머니투데이

달나라 가는 '뉴 스페이스' 시대…우주쓰레기 승리호, 日선 이미 현실

머니투데이 류준영 기자, 최태범 기자 2021.02.26 05:00
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[MT리포트]우주창업시대(상)

편집자주 "바다가 아니라 우주를 지배하는 자가 세상을 지배한다" 영국 탐험가 월터 롤리경이 21세기를 살았다면 하늘 저편을 가리키며 이렇게 말하지 않았을까. 우주여행, 우주셔틀, 우주통신, 우주청소 등 허황하게 들리던 우주산업이 하나 둘 현실화하면서 새로운 블루오션으로 떠올랐다. 이런 획기적 변화를 이끄는 주역은 스페이스X, 블루오리진과 같은 로켓벤처들이다. 본격 도래한 '우주창업시대'를 조망하고 우리의 당면과제와 발전방향을 짚어본다.
[단독]스타트업이 만든 '하이브리드 K로켓' 연말 우주간다
김수종 이노스페이스 대표 "12월 브라질서 K로켓 시험발사"

달나라 가는 '뉴 스페이스' 시대…우주쓰레기 승리호, 日선 이미 현실




“쉬이이이이 부아아아아아앙” 지난달 27일 충남 금산군에 위치한 이노스페이스의 로켓 시험장. 붉은 화염과 함께 폭발적인 굉음이 울려 퍼졌다. 뉴 스페이스(New Space) 시대를 맞아 올해 말부터 우주로 쏘아 올릴 ‘K로켓’의 시작을 알리는 축포 소리였다.

수평 지지대에 고정시킨 로켓 엔진은 하늘로 솟구칠 듯한 강력한 에너지를 분출했다. 이노스페이스는 5톤급 하이브리드 로켓 엔진시험에 속도를 내고 있다. 5톤 추력이라는 것은 위성과 발사체를 합친 5톤 무게의 로켓을 우주로 쏘아 올릴 수 있다는 의미다.



5톤 엔진 시험을 마친 뒤 4월부터는 15톤 엔진 시험에 돌입한다. 12월에는 브라질 알칸타라 발사센터에서 하이브리드 로켓의 우주 시험발사에 나선다. 내년 추가 시험발사를 거쳐 2023년부터는 실제 위성을 싣고 연간 30회의 본격적인 상업 발사에 나선다는 계획이다.

특히 15톤급 나노위성 발사체에 이어 2023년에는 1단 15톤 엔진 4개와 2단 6톤 엔진을 묶은 마이크로위성, 2025년부터는 1단 15톤 엔진 7개를 묶고 2단에 4개, 3단에는 6톤 추력을 더한 미니위성 발사체도 만들어 소형위성 발사체 시장을 석권한다는 목표다.

20톤급 엔진 시험대20톤급 엔진 시험대
그동안 국가적 차원이나 민간의 초대형 투자로만 가능했던 우주항공 분야가 지금은 스타트업들도 추진할 수 있는 사업 영역으로 들어왔다. 위성 발사 트렌드가 ‘대형-장기간’에서 ‘소형-단기간’으로 변했기 때문이다.

오랜 기간 준비해서 대형 로켓에 대형위성(1000kg 이상) 하나를 우주로 보내는 것보다 짧은 기간에 소형위성 여러 개를 군집형으로 쏘아 올리는 것이 위성의 기능을 유지하면서도 비용을 절감할 수 있는 방안으로 각광받고 있다.

시장조사업체 유로컨설트에 따르면 지난 10년간 발사된 위성이 1500기 수준인 반면 향후 2028년까지 발사될 소형위성(첨두부 무게 500㎏ 이하)은 8500개로 추정되고 있다. 전 세계적으로 통신‧지구관측 등 군집위성을 활용한 소형위성 수요가 급증하는 추세다.

앞으로 발사될 위성의 80%는 소형위성일 것으로 분석된다. 시장규모가 2020년 3조원에서 2027년에는 5조6000억원으로 2배 가까이 늘어날 전망이다. 2020~2027년 누적 시장규모는 37조원대에 달한다.

국내 스타트업인 이노스페이스는 이 같은 시장 트렌드를 읽고 소형위성 발사체 개발에 본격 착수했다. 2017년 9월 설립한 신생 기업이지만 국내에서는 최초로 하이브리드 로켓 발사체 개발에 나서며 우수한 기술력을 보여주고 있다.

달나라 가는 '뉴 스페이스' 시대…우주쓰레기 승리호, 日선 이미 현실
하이브리드 로켓은 고체연료와 액체 산화제를 사용하는 혼합형 발사체 기술을 사용한다. 고체 로켓의 경우 추력 조절이 어려우면서도 폭발 위험성이 있고, 액체 로켓은 추력 조절이 가능하지만 제작 비용이 높고 개발기간이 길다는 단점이 있다.

하이브리드 로켓은 이런 단점을 해소한다. 연소실에 고체연료를 넣어놓고 별도의 탱크에 액체 상태의 산화제를 저장한 상태에서 중간의 펌프를 통해 산화제를 흘려보냄으로써 연료를 연소시켜 추력을 얻는 방식이다.

특히 이노스페이스가 개발 중인 하이브리드 발사체는 미국·호주·노르웨이·독일 등 대표적인 4곳의 경쟁사와 비교하면 보다 고성능 고체연료를 사용하고 연료-산화제를 연결하는 별도의 전기 펌프를 개발해 제작비용을 더욱 절감했다.

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하이브리드 로켓 개발에 나선 미국 Rocket Crafters, 호주 Gilmour Space Technologies, 노르웨이 Nammo는 모두 저성능 폴리머계 고체연료를 사용한다. 펌프도 액체로켓에 사용되는 가스 가압시스템이라 위성발사체에 적용하는데 한계가 있다.

독일 Hylmpulse의 경우 고성능의 고체연료를 사용하지만 액체로켓에서 사용하는 가스발생 펌프를 하이브리드 로켓에도 적용했다. 이들 업체와 비교하면 이노스페이스는 고성능 고체연료와 전기모터 펌프를 사용해 기술력이 한 발 앞선 것으로 평가된다.

김수종 이노스페이스 대표는 “액체로켓 펌프를 그대로 사용하면 하이브리드 로켓의 장점인 구조 단순화와 저렴한 제작비용을 모두 없앤다”며 “우리의 펌프는 컴팩트하고 효율적으로 운용할 수 있다. 특허 등록을 완료하고 해외 출원을 진행하고 있다”고 밝혔다.

고성능 고체연료 조성 설계 및 제조 기술고성능 고체연료 조성 설계 및 제조 기술
이노스페이스는 고체연료를 직접 공장에서 제조할 수 있는 기술력도 보유하고 있다. 50kg 등 소규모 연료를 만들 수 있는 50리터의 설비를 비롯해 15톤 엔진에 들어가는 연료를 제조할 수 있는 1200리터 규모의 생산·가공 설비를 갖추고 있다.

고체연료 조합을 위한 별도의 ‘레시피’를 갖고 있지만 특허 등록을 하지는 않았다. 특허 등록 시 오히려 외부로 기술이 유출될 우려가 크기 때문이다. 대신 기술임치(보관) 제도를 통해 독자적인 권한을 지키고 있다.

충남 금산 연소시험장 전경충남 금산 연소시험장 전경
충남 금산에 갖춘 엔진 연소시험장은 최대 20톤 추력까지 시험할 수 있다. 1~3톤, 5톤에 대한 추력 시험을 마무리하고 4월부터 15톤 추력 시험에 돌입한다. 한화나 LIG넥스원 등 방산업체로부터 위탁 시험도 실시하면서 매출에 기여하고 있다.

이노스페이스는 이 같은 높은 기술력을 기반으로 박수경 청와대 과학기술보좌관이 ‘경쟁력 있는 민간기업’으로 언급하고, 정병선 과학기술정보통신부 제1차관이 직접 로켓엔진 연소시험을 참관할 만큼 관심도가 높아진 스타트업이다.

김수종 대표는 항공우주 분야에서 성공한 ‘한국 기업’으로 남겠다는 각오다. 그는 “국내 로켓 분야는 저변이 너무 부족하다. 해외투자 제안도 있지만 차선책으로 놓고 '국내에서 로켓으로 상업화에 성공했다'는 사례를 후배들에게 보여주고 싶다”고 강조했다.

김수종 이노스페이스 대표김수종 이노스페이스 대표
최태범 기자

세계 1·2위 부자, '마지막 블루오션'에 빠졌다
우주서 돈버는 '뉴스페이스' 시대…기술·시장 선점이 관건

버진갤럭틱 우주여행선 내부/사진=버진갤럭틱버진갤럭틱 우주여행선 내부/사진=버진갤럭틱
#지난 15일 미국 민간우주기업 스페이스X가 ‘스타링크’ 전용 위성 60기를 팰컨9 로켓에 실어 우주로 보냈다. 스타링크는 저궤도(고도 500~1200km) 인공위성 인터넷 통신사업이다. 2020년대 중반까지 약 1만2,000개에 달하는 통신용 마이크로샛(400kg 미니위성)을 발사해 지구 전역을 아우르는 1Gbps(초당 기가비트)급 초고속 인터넷을 보급한다는 계획이다. 실제로 가동되면 높은 산이나 사막, 바다에서도 끊김 없는 인터넷 서비스를 누릴 수 있다. 다른 나라로 출장·여행을 갈 때 로밍을 하지 않아도 되는 새로운 통신 환경을 경험할 수 있다. 스페이스X를 이끄는 일론 머스크는 스타링크가 본격 시작되면 연간 수익이 300억 달러(약 33조원)에 달할 것으로 기대한다.

스페이스X 펠컨9/사진=스페이스X스페이스X 펠컨9/사진=스페이스X
바야흐로 우주에서 돈을 버는 시대가 도래했다. 이전까지는 미국과 소련 간 체제 경쟁의 전장이었지만 소련의 붕괴, 미국 우주왕복선 프로그램 종료 등 정부 주도의 우주사업 경쟁력이 예전만 못하면서 ‘올드 스페이스’(Old space)로 밀려났다. 이 틈을 타 스페이스X의 일론 머스크, 블루오리진의 제프 베조스라는 두 천재 CEO(최고경영자)가 재사용 로켓 기술을 앞세워 우주여행·화물운송 등 우주사업을 다각도로 펼치며 ‘뉴 스페이스’ 시대를 열어 젖혔다.

달나라 가는 '뉴 스페이스' 시대…우주쓰레기 승리호, 日선 이미 현실
◇마지막 블루오션 ‘우주’를 잡아라=두 회사가 전매특허처럼 보유한 로켓 재활용 기술은 우주산업의 제1원칙인 ‘원가절감’을 이뤄냈다. 우주 발사체는 한번 쏘아 올리는데 드는 비용이 약 10억 달러(1조1000억원) 이상 든다. 발사비의 90%를 차지하는 발사체를 다시 쓸 수 있게 되면서 획기적인 비용 절감을 이뤘다. 업계는 민간 우주시대로 전환케 한 결정적 기술로 평가했다.

전문가들은 앞으로 수년 내 우주왕복선 궤도 운송비용이 킬로그램(kg)당 500달러(약 55만원) 이하로 떨어질 것으로 전망한다. 현재는 kg당 2만 달러(2200만원)에 달한다. 이밖에 위성 부품의 소형화·표준화 등도 우주산업의 효율성과 경제성을 높이는데 기여했다.

블루오리진 뉴셰퍼드 우주캡슐 발사 장면/사진=블루오리진블루오리진 뉴셰퍼드 우주캡슐 발사 장면/사진=블루오리진
이 같은 기술 진보로 인터넷통신뿐 아니라 화물 운송, 자원 채굴, 지형·환경 데이터 확보 등 잠재력 있는 우주사업 모델이 다양하게 등장하고 있다. 특히 빠른 투자회수가 가능할 것으로 보이는 ‘우주여행’이 각광받는다.

블루오리진과 스페이스X는 온라인으로 우주여행상품 예약을 받고 있다. 블루오리진은 약 3억원에 지구 대기 끝인 카르만 선까지 다녀오는 여행상품을 내놨다. 이르면 오는 4월 첫 여행에 나설 예정이다. 스페이스X는 2023년을 목표로 ‘달 여행패키지’를 내놨다. 버진갤럭틱은 올해 상공 100㎞ 정도까지 올라가는 우주 관광을 시작하겠다고 밝혔다. 저스틴 비버, 레오나르도 디카프리오 등 유명 할리우드 스타들이 이 상품 예약자 명단에 올라있다.

타이거/사진=현대차타이거/사진=현대차
◇우주산업 투자도 봇물…ETF까지 등장=우주산업의 성장성이 부각되자 관련 기업에 대한 투자도 그 어느 때보다 활발하다. 글로벌 우주분야 투자회사인 미국 ‘스페이스 엔젤스’의 보고서에 따르면 2009년 이후 2020년 3분기까지 1128개의 우주기업이 총 누적액 1660억 달러(185조원)의 민간투자를 유치했다. 과학기술정책연구원(STEPI) 안형준 연구위원에 따르면 지난해 국내 우주기업에 대한 총 투자액은 130억원, 최근 16년간(2005~2020년) 누적투자액은 433억원 규모다.

금융투자상품도 속속 등장한다. 2019년 뉴스페이스를 테마로 한 ETF(상장지수펀드)가 처음 출시된데 이어 글로벌 ETF 운용사 ‘아크인베스트먼트’가 우주 탐사기업에 투자하는 ETF 를 내달 출시할 예정이다. 모건스탠리는 오는 2040년 우주산업 시장이 1조 달러(1110조원) 이상 커질 것으로 전망했다.

◇너 나 할 것 없이 ‘우주’=우주에서 미래 동력을 얻고자 하는 국내 기업들의 발걸음도 분주하다. 대표적 방위산업체인 한화·한국항공우주(KAI)는 최근 ‘뉴스페이스 TF’(태스크포스)를 출범하며 우주사업 다각화를 꾀하고 있다.

다른 대기업들도 뛰어들 채비를 서둘고 있다. 현대자동차그룹은 유튜브에 달·화성 탐사용으로도 사용할 수 있는 이동로봇 ‘타이거’를 최초로 공개하며 우주에 대한 원대한 꿈을 살짝 드러냈다. 한글과컴퓨터그룹 우주·드론 전문 계열사인 한컴인스페이스는 네이버클라우드와 함께 클라우드 기반 위성 지상국 시스템 개발에 들어갔다.

우주 쓰레기 청소선 상상도/자료=ESA우주 쓰레기 청소선 상상도/자료=ESA
우주 스타트업에 대한 기대감도 크다. 최근 삼성벤처투자 등 국내 대표 VC들이 소형로켓을 개발하는 페리지항공우주, 이노스페이스에 각각 100억원, 80억원을 투자했다. 페리지항공우주는 올 상반기 50㎏급 소형 위성을 실어 나를 8.8m 소형 발사체 ‘블루 웨일’의 고고도 시험 발사를 앞뒀다.

이노스페이스는 연료는 고체, 산화제는 액체를 쓰는 ‘하이브리드 추진체’ 핵심 기술을 확보했다. 안형준 과학기술정책연구원(STEPI) 연구위원은 “뉴 스페이스를 통해 발사체·위성 등 하드웨어 중심의 전통적인 우주산업의 영역이 바이오, 의료장비 등 일반 산업 전 영역으로 확대되고 있다”고 말했다.

류준영 기자

송중기·김태리의 ‘승리호’가 롤모델…우주 쓰레기 진짜 돈 된다
우주여행부터 쓰레기 청소까지…본궤도 오른 우주산업

SF영화 ‘승리호’에서 등장한 우주쓰레기 청소선 승리호/사진=넷플릭스SF영화 ‘승리호’에서 등장한 우주쓰레기 청소선 승리호/사진=넷플릭스
송중기·김태리 주연의 SF(공상과학)영화 ‘승리호’에선 우주 쓰레기 청소선이 등장한다. 우주 쓰레기는 우주에 남겨진 위성 잔해, 수명이 끝난 인공위성, 로켓 파편 등으로 지구를 위협하는 골칫거리 중 하나다. 승리호는 이런 쓰레기를 수거해 거대 하치위성으로 가져가는 일로 돈을 번다.

이 같은 특이한 설정은 영화에만 국한된 일이 아니다. 현재 우주를 떠도는 1mm 이상 우주 쓰레기는 약 1억개 이상. 이 때문에 실제로 뉴 스페이스(New space) 시장에선 ‘우주 쓰레기’ 청소업을 새로운 먹거리로 삼으려는 기업들이 늘고 있다.

일본의 우주 스타트업(신생 벤처기업) ‘애스트로스케일’은 자석을 이용해 우주 쓰레기를 치우는 기술로 1억9100만 달러(약 2110억원)의 투자를 받았다. 전 세계 우주 궤도 스타트업 중 가장 큰 규모다. 주 고객층은 위성을 통한 통신·지형 관측·인터넷 사업을 하는 대기업, 발사체·위성을 쏘아 올리는 각국 정부기관이다.

스위스 스타트업 ‘클리어스페이스’는 4개의 로봇팔을 이용해 100kg급의 쓰레기를 움켜쥔 뒤 지구 대기권에 재진입하는 과정에서 마찰열로 소각하는 방식의 우주 쓰레기 청소선을 오는 2025년 쏘아 올릴 예정이다.

‘애스트로스케일’은 자석을 이용해 우주 쓰레기를 치우는 청소위성을 개발중이다/사진=애스트로스케일‘애스트로스케일’은 자석을 이용해 우주 쓰레기를 치우는 청소위성을 개발중이다/사진=애스트로스케일
우주 환경미화 사업과 함께 우주시장에서 발생하는 창업 추이를 보면 우주관광, 지구관측, 소행성 자원 채굴, 위성통신, 우주상황 감시, 발사 대행 및 궤도서비스 등 다양하다.

부르는 게 값이던 발사대행 시장에선 로켓을 재활용한 초저가 발사 대행서비스 업체가 속속 나오고 있다. 초창기 이 시장을 거의 독점하던 스페이스X에 이어 로켓 제작사 유나이티드런치얼라이언스(ULA)는 오는 2023년을 목표로 재사용 로켓 ‘벌컨’을 개발하고 있다. 기존 재사용 로켓과 다른 점은 1단 로켓 전체를 재사용하지 않고 ‘엔진만 회수’한다는 것. 발사 후 분리된 엔진이 낙하산을 통해 지상으로 귀환하면 헬리콥터로 회수하는 방식이다,

미국 스타트업 릴레이티비티 스페이스는 세상에서 가장 큰 금속 3차원(D) 프린터로 발사체를 만든다는 목표로 2019년부터 대규모 공장을 짓고 있다. 최단기간 로켓 제작이 가능하다는 점을 이점으로 내세운다. 예컨대 1000kg대 위성을 실을 수 있는 로켓 제작에 약 두 달 정도 걸린다는 게 회사 측의 설명이다.

미국 스타트업 릴레이티비티 스페이스는 금속 3차원(D) 프린터로 발사체를 만들겠다고 밝혔다/사진=렐러티비티 스페이스미국 스타트업 릴레이티비티 스페이스는 금속 3차원(D) 프린터로 발사체를 만들겠다고 밝혔다/사진=렐러티비티 스페이스
북한 개성공단이나 중국 국경 분쟁지 등에서 일어나는 움직임을 분석해 보도하는 뉴스에서 주로 보는 위성영상은 대부분 미국 위성업체 맥사 테크놀로지가 촬영한 것이다. 나스닥에 상장된 이 업체 주식이 최근 41%까지 뛰어 올라 주목을 받았다.

이 같은 지구 관측 서비스는 ‘초소형위성 군집시스템’ 개발로 더 활기를 띤다. 기존 대형 위성은 지구 자전에 따라 원하는 지점을 하루에 3분 정도 관측 가능하다면, 여러 대의 소형 위성을 지구 궤도에 일정 간격을 둬 운용해 24시간 지켜볼 수 있다.


한국항공우주연구원 측은 ”소형위성을 통한 지구관측은 국방 정찰과 함께 위치기반서비스, 환경·해양생태계 관측 등에서 이용률이 차츰 높아지고 있는 추세”라고 전했다.

류준영 기자
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