[우리나라의 우주 개발이 속도를 내고 있습니다. 올해 6월 한국 최초의 우주발사체 '누리호' 발사가 성공했고, 8월 쏘아올린 달 궤도선 '다누리호'는 우주에서 영상과 사진, 문자를 보내오고 있습니다. 우주에 관한 높아진 관심과 호기심을 풀어주기 위해 경제관료 출신 이철환씨가 최근 출간한 <우주패권의 시대,4차원의 우주이야기>중 일부를 저자와 협의해 칼럼 형식으로 게재합니다]

우리나라의 본격적인 우주개발 역사는 한국항공우주연구원(KARI)이 설립된 1980년대부터 시작되었다. 우주개발의 서막을 연 것은 '우리별 1호'다. 해외 과학자들로부터 전수받은 기술을 토대로 제작한 첫 국산 인공위성 '우리별 1호'가 1992년 프랑스령 기아나 우주 센터에서 발사되었다.

그러나 우리별 1호는 영국 서리 대학(University of Surrey)에서 제작되었기 때문에 완전한 우리 기술로 만든 인공위성이라고 보기는 힘들다. 진정한 한국 기술로 만들어진 첫 인공위성은 1993년 발사된 '우리별 2호'였다. 이후 1995년 무궁화 1호, 1999년에는 우리별 3호와 첫 다목적 실용위성인 아리랑 1호까지 위성 제작 및 발사가 연달아 이루어졌다.
2010년 6월에는 최초의 해양관측, 기상관측, 통신서비스를 담당하는 통신해양기상위성인 '천리안 1호' 위성이 발사되었다. 이로써 대한민국은 세계 10번째의 정지궤도 통신위성 자체개발 국가이자, 세계 7번째로 기상관측위성 보유국이 되었다. 아울러 해양관측 정지궤도 위성으로는 세계에서 최초이며, 독자적인 위성개발 국가라는 이미지도 얻게 되었다.

2009년 6월, 전남 고흥군 부지에 우리나라 최초 우주발사체 발사기지인 '나로우주센터'가 7년간의 공사기간을 마치고 문을 열었다. 그리고 첫 발사체 '나로호'가 발사되었으나 궤도 진입에는 실패하였다. 2013년 1월, 세 번째로 발사된 '나로호 KSLV-I'가 마침내 위성을 정상궤도에 진입시키는 데 성공했다.
그러나 이 역시 발사체의 조립과 발사 운용을 러시아 로켓제조업체 흐루니체프(Khrunichev)와 공동으로 수행하였다. 러시아가 1단 액체엔진을 개발하였고, 국내에서는 2단 고체 킥모터를 개발한 것이다. 이후 2022년 6월 마침내 순수 우리 기술에 의한 '누리호(KSLV-Ⅱ)' 발사에 성공을 거두게 된다.

중장기 우주탐사와 개발 계획도 마련되어 있으며, 이를 차질없이 추진해 나갈 예정이다. 우선, 2015년부터 개발해온 '차세대중형위성' 1호가 2021년 러시아 소유즈 발사체에 실려 우주로 떠났다. 민간주도 인공위성 개발의 기폭제가 될 차세대중형위성은 독자 개발한 위성표준 플랫폼을 기반으로 제작되는 위성이다.
2021년 1호 발사에 이어 2022년 하반기 중에는 2호를 우주로 보낼 예정이다. 500㎏급 차세대중형위성 2호는 광학 탑재체를 싣고 국토관리 임무를 수행하는 관측위성 역할을 한다. 이와 함께 우주과학 및 우주발사체 검증을 위한 3호, 농림 및 산림관리를 위한 관측 임무를 수행하는 4호, 수자원 관리를 위한 5호 등은 본격적인 설계에 들어가 3호와 4호는 2023년에, 5호는 2025년 발사될 예정이다.
또한, 2022년 하반기부터 2023년 중에는 다목적 실용위성 '아리랑 6호'와 '아리랑 7호' 발사가 예정되어 있다. 아리랑 6호는 태양동기궤도 505㎞에서 한반도 지상 및 해양관측 임무를 맡는다. 아리랑 7호는 국가안보와 관련된 지역을 선별해 관측하는 초고해상도 위성이다. 두 위성이 성공적으로 임무를 수행하면 초정밀 지구관측이 가능해질 전망이다. 이와 함께 정지궤도 공공복합통신위성인 '천리안 3호' 설계가 2022년부터 본격화되고, 주요 국가 위성을 하나로 통합 관제· 운영할 위성통합운영센터 구축과 위성정보 빅 데이터 활용체계 고도화 사업도 추진된다.

나아가 이제는 달 탐사에도 도전하였다. 2022년 8월, 우리나라가 개발한 달 궤도선 '다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)'호가 미국 플로리다주 케이프커내버럴(Cape Canaveral) 우주군 기지에서 스페이스X사 팰컨 9 발사체에 탑재되어 발사되었다. 얼마 전 우리 기술에 의한 발사체인 '누리호'가 개발되었지만, 당장 이를 활용하여 달로 탐사선을 보낼 수 있는 것은 아니다.
이처럼 다누리호 발사에 누리호 기술이 쓰이지 못한 이유는 지구 중력을 완전히 벗어나 다른 천체로 가려면 초속 11.2㎞ 이상이 되어야 하지만, 누리호가 도달할 수 있는 최대 속도는 초속 7.5㎞에 불과하기 때문이다. 다시 말해 아직도 탐사선을 어떤 방법으로, 어떤 항로를 따라 달로 보내는지 등 우주선진국으로부터 배워야 할 점들이 많다는 뜻이다.

그런데 이번 탐사선 다누리가 달에 도착하는 데는 독특한 방식에 의해 이루어졌다. 지구에서 달까지의 거리는 약 38만㎞로, 우주선이 직선으로 가면 3일 정도 걸린다. 그러나 다누리는 4개월 반 동안 약 600만㎞를 항행한다. 이유는 직선 경로로 곧장 날아가지 않고 멀리 돌아가기 때문이다. 지구와 달은 약 38만㎞ 떨어져 있지만 다누리는 무한대 기호(∞) 모양의 궤적을 그리며 지구로부터 최대 156만㎞ 떨어진 지점까지 갔다가 다시 돌아오는 셈이다.
이처럼 지구·달·태양의 중력을 활용해 달 궤도에 진입하는 방식을 '탄도형 달 전이 방식(BLT·Ballistic Lunar Transfer)'이라고 부른다. 다누리가 BLT 방식으로 이동하는 것은 연료를 아껴 탐사선의 작동 수명을 늘리기 위해서다. 이 방식을 따르면 다누리가 천체의 중력을 이용해 추진력과 운동량을 얻을 수 있어 달로 직접 쏘는 것보다 연료 소모량이 25%가량 적다. 우주선의 한정된 연료를 아끼게 되면, 실을 수 있는 탑재체가 늘어나고 우주선 자체의 수명도 길어진다.

한편, '다누리'가 일단 목표 항로에 진입하는 데 성공했지만, 달에 도착하기 위해서는 아직 5개월간 긴 항해를 해야 한다. 12월이 되어야 달 근처에 도달하고, 본격적인 달 탐사 임무는 2023년 1월에 시작한다. 다누리는 달 상공 100㎞ 궤도에서 달 주위를 돌며 5개의 탑재체로 1년간 달을 관측하는 임무를 수행한다. 즉 지구 주변을 도는 지구 인공위성처럼 달 주변을 118분마다 한 바퀴씩, 즉 하루에 12번씩 돌면서 달의 표면을 관측한다. 이를 통해 2030년경 예정인 달착륙선 착륙 후보지를 탐색하고, 우주 풍화를 연구하는 데 필요한 데이터를 수집한다.
또 달 표면에 분포한 자기 이상 지역과 달 우주 환경 연구, 달 원소 지도 제작, 달기지 건설에 활용될 건설 자원 탐색, 우주통신 기술 검증 등의 임무도 수행한다. 특히, 해상도 1.7m급 Shadow Cam을 통해 촬영한 얼음이 있을 것으로 추정되는 달 극 지역 데이터는 향후 미국의 달 탐사 프로젝트 아르테미스 계획에 활용될 예정이다.

그러면 우리나라의 우주개발 실력은 과연 어느 수준에 와 있을까? 우리나라의 위성개발 및 운용 능력은 수준급으로 평가받는다. 2018년의 '천리안 위성 2A'에 이어 2020년 2월 쏜 '천리안 위성 2B'는 위성 본체를 국내 독자기술로 만든 해양 및 환경관측 정지궤도 위성이다. 세계 최초로 미세먼지 관측 기능을 탑재하여, 미세먼지를 유발하는 물질이 주로 어디에서 발생하고 어느 쪽으로 움직이며 어떻게 소멸되는지 상세히 분석할 수 있게 되었다. 해양관측 기능도 업그레이드되어 해빙과 해무는 물론이고, 기후변화로 발생하는 해양 환경변화를 더 상세히 관측할 수 있게 됐다.
그러나 발사체 기술은 위성에 비해 상대적으로 더딘 편이다. 독자 발사체를 가지고 있다는 것은 위성을 원하는 시점에 우주로 발사할 수 있다는 것을 의미하는 것으로, 우주강국으로 도약하는데 반드시 필요하다. 인공위성을 쏘아 올리려고 해도 독자 발사체가 없으면 외국에서 빌려 써야 하는데 그 비용이 만만찮다. 따라서 각국은 발사체 개발에 엄청난 노력을 기울이고 있다.

2022년 6월, 한국형 발사체 누리호가 발사에 성공함으로써 우리도 마침내 독자기술에 의한 우주발사체를 갖출 수 있게 되었다. 우리나라 우주개발 40년 역사상 기념비적 사건이었다. 그러나 이 역시 이제 막 첫발을 내딘 것으로, 우주발사체 개발· 운용 면에서 우주 선진국들과 비교하면 걸음마 수준에 불과하다.
누리호가 1.5t 위성을 600~800㎞ 저궤도에 투입할 수 있는 성능인 데 비해, 미국 스페이스X의 팰컨 헤비(Falcon Heavy)는 저궤도에 64t, 정지궤도에 27t을 투입할 수 있을 만큼 고성능이다. 그뿐만 아니라 일론 머스크는 스페이스X의 팰컨 9을 통해 재사용 발사체 시대를 열어 기존의 발사비용을 획기적으로 낮추고 우주를 경제성이 있는 영역으로 만들었다. 또 우리나라 최초의 달 탐사선 '다누리'호도 '누리호'가 아닌 미국 스페이스X의 팰컨 9 로켓에 실려 날아갔다. 이런 사실들에서 우리의 우주기술 위상이 어느 수준인지가 잘 드러나고 있다.

뉴 스페이스 시대를 맞이하면서 우주개발의 패러다임이 바뀌고 있다. 우주강국들의 경우 이미 민간기업들이 재활용기술을 개발하여 우주로 로켓을 발사해 우주인과 화물을 실어 나르고 있다. 또 각종 우주관광 상품도 쏟아내고 있다. 과거에는 우주산업이라고 하면 우주발사체나 인공위성을 만드는 일만 떠올렸지만, 이제는 우주 관광부터 물류, 위성 영상분석, 우주 인터넷 등 무궁무진한 서비스가 가능해진다. 플랫폼이 갖춰지면 다양한 서비스가 등장하는 것은 시간문제이기 때문이다.
시간이 좀 더 지나면 우주채굴 사업, 우주공장과 우주도시 건설도 실현될 것으로 예상된다. 우주강국들은 이러한 비즈니스 과정이 원활히 진행될 수 있도록 정부와 기업은 상호 역할을 체계적으로 분담하고 있으며, 기업들 상호 간에도 대기업과 스타트업(startup)들이 적극 협력해 나가고 있다.

그런데 우리의 경우 여전히 정부주도의 우주개발 프로젝트를 추진하고 있다. 더욱이 정부 자체의 우주개발 인프라 또한 매우 취약한 실정이다. 우리나라의 우주개발 사업 예산은 NASA의 2%에 불과하며, 일본의 20%, 인도의 60% 선에 지나지 않는다. 아울러 예산의 운용 효율성도 낮은 편이다. 예를 들면 재사용 로켓 기술이 상용화되고 있는 만큼 발사체 기술 자립화에만 매달려서는 곤란하다. 기술자립이 물론 중요하지만, 우주발사체 개발 이후 성능개량이나 발사 서비스 등의 활용 전략도 아울러 강구해 나가야 한다는 것이다.
우주개발 전담 조직이 약하다는 지적도 받는다. 우주개발은 과학기술뿐 아니라 통신, 기상, 환경, 안보 등 여러 부처 조정능력이 필요한 분야다. 고도의 전문성과 함께 천문학적 비용도 요구된다. 그런 만큼 이런 업무수행 능력을 갖춘 조직력이 뒷받침되어야 할 것이다. 미국 NASA, 일본 JAXA, 유럽 ESA 등의 주요국 우주개발기구들이 정부 부처와 동일한 위상을 갖는 상설 독립법인이라는 점을 참고할 필요가 있을 것이다.

우주산업은 수학과 물리학 등 기초학문부터 인공지능(AI), 생명과학, 전기전자, 통신, 기계 등 산업과 전후방 파급효과가 매우 크다. 국가안보에 미치는 영향도 지대하다. 그런 만큼 우리는 빠른 시일에 우주강국을 실현하는 한편, 우주산업을 미래 먹거리 산업으로 적극 육성 개발해 나가야 할 것이다.
이를 위해서는 무엇보다도 우주개발 추진체계를 과감하게 민간주도로 전환해 나가야 한다. 그리고 대학의 인재 육성 및 연구개발 역량도 획기적으로 키워 나가야 한다. 우주기술은 매우 전문적인 분야로 우수한 인재를 필요로 하기 때문이다. 우주 전문가들은 앞으로 우리나라가 진정한 우주강국으로 도약하기 위해서는 무엇보다 인재양성과 연구역량의 강화가 중요한 과제라고 말한다. 그들은 좁은 인재풀(pool)과 연구 인프라 부족 등의 문제를 해결하지 못한다면 결국 우주산업 선도국과의 기술격차를 좁히는 것이 불가능해질 것으로 보고 있다. 아울러 우주기술의 상용화와 우주산업 생태계 조성이 크게 낙후되어 있는 점도 개선해 나가야 한다고 지적하고 있다.
이와 함께 혁신적인 스타트업을 적극 발굴하고 육성해 나가야 한다. 그 이유는 스페이스X의 예를 통해 잘 알 수 있을 것이다. 스페이스X도 처음에는 스타트업으로 시작하였고 한때는 파산위기도 겪었다. 그러나 불굴의 투지와 과감한 혁신능력을 통해 어려움을 딛고 일어나, 지금은 대표적인 글로벌 우주기업으로 우뚝 서게 되었다.

지금 인류는 제2의 지구를 찾아서, 그리고 새로운 대륙이자 미지의 세계인 우주를 향해 힘찬 발걸음을 내딛고 있다. 우리도 결코 이 대열에서 뒤처질 수 없다. 한시바삐 관련 인프라를 정비하고 우주산업의 생태계도 육성해 나가야 한다. 다행히 우주강국 실현을 위한 우리의 기초자산은 꽤 튼튼한 편이다. IT라든지, 통신과 반도체 등의 분야에서 기술적 우위를 가지고 있기 때문이다. 이를 우주개발에 접목시킨다면 우리의 우주산업 또한 세계적인 경쟁력을 갖출 수 있게 될 것이다. 빠른 시일에 우리 대한민국이 우주강국으로 우뚝 설 수 있기를 기대해 본다.