선진국 군집위성 6만7000개 지구 저궤도 선점할 판…공군 " 韓, 위성충돌 위험 대비해야"

지난 6월 21일 순수 우리기술로 만든 우주로켓 ‘누리호(KSLV-Ⅱ)’가 전남 고흥 나로우주센터에서 성공적으로 발사되면서 대한민국의 우주주권은 새로운 국면에 접어들었다. 자력으로 1t이상의 실용위성을 제작해 자국 영토에서 쏘아 올릴 수 있는 세계 7대 우주 선도국의 반열에 오르게 됐다. 이것은 대한민국이 민간주도로 우주를 탐사·개발하는 ‘뉴스페이스 시대’에 본격 진입했음을 알리는 신호탄이기도 하다. 우리 기업 등 민간부문이 개발한 위성 등 우주물체를 수시로 우주공간에 쏘아올릴 수 있는 능력을 대한민국이 확보한 것이다.

앞으로 정부기관 및 민간기업 등이 우주공간 진출을 가속하려면 먼저 당면한 ‘암초’를 피할 수 있는 능력을 강화해야 한다. 바로 우주물체간 충돌사고다. 대한민국은 그동안 우주로켓·위성 제작기술과 발사역량 확보에 치중하다보니 우주사고 대응 역량을 쌓는데에는 상대적으로 소홀했다. 기업이 많은 비용을 들여 위성을 쏘아올려도 우주공간에서 다른 위성이나 우주쓰레기 등과 충돌한다면 상당한 사업적 손실을 겪게 돼 우주진출이 위축될 수밖에 없다.

이 같은 문제를 풀기 위해 우리 공군 우주센터가 ‘해결사’로 나섰다. 민간우주사업자들에게 우주충돌 위험을 피할 수 있는 자문 서비스 등을 제공하기로 한 것이다. 우리 공군이 대폭 확충한 우주감시능력 및 미국 우주군과의 협업을 바탕으로 민간기업 등의 우주사업 리스크를 덜어줄 예정이다.





◆위성 충돌 위험 얼마나 되길래=대한민국 우주산업계가 직면한 우주충돌 위험의 현주소는 지난 7일 열린 ‘제 7회 초소형위성 워크샵’에서 생생하게 공개됐다. 워크샵은 한국우주과학회, 한국항공우주학회의 주최로 부산 해운대의 한 호텔에서 열렸다. 이번 행사에서 공군 우주센터 및 한국항공우주연구원 등의 관계자들은 지구궤도 상을 떠도는 우주물체의 규모와 국내에서 향후 발사할 위성의 규모를 분석해 공개했다.



최성환 공군 우주센터장은 이날 발표자로 나와 “4년여전 1800여개 정도였던 전세계의 위성수가 3배 이상 늘어 최근에는 6000여개에 이르렀다”고 전했다. 또한 지구 궤도를 떠도는 인공 우주물체(위성 포함)의 수가 2020년부터 급격히 늘어 올해 2월 현재 등록 갯수 기준으로 5만개를 돌파했으며 그중 추락하지 않고 남아 있는 우주물체는 절반 정도라는 해외분석자료도 공개했다.

문제는 지구궤도상 우주물체 수가 앞으로 기하급수적으로 더 급증할 것이란 점이다. 스페이스X를 비롯한 선도적 민간우주기업들이 과거 각국 정부가 만들던 것보다 훨씬 저렴한 비용으로 위성발사 서비스에 나서고 있기 때문이다. 이들 민간사업자들은 비교적 낮은 비용을 지구를 자세히 살펴볼 수 있는 지구 저궤도(LEO)에 초소형의 군집위성들을 대량으로 쏘아올리는 데 주력하고 있다.





공군 우주센터가 이번 워크샵 공개한 ‘우주선진국 민·관 저궤도 군집위성 구축계획' 현황에 따르면 미국, 중국, 영국,러시아, 캐나다 등 주요 5개 우주 선진국들이 계획한 지구 저궤도 군집위성 개수는 모두 합산해 6만7000개에 육박한다. 이중 미국 군집위성이 약 68%(4만5252기)이며 중국 것도 21%(1만4176기)에 이른다. 영국 군집위성도 약 9.5%(6372기)에 육박한다. 이들 우주 선진국들은 다른 나라들보다 먼저 대규모로 위성을 띄워 지구 저궤도룰 선점하는 방식으로 ‘영구 점유’하려 할 가능성이 점쳐진다.

최 센터장은 “각국이 지구 궤도중에서도 특히 저궤도로 위성발사를 집중하는 이유는 통신 등을 하기에 유리하기 때문”이라며 “선진국들이 6만7000개 가량을 저궤도로 쏘아 올린다면 (대한민국이 앞으로 저궤도에) 위성을 더 쏘아 올릴 공간이 남아 있을지에 대해 우주종사자분들이 많이 고민하고 있다”고 전했다. 이어서 “지구 궤도의 전체 위성중 약 72.7%가 저궤도 위성인데 그 비율은 더 높아져 위성간 충돌 위험도 한층 커질 것”이라며 “따라서 (대한민국의 우주기관 및 우주분야 사업자들도) 저궤도에 위성을 올릴 때 충돌위험 등의 심각성을 경감하는 방안을 모색해야 한다”고 제언했다.

◆대한민국 소형·초소형 위성 계획은=대한민국도 누리호 발사성공을 계기로 저궤도에 소형 및 초소형위성 등을 대량을 쏘아올릴 계획이다. 일반적으로 소형위성은 중량 100~500kg이하 위성을 의미하며 초소형위성은 100kg이하 위성을 뜻한다. 우리 공군만 해도 2030년까지 40여기의 초소형정찰위성을 쏘아올려 북핵 위협을 감시하고, 한반도 일대의 안보상황을 실시간에 근접하게 모니터링할 계획이다. 여기에 더해 국내 정부기관, 기업, 대학들도 줄줄이 위성발사 프로젝트를 추진 중이다.



임석희 항우연 박사가 이번 워크샵에서 발표한 자료에 따르면 2021~2030년에 500kg 이하의 위성을 발사하려는 국내 수요는 2020년 318기였던 것이 2021년 494기로 급증했다. 해당 494기중 약 85%(422기)는 2026~2030년 사이에 발사될 예정이다. 해당 수치는 초소형위성 워크샵에 참가자 및 18개 주요 기관을 대상으로 실시된 설문조사 및 선별적 인터뷰를 통해 집계됐다.





임 박사는 “2021~2030년 발사 계획 수요가 잡힌 위성 494기중 대부분이 50kg 이하의 초소형위성들이었다”며 “이들을 묶음 방식으로 우주로켓에 탑재해 발사한다고 해도 1년에 최소 열 번씩은 발사해야 하는 상황”이라고 설명했다. 이어서 “이 같은 위성발사 수요는 앞으로 계속 유지될 것"이라며 "이 같은 위성들을 저렴한 비용으로 발사해 줄 국산 소형발사체(소형 우주로켓)의 개발시기를 앞당겨야 할 것으로 보인다고 제언했다. 현재 우리 정부와 군은 한 번 발사할 때마다 위성 등의 탑재체를 최대 500kg 중량까지 실을 수 있는 소형 우주로켓(고체연료추진 방식)을 개발해 2025년 무렵 발사서비스를 개시할 예정이다.



◆민간 우주사업자에 ‘과외 교습’ 나선 공군=정부와 민간이 약 10년간 494기의 국산 초소형 및 소형위성들을 저궤도에 쏘아 올릴 경우 충돌 사고나 고장 없이 잘 운용하는 것이 중요하다. 하지만 아직 우리 정부와 민간은 자력으로 위성의 상태를 육안으로 식별하고, 다른 위성들과의 충돌위험 궤도를 정밀예측할 능력이 크게 부족하다. 지상에서 전세계 위성들을 정밀 감시할 인프라가 부족하기 때문이다.

정부기관 중에선 항우연이 국내와 해외 남극기지 등 일부 지역에 우주감시용 지상 안테나를 설치한 상태다. 이를 통해 위성 등 우주물체를 추적 및 감시할 수 있다. 다만 지상안테나로 탐지한 화면에는 위성이 작은 ‘점’의 크기 정도로 식별된다. 그러다 보니 탐지된 해당 ‘점’이 인공위성인지, 우주쓰레기인지, 다른 우주물체인지 정밀 판별하기가 쉽지 않다. 위성으로 식별된다고 해도 우리측 위성인지, 적성국 위성인지, 혹은 고장이 나지는 않았는지 육안으로 정밀하게 확인하기 어렵다. 더구나 지상레이더의 물리적 한계로 인해 한반도 및 남극 기지 일대 등을 벗어난 위성은 추적 감시할 수 없다는 한계도 안고 있다.



물론 위성에 장치된 비컨(beacon)의 전파신호를 지상에서 수신해 직간접적으로 궤도상 위치를 파악할 수도 있다. 하지만 우주로 발사된 위성이 정상적으로 작동하지 않거나 파손돼 비컨 신호가 발신되지 않는다면 이 방식으로 위치정보를 확보할 수 없다. 또한 우주로켓이 발사된 후 분리된 페어링, 3단 로켓 부분 등에는 아예 비컨 신호기 자체가 없다는 한계가 있다.

이 문제를 유일하게 해결해 줄 수 있는 국내 조직이 공군 우주센터다. 공군이 근래에 본격 가동한 공군의 ‘전자광학위성감시체계’는 한반도 일대 등을 지나는 국내외 위성들의 궤도를 매우 정밀하게 탐지할 수 있다. 특히 정밀한 광학체계는 위성을 단순히 ‘점’크기로 인식하는 수준을 넘어서 자세히 육안으로 식별할 수 있도록 영상이미지를 제공한다. 이를 통해 우리 위성이 다른 위성 및 우주쓰레기 등과 충돌할 확률이 어느 정도이고 어떻게 회피해야 하는지 예측 서비스를 제공해줄 수 있다. 또한 광학이미지를 육안으로 살펴서 위성의 고장상태 여부를 세밀히 살필 수 있다.



한반도 등을 벗어난 위성에 대해선 우리 공군이 미국 우주사령부로부터 ‘핫라인’을 통해 신속하고 정확한 위치 및 궤도정보를 받고 있다. 해당 데이터를 국내 우주관련 기관, 기업, 연구소, 학교 등에 제공해줄 수도 있다. 한미 국방부가 지난 2014년 우주정보를 상호공유하는 양해각서(MOU)를 체결했기 때문이다. 이를 바탕으로 우리 공군은 미국 우주사 등과 협력을 지속적으로 강화하고 있다.

미군 우주사는 지구궤도를 도는 위성을 비롯해 각종 우주물체들을 10cm급 크기의 물체까지 포괄해 대부분 탐지하고 있고 이중 위성의 비행주기 궤도정보(일명 ‘TLE’ )등을 정밀하게 분석하고 이를 기반으로 위성운용 주체 등에게 충돌예측정보메시지(CDM)을 제공해오고 있다. 국내 기업이나 기관 등이 우주 공군 우주센터에 CDM 확보를 요청하면 우주센터는 핫라인을 통해 이 같은 요청을 전달해 미 우주사로부터 CDM 등을 즉각 제공받아 정보를 요청한 국내 기업, 기관 등에 공유해줄 수 있다. 최 센터장은 “물론 국내 우주 분야 기관 등이 개별적으로 미군 우주사와 네트워크를 맺고 CDM을 받는 경우도 있지만 우리 공군이 핫라인으로 요청하면 보다 빠르고 더 자세한 정보를 얻어줄 수 있다”며 “위성발사를 계획 중이거나 위성을 운영 중인 민간기업, 기관 등은 언제든지 저희 센터에 도움을 요청해달라”고 당부했다.



최 센터장은 “앞으로 저궤도로 발사되는 전세계 위성의 수가 급증하면 그만큼 충돌확률도 커지게 된다”며 “충돌위험이 얼마나 되고 회피기동을 해야 한다면 어떻게 해야 할지 서비스도 제공하려고 한다”고 밝혔다. 그는 “공군은 영리를 추구하지 않기 때문에 매우 객관적인 정보를 우주분야 기업, 기관 등에게 제공할 수 있다”며 “또한 국내 주요 우주분야 연구자, 사업자들과 두루 교류를해 우주사업의 현황을 잘 알고 있기 때문에 기업이 우주 분야 사업에 진출하고 싶으시다면 카운슬링(상담) 역할도 해드릴 수 있다"고 소개했다.