우주항공청에 '해상발사체' 기술이 반드시 필요한 이유

[비즈한국] 우주항공청이 5월 개청을 앞둔 상황에서 향후 발사체의 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해 ‘위성 해상발사체계’를 확대해야 한다는 의견이 나온다. 업계에선 우리나라가 남쪽 해상을 제외하곤 3면이 막혀 있는 지리적 한계로 위성 발사에 제한이 많다며 우주항공청이 생기면 국가 의제로 논의가 필요하다고 말한다. 

#한반도 지정학적 한계 극복 위한 필수 기술

사실 한반도는 위성을 발사하기에 ‘저주받은 땅’이라는 평가가 지배적이다. 주변 여러 나라들이 옹기종기 모여 있어 국제적으로 허가를 받은 위성 발사 궤도는 남해 필리핀 방향으로 발사하는 아주 좁은 공역만 있기 때문이다. 발사가 실패하면 낙하물이 민가나 선박에 떨어질 우려도 있다. 

경제성도 발목을 잡는다. 위성 발사에 필요한 에너지는 위도가 낮을수록 유리하지만 중위도 지방인 한반도는 효율이 크게 떨어진다. 특히 500km 저궤도(LEO)나 ‘정지 천이 궤도’(GTO)의 효율이 극히 낮은 것으로 알려졌다. 업계 관계자는 “통신위성이나 대형 위성들이 LEO, GTO 등의 궤도를 주로 사용하기 때문에 경제성을 확보하려면 발사 장소를 옮기는 것이 좋다”고 설명했다.

이 때문에 현재 가장 유력한 대안으로 논의되는 것이 해상에서 발사하는 방식이다. 공해상에 여객선과 시추선을 활용해 우주발사체를 쏘는 방안으로 입지 제약에서 한결 자유로워진다. 한화에어로스페이스에 따르면 제주 남단 해상이나 적도상에서 발사할 경우 1톤 정도의 위성을 쏠 수 있는 누리호가 최대 3.6~3.7톤의 위성을 발사할 수 있다. 

세계 각국에서도 해상 발사를 실용화하는 추세다. 1995년 미국, 러시아, 우크라이나, 노르웨이 회사가 합작 설립한 국제 컨소시엄 그룹 ‘시 론치(Sea Launch)’​ 사가 시도했다. 우크라이나의 제니트(Zenit-3SL) 발사체를 미국 캘리포니아 롱비치에서 조립한 후 ‘시 론치 커맨더(Sea Launch Commander)’​라는 선박에 싣고 적도 해상으로 이동하며, 로켓은 ‘오디세이(Odyssey)’​라고 부르는 석유시추선 개조 발사대에 장착돼 발사한다.

시 론치 방식은 이미 30대 이상의 위성을 발사하며 ​검증이 됐다. 2006년 8월 우리 통신위성 무궁화 5호도 시 론치를 통해 하와이 남쪽 태평양 적도 공해에서 발사됐다. 다만 현재 시 론치는 폐업한 상태다. 2014년 러시아의 1차 우크라이나 침공 때 미국과 우크라이나, 러시아의 합작이 깨지고, 발사 장비는 러시아 극동 블라디보스토크로 옮겨졌다. 러시아의 S7 그룹은 시 론치의 장비를 부활하고자 노력했지만 예산 부족으로 개점휴업 상태다. 김민석 한국국방안보포럼 위원은 “우주항공청이 개청한다면 이미 기술적인 장벽이 해결되고 실용화된 해상 발사 기술을 적극적으로 추진할 필요가 있다”고 강조했다. 

미국과 우주 강국 자리를 놓고 치열하고 경쟁하고 있는 중국도 해상 발사에 전력을 쏟는다. 중국은 창정(長征) 11호 로켓 등을 해상 발사 방식으로 우주에 올렸다. 중국은 부유식 해상 발사 플랫폼을 온전하게 소유하고 운영하는 최초의 국가가 됐다고 자평했다. 외신에 따르면 중국 우주탐사 스타트업 오리엔스페이스가 개발한 ‘그래비티-1(Gravity-1)’​이 ​올해 초 ​서해에 정박 중인 선박에서 발사됐다. 그래비티-1은 6500kg의 탑재물을 LEO까지 실어 올릴 수 있다. 액체 연료를 사용하는 코어 스테이지와 고체 로켓 부스터를 갖춘 그래비티 2호도 현재 개발 중이다.

우리나라도 이미 우주발사체의 해상 발사 능력을 갖추었다. 지난해 12월 한화시스템은 자사가 개발한 합성개구레이더(SAR) 초소형 위성을 쏘아올렸다. SAR은 제주도 남방 해상에서 바지선을 사용해 해상 발사 능력을 실증했다. 군 당국은 연내 최종 시험발사에 성공하면 2025년까지 고체 추진 우주발사체에 500kg 초소형 SAR 위성을 실어서 고도 500km 안팎의 저궤도에 올린다는 목표를 세웠다.

#‘액체 로켓’​ 해상 발사 능력이 필수

다만 해상 발사하는 로켓의 성질을 둘러싼 논란은 있다. 향후 우주산업은 민간이 주도하는 뉴스페이스 시대로 가고 있다. 우리나라 민간 위성 기업은 ​대부분 액체형 로켓을 사용하고 있지만, SAR 위성은 고체 로켓이다. 고체 로켓은 액체 로켓보다 크기가 작고 추력이 약하다. 고체 단독로켓은 ‘누리호’나 차세대 발사체보다 위성 발사 능력이 떨어진다는 단점과 동시에 취급과 이동이 쉽다는 장점도 있다. 반면 액체 연료 로켓의 산화제나 액체산소의 취급은 고체보다 훨씬 까다롭고 사고 위험도 있다. 

세계적인 우주 기업들은 액체 로켓과 관련한 연구 개발에 적극적이다. 일론 머스크가 이끄는 스페이스X는 해상 발사장을 본격적으로 고민한 기업이다. 스페이스X는 액체 로켓의 사용과 함께 발사체 재사용으로 비용을 획기적으로 줄여 우주산업의 새로운 이정표를 세웠다. 하지만 고체 로켓은 재사용이 힘든 것으로 알려진다. 흔들리는 해상에서 액체 로켓을 발사하는 기술 연구가 추가로 필요한 이유다.

고체 연료 로켓은 사실상 ‘국방용 미사일’​이다. 지난해 한화시스템이 발사한 로켓은 한화가 생산하고 한화시스템이 발사했지만, 사실 국방과학연구소(ADD)의 작품이다. 한화는 제작과 내부에 들어갈 위성을 설계했고, ADD가 ​체계종합을 ​담당했다. 업계 관계자는 “발사를 한 바지선도 사실 ADD가 만든 전략무기 ‘현무’ 탄도미사일을 발사시험 할 때 쓰는 선박이라는 게 공공연한 비밀”이라고 설명했다. 특히 발사 기술이 대륙간탄도미사일(ICBM) 등 미사일 탑재 로켓과 거의 유사하다. 한화가 해상 발사를 연구 중인 것도 국방과 관련이 있다. 2023년 해상 국방 전시회인 마덱스(MADEX)에서 한화 계열사 한화오션은 ‘한국형 합동화력함’에 우주발사체 발사 능력을 제시했다. 

국방부는 로켓을 국방의 목적으로 사용한다는 의견에 대해 선을 그었다. 국방부 관계자는 ‘북한처럼 미사일 개발을 우주발사체로 포장해 발사하는 것으로 오해할 여지가 있다’는 지적에 대해 “우주발사체 개발 초기 비용 문제와 성공 여부에 따른 리스크 등이 있어 초기에 국가가 나설 수밖에 없다. 군의 목표를 어느 정도 달성하면 이 기술을 민간에 제공해 우주 산업 발전에 기여하게 될 것”​이라며 “​우려의 여지가 전혀 없다”고 설명했다.

국내 연구기관들도 고체·액체 로켓을 두고 논쟁이 있는 것으로 알려진다. ADD는 고체 로켓을, 한국항공우주연구원(항우연)은 액체 로켓을 지지하는 것으로 전해진다. 일각에서는 우주발사체의 탑재 중량을 단기간에 늘리고 발사 비용을 절감하는 차원에서 고체와 액체 연료 엔진의 장점을 결합한 새로운 형태의 우주발사체 기술 개발이 필요하다는 주장도 나온다.​ 

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