 우주 쓰레기, 지구 저궤도를 뒤덮을 정도로 급증할 가능성.pdf



달 기지와 화성 이주 등 지구 밖 행성에서 살아갈 미래가 회자되지만, 실은 지금까지 벌여 놓은 우주 탐사 때문에 앞으로 우주가 가는 것이 불가능해질 것이란 우려가 제기되었음


독일의 유명한 과학 분야 유튜버 쿠르츠작트(Kurzgesagt)는 현재 지구 주변에 우주 쓰레기가 가득 차 있으며, 이것들이 문제를 일으키면 인공위성과 GPS에 의존하는 우리의 삶이 단번에 1970년대로 회귀할 가능성이 있다고 주장



쿠르츠작트에 따르면 우주에는 로켓이나 망가진 위성의 파편 등 우주 잔해(space debris)’가 존재하는데, 그 수가 해마다 증가하고 있음


게다가 이 우주 잔해들은 최대 시속 3만 킬로미터로 지구 주위를 돌며 정상적으로 작동 중인 위성 등과 부딪히며 새로운 우주 쓰레기들을 만들어 내는데, 파괴의 연쇄가 발생하면 대다수 인공위성들이 파괴되어 기능이 정지될 위험이 있음


2018년 현재 이 우주 잔해들의 수는 약 18천 개로 추정되는데, 여기서 계속 늘어 지구를 둘러쌀 정도가 되면 로켓이 지구 궤도 밖으로 나가는 것 자체가 불가능해 지금 논의 중인 행성 이주 계획 등은 아예 불가능하게 될 수도 있음


오래 되어 고장 난 위성, 연료 로켓의 잔해 등에서 주로 우주 쓰레기가 발생하는데, 현재 지구 주위에는 작동하지 않는 인공위성이 2,600개가 있다고 함


지상에서 우주로 나가려면 우선 빠른 속도로 로켓을 밀어 올려 대기권을 벗어나야 하며, 일단 대기권을 벗어나면 로켓은 빠른 속도를 유지하면서 가로로 누워 지구 주위를 돌게 됨


이 과정이 잘 되어야 지구의 저궤도에 오르게 되는데, 저궤도에 오르는 것도 쉬운 일은 아니나 일단 저궤도에 오르기만 하면 로켓이 다시 저궤도 밖으로 이동하는 일은 거의 없음


이는 지구 바로 위에서 머무를 필요가 있는 우주 정거장이나 정지 위성, 그리고 고장 수리를 해야 하는 우주인에게는 아주 고마운 일임


그렇게 오랜 시간에 걸쳐 지구 저궤도를 따라 유랑하게 되면 구조물은 조금씩 공기 저항에 의해 마모되어 가고 결국에는 파손되어 지구로 떨어지게 되는데, 그 망가진 구조물의 일부는 지구로 낙하하지 않고 저궤도에 남는 경우가 있음


로켓에서 우주 잔해가 발생하기도 하는데, 우주로 떠나는 수단이 되는 로켓은 대부분 연료를 적재한 거대한 실린더로 구성되어 있으며, 연료가 소진되면 기체를 가볍게 하기 위해 불필요해진 부분을 버리게 됨


이때 버려진 부분은 지구로 떨어지거나 대기권에 진입하며 타버리기도 하지만 대부분은 지구의 둘레의 남아 우주 공간을 감돌게 됨


이로 이유들로 인해 지난 수십 년 동안의 우주개발 결과, 지구 저궤도에는 부서진 위성이나 미사일 시험의 파편 등과 같은 우주 쓰레기들이 넘쳐나게 되었음


현재 지구 주위에 작동하지 않는 인공위성은 2,600 , 모니터보다 큰 물체는 1만 개, 사과보다 큰 물체는 2만 개, 구슬 크기의 물체는 50만 개, 추적 불가능할 정도로 작은 물체는 1억 개가 있는 것으로 알려져 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 1] 크기별 우주 쓰레기의 개수


개수보다 심각한 문제는 이 물체들이 매우 빠른 속도로 이동하고 있어, 콩알만 한 것들도 금속에 구멍을 내고 그 에너지가 주변에 영향을 미치는 플라즈마 대포와 같은 위력이 있다는 점


우주 잔해들은 최대 시속 3km의 속력으로 서로 교차해 가며 지구 주위를 돌고 있음


쿠르츠작트는 지금껏 수조 달러를 투자해 통신 위성, 내비게이션과 GPS용 위성, 기상 데이터용 위성, 소행성 추적 장치, 위성 레이저 측거기기 등을 쏘아 올린 우주에 이런 위험한 우주 파편들이 가득한 상황에 대해 우려를 표하고 있음


일상생활에서 우주 탐험까지 수많은 경우에 연관이 있는 이러한 장비들이 우주 쓰레기와 충돌하면 어느 날 갑자기 사용할 수 없게 되어 버릴 가능성이 있기 때문인데, 실제로 매년 3~4개의 위성이 우주 잔해와 충돌로 인해 파괴되고 있다고 함


향후 10년 동안 인공위성의 수는 지금보다 10배가량 증가할 전망인데, 우주 파편의 수 역시 10배 증가할 것으로 보이기 때문에 충돌 가능성은 100배 이상 증가할 것으로 보임


가장 두려워 할 상황은 우주 파편과 충돌에 의해 다양한 구조물이 파괴되는 연쇄 반응이 일어나고 파괴의 속도가 가속화되어 지구가 우주 잔해들로 둘러싸이게 되는 것임


2개의 구조물끼리 부딪히면서 파괴되어 나온 부품들은 빠른 속도로 우주에 흩어져가고, 흩어진 잔해에 의해 다른 인공위성이 파괴되고, 그렇게 나온 파편에 또 다른 물체가 파괴되어 마치 도미노 식으로 우주를 떠도는 물체에 의한 파괴가 연쇄적으로 발생할 수 있음


파괴된 하나의 위성에서 여러 가지 플라즈마 탄환이 만들어지고 그것이 여러 위성을 파괴하면서 또 다른 위성이 파괴를 야기하면서 전체적인 파괴 속도가 가속되어 가고 있음


처음 2~3 개의 충돌이 발생하기까지는 시간이 걸리겠지만, 인류가 연쇄 충돌이 일어난 것을 깨달았을 때에는 이미 돌이킬 수 없이 늦은 상태가 될 수도 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 2] 우주 진해들의 연쇄 충돌


최악의 시나리오는 시속 3 만 킬로미터의 속도로 이동의 추적이 불가능한 아주 작은 우주 잔해들로 지구가 뒤덮여 버리는 것임


이렇게 되면 지구의 저궤도를 횡단하는 것이 어려워지기 때문에, 달기지 구축이든 화성 탐사든 현재 논의되고 있는 우주 개척 계획들은 모두 좌절될 수밖에 없음


우주 개척이야 안하면 그만이지만, 정작 큰 문제는 통신과 GPS 등 우주로부터 중개되는 데이터에 의존하는 우리 삶의 대부분이 1970년대 이전으로 되돌아가야 한다는 것임


이러한 우려가 현실화되는 것을 방지하게 위해 다양한 아이디어들이 제시되고 있는데, 어떤 기술을 사용해서든 우주 잔해의 제거는 지금 당장이루어져야 할 것임


우주 잔해 제거 아이디어 중 대표적인 것은 궤도상에 있는 작은 우주 파편들을 그물로 잡아 작은 로켓을 통해 지구로 돌려 보내야하는 방안임


그물로 가져갈 수 없을 만큼 큰 물체는 테이저 건의 끝에 작살을 달아 타깃을 찔러 회수한 후 대기권에 낙하시킨다는 계획도 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 3] 그물을 이용한 우주 잔해 포획


또한 거대 전기 자석을 우주로 보내고 위성 내부에 포함된 자성 부품을 이용해 비행 경로를 지구의 자기장에 따라서 조종하는 방법도 제시되고 있음


그물이나 작살을 사용하는 방법은 우주 파편을 잡으려고 할 때 새로운 충돌을 만들어 잔해를 늘리는 꼴이 될 가능성이 있기 때문에, 전기 자석을 사용하는 방법이 그물이나 작살보다 더 나은 방법이라는 것임


레이저를 탑재한 위성을 발사해 작은 우주 파편을 기화시키는 방법도 있는데, 이 역시 대상에 접근할 필요가 없어 잔해를 더 발생시킬 위험은 없으며, 부피가 큰 우주 파편은 격추시킬 수는 없지만 절단한 후 위험이 없는 궤도로 이동시키는 것은 가능하다고 함


어떤 방법을 쓰든 우주 파편은 지금 바로 제거를 시작해야 하는데, 1억 개의 작은 탄환들을 방치하면 그 수는 순식간에 1조 개로 늘어날 것이어서 당장 조치를 취하지 않으면 더 먼 우주로 나아가려는 인류의 꿈은 도전해보기도 전에 기회가 사라질 것이기 때문


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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1868호(2018. 10. 17. 발행)에 기고한 원고입니다.


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제프 베조스의 ‘블루오리진’, 로켓 엔진 공급계약 체결.pdf



아마존의 제프 베조스가 참여하고 있는 민간 로켓기업 블루오리진(Blue Origin)'이 로켓 발사 서비스 업체인 United Launch Alliance의 신개발 로켓을 위한 로켓 엔진 공급자로 선정


유나이티드 런치 얼라이언스는 새로 개발 중인 로켓 ‘Vulcan Centaur(벌컨 센토)’에 탑재할 로켓 엔진으로 블루오리진의 ‘BE-4'를 선정했다고 정식 발표




블루오리진이 이번 공급계약 경쟁에서 이긴 상대는, 그동안 유나이티드 런치 얼라이언스에 로켓 엔진을 공급해왔으며, 미 공군에도 납품해 온 가장 오래된 로켓 엔진 개발업체 에어로젯 로켓다인(Aerojet Rocketdyne)’


이 때문에 블루오리진의 이번 공급계약 승리는 미국 로켓산업과 군수산업에 있어 역사적 사건이라는 평가도 나오고 있음


블루오리진의 BE-4는 로켓 연료로 메탄을 사용하는데, 추진력이 우수해 우주왕복선 주엔진보다 25%나 강력한 정도여서 항공우주업계에서 주목해 오고 있었음


[그림 2] 블루오리진의 BE-4 로켓 엔진


블루오리진은 성능뿐만 아니라 가격 면에서도 강점이 있어 선정이 되었는데, 그 동안 비용대비 효과를 전혀 고려하지 않던 항공우주업계의 변화를 상징하는 사건이 될 것으로 보임


 에어로젯 로켓다인이 로켓 엔진 AR1을 제공하는 조건으로 미 공군에 엔진 개발비용의 대부분을 부담시키는 것에 비해, 블루오리진은 로켓 엔진 개발비용 부담을 로켓 제조업체에 요구하지 않고 있어 로켓 제조업체로서는 비용면에서도 큰 메리트가 있음


그 동안 항공우주산업의 로켓 엔진 공급 경쟁에서는 비용대비 효과는 무시하는 방향으로 전개되어, 결국 에어로젯 로켓다인이 계약을 수주하는 역사가 반복되어 왔음


그러나 ‘Falcon(팰컨) 9’을 개발해 NASA의 국제우주정거장에 물자수송 계약을 따낸 스페이스X’의 등장으로 전통 기업이 수주한다는 관행은 변화하기 시작하고 있음


한편 수주에 실패한 에어로젯 로켓다인은 엔진 공급 실적이 없는 BE-4를 채택한 것은 국가안보의 문제가 있다며, 로켓 엔진 공급 계약의 재검토를 요구하는 로비를 전개 중임


[동영상] Blue Origin BE-4 Engine Compilation

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1858호(2018. 8. 8. 발행)에 기고한 원고입니다.


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현재 기술 수준으로 화성의 ‘테라포밍’은 어려움.pdf



화성의 환경을 변화시켜 온도를 올림으로써 인류가 살만한 곳으로 바꾼다는 테라포밍 구상은 현재 기술력으로는 실현 가능성이 부족하다는 연구 결과가 발표되었음


테라포밍(terraforming)’은 인위적으로 행성의 환경을 변화시켜 인류가 살 행성으로 개조한다는 뜻으로, ‘지구화’, ‘행성 개조’, ‘지구화 계획등으로도 불림


테라포밍이라는 단어는 SF 작가 잭 윌리엄스가 ‘Collision Orbit(충돌 궤도)’ 시리즈에서 처음 사용했으나, 실제 과학계에는 그 이전부터 관련 연구를 진행해 왔음


이미 1961년에 천문학자 칼 세이건이 금성의 환경 개조에 관한 논문(The Planet Venus)을 사이언스 지에 발표한 것을 계기로 전세계 연구자들이 관련 연구를 시작한 바 있음


NASA1976년부터 테라포밍을 주제로 한 심포지엄을 개최학고 있으며, 1991년에는 크리스토퍼 맥케이 등이 네이처 지에 화성의 테라포밍 계획에 관한 논문을 게재한 바 있음


테라포밍의 대상 행성으로는 화성과 금성이 주로 논의되고 있는데, 화성은 자전주기가 24시간 37, 자전축 기울기가 25도로 지구와 비슷해 4계절이 존재해 지구 환경과 가장 가까운 행성으로 알려져 있음


화성의 테라포밍에서 관건이 되는 것은 화성은 평균 기온이 영하 43도로 매우 낮고 대기압이 지구의 1% 미만이라는 환경을 개조하는 것임


이를 위해 몇 가지 방안이 제기되었으며, 대표적인 것이 화성의 토양에 포함된 이산화탄소를 대기로 방출시켜 온실효과에 의해 화성의 대기를 따뜻하게 해 얼음을 녹여 물을 만든다는 것인데, 최근 이 방법이 현재로서는 불가하다는 내용의 논문이 발표되었음


<자료> Wikipedia

[그림 1] 화성 테라포밍의 4단계


온실 효과로 화성의 온도를 올리는 방안은 매우 긴 시간이 걸릴 수 있다는 지적이 이전부터 있었지만, 이번 논문으로 그 실효성에 더욱 의문이 커지게 되었음


논문 발표자는 콜로라도 대학의 브루스 자코스키, 노던 애리조나 대학의 크리스토퍼 에드워즈로, 이들은 NASA의 화성탐사계획인 메이븐(MAVEN)’ESA(유럽우주기관)의 화성 탐사선 마스 익스프레스(Mars Express)’의 데이터를 바탕으로 분석하였음


두 사람의 연구자는 지금까지 얻은 데이터를 바탕으로 화성의 토양에 포함된 물질의 성분을 분석한 결과, 테라포밍에 중요한 역할을 하는 이산화탄소가 필요한 양의 50분의 1 정도 밖에 생성될 수 없다는 계산 결과가 도출하였음


또한 토양에 포함 된 이산화탄소는 접근성이 낮아 꺼내기 어렵고, 테라포밍을 위해 대기로 방출시키는 것 역시 쉽지 않다는 것을 밝혔음


논문에 따르면 현재 상태에서 화성의 대기 중에 이산화탄소를 방출할 수는 있고 온실 효과도 발생시킬 수는 있지만 기온 상승폭은 10도 정도에 불과해 얼음 상태로 존재하는 물을 액체로 바꾸는 것은 불가능함


이러한 상황을 근거로 논문은 현재의 기술로는 화성을 테라포밍하는 것은 불가능하다고 결론내리고 있는데, 물론 이것은 하나의 과학적 주장일 뿐 최종 결론은 아니지만 인류의 화성 이주가 쉽지 않음을 뒷받침하는 또 하나의 연구라 할 수 있음


온실 효과를 이용하는 것 외에 제기되고 있는 화성의 테라포밍 방안으로는, 화성의 궤도 에 PET 필름에 알루미늄을 증착시킨 거대한 거울을 만들어 태양빛을 화성의 남극·북극(극관)에 비추는 방안 등이 있음


참고로 금성의 테라포밍은 화성과는 정반대여서 500 나 되는 고온을 어떤 방식으로든 낮춰 이산화탄소에 의한 온실 효과를 지구 수준으로 낮추는 것이 관건임


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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1852호(2018. 6. 27. 발행)에 기고한 원고입니다.


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뉴 스페이스 시대 도래, 소형화와 비용 파괴 진행 중인 우주산업.pdf



‘New Space(뉴 스페이스)'로 불리는 민간 기업에 의한 우주 비즈니스의 혁신이 활발히 전개되고 있으며, 현재 이 흐름은 미국이 이끌고 있음


지금까지 우주 사업이라고 하면 정부로부터 민간 기업이 위탁을 받아 위성을 개발·제조·운용하거나 로켓을 발사하는 비즈니스 모델이 일반적이었음


뉴 스페이스 시대에는 양상이 크게 달라지고 있는데, 우주 사업을 선도하는 플레이어가 바뀌며 새로운 서비스가 등장하고 있고, 여느 산업의 시장에서 흔히 볼 수 있는 비즈니스 모델을 최근 우주 산업에서도 자주 볼 수 있게 되었다는 것이 주목할 지점임


예를 들어 페이스북과 스페이스노우(SpaceKnow)를 비롯한 많은 기업들은 인공위성이 수집한 땅에 대한 데이터를 활용해 고객들이 직면한 문제를 해결해 주는 서비스를 경쟁적으로 개발하고 있음


이러한 서비스를 실현하기 위한 인공위성이나 로켓 등 하드웨어에는 소형화와 저가화의 흐름이 급격히 진행되고 있으며, PC 등 전자기기 산업의 수평 분업을 지탱하고 있는 OEM(주문자 상표 부착 생산)과 유사한 비즈니스 모델도 등장하고 있음


소형 위성을 대량 생산하는 원웹(OneWeb)’과 일론 머스크의 스페이스엑스(SpaceX)’가 주도하고 있는 로켓의 가격 파괴 비즈니스 모델 또한 뉴 스페이스 시대 도래의 상징적인 예라 할 수 있음


위성 데이터를 활용하는 사업은 저변이 넓어, 뉴 스페이스 시대의 핵심 사업이 될 것으로 보이는데 대표적인 기업이 스페이스노우(SpaceKnow)’


위성 데이터는 현재 금융, 건설, 농업, 수산, 임업, 국방, 스포츠, 엔터테인먼트 등 많은 산업 분야에서 활용되고 있음


스페이스노우는 인공위성으로 얻은 원격 감지 이미지를 활용하여 다양한 영역에서 솔루션을 제공하고 있는데, 특히 ‘SMI(the China Satellite Manufacturing Index)'라는 새로운 지표를 개발해 주목받고 있음


SMI는 중국 경제의 실태를 나타내주는 새로운 지표로, 스페이스노우는 이 지표 정보를 금융기관 및 투자사, 개인 투자자들에게 판매하고 있음


스페이스노우는 중국의 6천여 개 공업지대에 대상으로 약 14년간 획득한 총 22억 장의 위성사진을 독자 개발한 알고리즘을 활용해 분석하고, 건축물의 시간 경과에 따른 변화 및 공장의 재고 상황 등을 판정하여 SMI를 산출한다고 함


<자료> Spaceknow.com

[그림 1] 스페이스노우의 원격 모니터링 지역


SMI에 가장 큰 관심을 보이고 있는 곳은 헤지펀드나 프라이빗 에쿼티 등 투자 회사 등인데, 이들은 특정 공장 등 경제 활동의 거점에 대한 상세한 데이터를 필요로 하고 있지만 중국 정부가 공표하는 데이터에 대한 불신이 있기 때문


실제 스페이스노우가 알고리즘 분석을 통해 도출한 지표가 중국 정부가 발표한 자료보다 상대적으로 더 정확하게 판정되는 사례들이 나오면서, 위성 데이터를 바탕으로 한 분석에 대한 요구가 점차 높아지고 있음


페이스북은 전세계 주거지역 분포의 정확한 지도 작성을 위하여 위성사진 데이터를 자체 인공지능(AI) 기술로 분석하고 있음


페이스북의 연결성 연구소(Connectivity Lab)’는 전세계 20개국에서 모은 약 146억 장의 위성사진에서 AI를 이용해 인공 건조물 등을 식별해 내고, 강변이나 도로변에 어느 정도의 주택이 있고, 어떤 커뮤니티가 형성되어 있는지를 분석하고 있음


페이스북의 주요 목적은 세계의 정확한 지도를 작성하여 어느 나라의 어느 지역에 얼마나 많은 사람이 살고 있는지를 파악함으로써, 전지구적 규모로 계획 중인 글로벌 브로드밴드 인터넷의 제공을 최적화 하는 데 있다고 함


페이스북의 연구 성과는 자연 재해의 위험이나 지역 경제의 평가 분석 등에도 응용 가능하며, 다양한 산업 분야에 새로운 솔루션을 제공하는 원천이 될 것으로 기대되고 있음


위성 데이터 분석 및 제공 사업의 관건은 고객에게 어떻게 부가가치가 있는 정보를 제공 할 것인가와 실시간으로 그 정보를 제공할 수 있는가에 있음


이처럼 위성 데이터의 활용 움직임이 커지는 가운데 이를 뒷받침하는 소형 위성군 사업 역시 뉴 스페이스 사업으로 함께 부상하고 있음


이 분야를 대표하는 곳이 원웹(OneWeb)과 스페이스X인데, 소형 위성으로 구성된 콘스털레이션(constellation, 대형 별무리)을 구축해 새로운 비즈니스 모델을 도모하고 있음


원웹은 소형 위성을 활용한 비즈니스를 전개하는 벤처기업으로, 퀄컴, 버진 그룹, 코카콜라, 소프트뱅크 등 전세계 대기업들이 출자를 한 점도 화제를 모으고 있음


원웹의 목표는 무게 150kg 이하의 소형 위성 648기를 저궤도에 발사하여 이를 활용한 서비스를 제공하는 것임


수많은 소형 위성을 활용하기 위해 원웹은 제조에 OEM 방식을 도입하고 있는데, 제조 위탁을 받는 곳은 프랑스의 에어버스 국방과 우주(Airbus Defence and Space)’ 부문으로 소형 위성의 대량 생산화를 위한 공장 건설을 계획하고 있음


<자료> Mobile Internet Resource Center

[그림 2] 원웹의 위성 콘스털레이션 계획


스페이스X 역시 소형 위성을 대량으로 발사하는 스타링크(Starlink )’ 계획을 세우고 있는데, 2024 년까지 4,425, 최종적으로는 12,000대를 발사할 계획으로, 올해 2월에 시험기인 틴틴(TinTin)’ 2대를 발사한 바 있음


광섬유 등의 고속 네트워크 인프라가 정비되지 않은 국가와 지역에서 광대역 서비스를 제공하려면 막대한 예산과 상당한 시간이 필요한데, 스페이스X는 소형 위성의 대량 발사를 통해 이러한 서비스를 실현한다는 계획임


소형 위성을 활용하면 인프라 비용 절감, 정비 기간의 대폭 단축이 가능할 뿐 아니라, 지진, 홍수 등 자연 재해의 영향을 받지 않는 통신 네트워크를 구축이 가능하기 때문


소형 위성이 가진 비즈니스 잠재력은 콘스털레이션을 구축해 글로벌 브로드밴드 서비스를 제공하는 것에 그치지 않는데, 대표적인 신사업 모델이 라이드 공유


뉴 스페이스 시대에 새롭게 등장한 서비스가 라이드 공유인데, 로켓의 PAF(로켓에 위성이 탑재된 결합 부분, payload attaching fitting)에 복수의 소형 위성을 탑재하고 원하는 궤도에 진입시켜 인공위성 발사 비용과 연료 절감 등을 실현하는 것임


연료 고갈로 인한 대형 위성 폐기의 위험을 줄이기 위해 소형 위성이 대형 위성에 연료를 공급하는 서비스도 검토되고 있는데, 이 사업을 추진 중인 미국의 벤처기업이 스페이스플라이트(Spaceflight)’


이 분야에서 성공의 열쇠는 에너지 절감과 비용 절감을 하며 소형 위성을 조종할 수 있는가와 대형 위성을 소형 위성으로 지원할 수 있는가 하는 것임


소형 위성을 쏘아 올리는 데 없어서는 안 될 것이 소형 로켓인데, 이 분야 대표적인 벤처기업은 로켓 랩(Rocket Lab)’으로 로켓 가격의 파괴를 주도하고 있음


로켓 랩은 일렉트론(Electron) 로켓방식을 채택하고 있는데, 2017525일 뉴질랜드에서 첫 발사에 성공한 이 기업의 기술적 특징은 일렉트론 로켓에 탄소 복합재료를 사용하여 경량화와 고강도화를 도모하고 있다는 점


<자료> Rocket Lab

[그림 3] 로켓 랩의 일렉트론 로켓


또한 러더퍼드(Rutherford)라는 액체 연료 로켓 엔진의 주요 부분을 제조하는 데 3D 프린터를 활용하여 신뢰도를 높이는 동시에 저비용화를 실현하고 있음


이 분야에서 빼놓을 수 없는 또 다른 업체는 스페이스X의 창업자들이 설립한 벡터 스페이스 시스템(Vector Space Systems)’인데, 이 기업은 ‘Vector-R’과 이를 강화한 ‘Vector-H’라는 2개의 소형 로켓 라인업을 보유하고 있음


올해 3월부터는 일본 기업과 대리점 계약을 체결하고, 한국, 인도, 태국 등 3개국을 대상으로도 사업을 전개한다고 밝힌 바 있음


소형 로켓에 요구되는 낮은 가격(비용 절감)과 소형 위성을 원하는 궤도에 투입해 줄 수 있는 역량, 그리고 요청 접수에서 실제 발사까지 기간 단축 등이며, 이러한 요건에 얼마나 부응하는지가 사업의 성패를 가르는 관건임


◾ 소형 로켓과 함께 뉴 스페이스 시대의 중요 요소가 되는 것이 로켓 발사 비용의 절감인데, 이 분야에서 가격 파괴를 일으키고 있는 곳이 스페이스X임


스페이스X는 전세계 No.1의 경쟁력을 가진 로켓 기업이라고 해도 과언이 아니며, ‘팰콘9(Falcon9)’ 로켓으로 세계를 석권하고 있음


팰콘9은 로켓 발사 비용을 절감하기 위해 발사 후 로켓 1단 부분을 지구로 귀환해 수직 착륙시킨 다음 다른 위성의 발사에 재사용하는데, 재사용 횟수는 최대 10회 정도임



<자료> Mobile Internet Resource Center

[그림 4] 팰콘9 1단 로켓 부분의 수직착륙 귀환


스페이스X는 현재 5~6천만 달러가 소용되는 발사 비용을 수직 착륙 성공을 통해 2,500만 달러 수준으로 줄이는 것을 목표로 하고 있으며, 미래에는 현재의 1/100 비용으로 발사가 가능하게 한다는 비전을 세우고 있음


스페이스X가 촉발한 로켓 사업의 비용 절감 경쟁이 격화되며, 이 분야의 오래된 기업인 에어버스(Airbus Defence and Space) 역시 재사용형 로켓 아들린느(Adeline)’의 제 1단 엔진에 날개를 장착하고 활공 비행에 의해 회수하는 방법을 개발하고 있음


미국의 ‘ULA(United Launch Alliance)’ 역시 제 1단 엔진에 낙하산을 장착하고 헬리콥터로 회수하는 아이디어로 대응을 준비하고 있음


◾ 한편 뉴 스페이스 시대는 소형화, 저비용에만 초점을 맞추는 것은 아니며, ‘초대형화’라는 정반대의 흐름도 일어나고 있으며, 목적에 맞는 기술 혁신이 지속적으로 전개되고 있음


스페이스X는 올해 2팰콘 헤비(Falcon Heavy)’라는 초대형 로켓 발사에 성공했는데, 우주산업의 전문가들은 이를 초대형 로켓 시장의 개막으로 평가하고 있음


<자료> Gizmodo

[그림 5] 팰콘 헤비의 27개 소형 엔진


지금 시점에 초대형 로켓이 요구되는 이유로는 크게 3가지가 꼽히는데, 첫째는 대형 위성 발사 요구의 증가로, 위성의 소형화 흐름이 전개되는 것과 함께 한편에선 통신 위성의 대용량·고속화 등을 위시한 위성의 대형화도 진행되고 있기 때문


둘째는 우주여행에 대한 요구의 대두로 우주여행의 현실성에 대해 최근 활발한 논의가 이루어지고 있기 때문이며, 셋째는 달이나 화성 등 행성 자원 탐사에 대한 요구도 대두되기 시작했기 때문


이처럼 뉴 스페이스 시대를 맞이한 우주 산업은 서로 상반된 동향이 동시에 전개되며 새로운 기술의 혁신이 지속적으로 전개되고 있음


일례로 팰콘 헤비는 초대형 로켓 시장의 막을 열었지만, 이 로켓을 추진하는 엔진은 대형 엔진이 아닌 병렬로 연결된 27개의 소형 엔진들로 이전 우주산업의 접근방법이 아닌 데이터센터의 시스템 구성 방법론을 채택하고 있음


기술 혁신과 새로운 비즈니스 모델을 통해 벤처기업들도 우주 산업에 진입할 수 있는 새로운 우주 시대가 왔기 때문에, 국내 기업들도 우주 비즈니스에 관심을 높이고 보다 적극적으로 시장 진입을 시도할 필요가 있음

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※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1834호(2018. 2. 21. 발행)에 기고한 원고입니다.


▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

27개 소형 로켓 사용한 스페이스X, 분산 병렬 처리로 안정성 제고.pdf



ž 2 6일 발사에 성공한 스페이스X(SpaceX )의 초대형 로켓 팰콘 헤비(Falcon Heavy)는 강력한 엔진 대신 27기의 소형 엔진을 사용했다는 점에서 새로운 장을 열었음



Ø 팰콘 헤비는 3개의 부스터를 사용해 지구 중력권 탈출을 위한 추진력을 얻었는데, 1기의 부스터마다 9기의 소형 엔진을 탑재해 총 27기의 엔진을 조정하여 발사를 성공시켰음


Ø 지금까지 로켓 발사의 역사를 되짚어 보면, 팰콘 헤비 외에 10개 이상의 엔진을 탑재한 로켓이 발사에 성공한 적은 없었기 때문에 이번 발사는 전인미답의 기록임을 알 수 있음


Ø 1969~1972년 기간 동안 구 소련에서는 30기의 엔진을 사용한 N-1 로켓 발사를 여러 번 시도했으나 모두 실패로 끝난 사실이 있음


Ø 최근까지 최고 기록은 9기의 엔진을 탑재해 발사에 성공한 것인데, 스페이스X팰콘 9과 로켓 랩(Rocket Lab)일렉트론(Electron) 로켓이 각각 성공한 바 있음


Ø 따라서 팰콘 헤비가 27기의 엔진을 제어해 발사에 성공했다는 것은 향후 로켓 개발이 더 전진하여 과거 N-1이 시도했던 30기 이상의 엔진 이용도 가능해질 것임을 시사함


ž 팰콘 헤비가 일견 복잡해 보이는 로켓 발사 설계 정책을 채택한 이유에 대해 스페이스X CEO 일론 머스크는 분산 병렬처리 방식의 안전성 때문이라 설명하고 있음


Ø N-1 로켓의 실패 사례에 비추어 엔진을 많이 탑재하는 데 대한 우려는 없었느냐는 질문에 대해 일론 머스크는, N-1의 실패는 주로 에이비오닉스(avionics, 항공전자기술)의 문제로 엔진에서 화재가 발생한 것이었다고 설명



Ø 따라서 N-1의 시도가 있은 지 50년의 세월이 지났기 때문에, 현재 시점에서 스페이스X N-1 보다는 잘할 수 있을 것이란 확신이 있었다고 답변


Ø 하나 혹은 소수의 강력한 엔진을 개발하는 대신 엔진의 개수를 늘리기로 결정한 것에 대해 일론 머스크는 컴퓨터 시스템을 예로 들어 보다 안정성이 있기 때문이라 설명


Ø 구글이나 아마존 데이터센터의 경우 일부 컴퓨터가 고장을 일으켜도 서비스의 내용이나 성능, 응답속도에는 거의 영향을 주지 않는데, 이는 수많은 소형 컴퓨터들로 시스템을 구현했기 때문임


Ø 이는 메인프레임 같이 하나의 대형 컴퓨터를 사용하는 기존 방식에서 기계의 고장 = 시스템 정지라는 공식이 성립되는 것에 비하면 안정성 면에서 매우 큰 장점을 제공함


<자료> Gizmodo


[그림 1] 팰콘 헤비의 27개 소형 엔진


ž 일론 머스크는 다수의 소형 컴퓨터를 사용하여 시스템을 만드는 방식은 보다 효율적이고 신속하기 때문에 스마트한 것이며, 이는 로켓 엔진의 경우도 마찬가지라는 입장


Ø 이중화 없이 강력한 엔진 1대를 시간을 들여 만드는 것보다 작은 엔진을 많이 사용하여 이중화가 가능한 안정적인 엔진을 완성하는 편이 비용 효율성이 더 높다는 것인데, 실제로 팰콘 헤비는 6기의 엔진에서 고장이 나도 발사가 가능하도록 설계되어 있다고 함


Ø 팰콘 헤비의 성공으로 스페이스X가 준비하고 있는 초대형 로켓 빅 팰콘 로켓(Big Falcon Rocket, BFR)의 성공 가능성도 높아졌는데, BFR 발사용으로 개발되는 부스터는 팰콘 헤비 보다 4개가 더 많은 총 31기의 엔진이 탑재될 예정임


Ø BFR의 엔진 1기당 해면추력(海面推力)은 팰콘 헤비보다 2배가 높을 것이라고 하는데, 만일 BFR의 발사가 성공한다면 매우 강력하면서도 안정적인 로켓이 등장하게 됨을 의미

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