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우주항공기술
우주항공기술(宇宙航空技術, ST: space technolgy)은 항공기와 우주선을 개발하는 기술분야이다. 본래에는 항공기만을 다루는 항공공학이라는 용어가 있었으나, 점차 활동영역이 우주까지 확장되면서 오늘날에는 우주항공기술이라는 용어를 사용한다.
우주항공기술은 인간의 생활영역을 확장해주며, 국가 경쟁력과 안보를 책임지는 기술 분야 이다. 미래에는 우주 항공기술의 발달로 우주공간에서의 다양한 활동이 가능해지면서 우주광간이 일상적인 생활 공간이 될 것이다.
개요[편집]
우주항공기술이란 대기권이나 우주 공간을 비행하며 사람이나 물건을 수송하는 항공기 ∙ 발사체 ∙ 인공위성 ∙ 우주왕복선 ∙ 우주정거장 등을 제작하고 발사하는 데 관련된 기술을 총칭한다.
기본적으로 항공기가 비행하기 위해서는 유체역학을 활용한 양력을 발생시키는 기술이 요구되며, 대기권을 비행하는 항공 분야를 넘어 우주 공간으로 비행 영역을 확장하기 위해서는 분사추진력을 얻기 위한 로켓엔진 등에 대한 기술 또한 필수로 요구된다. 로켓엔진은 사용되는 추진체의 종류에 따라 액체 로켓기관, 고체 로켓기관, 하이브리드 로켓기관 등으로 분류된다. 한국의 경우 우주발사체로써 1993년에 1단형 고체추진 과학로켓(KSR-1)을, 1998년에는 2단형 고체추진 중형과학로켓(KSL-2)을 개발했으며, 2002년 액체추진 과학로켓(KSL-3)을 개발한 바 있다.
이외에도 우주 항공 기술에는 항법 유도 제어에 필요한 기술, 발사체 및 비행체의 자세를 제어하는 고도의 전자 기술 등이 요구되며, 발사체의 경량화 및 극한 환경에 견디기 위한 신소재 관련 기술 또한 중요하다.
한국의 우주항공기술 현황[편집]
한국은 한국항공우주연구원을 중심으로 우주항공기술을 개발하고 있다. 현재 항공 분야에서는 무인기 활용과 무인기 운용 연구가 확대되고 있으며, 틸트로터 항공기∙성층권 태양광 무인기 등이 개발되고 있다. 차세대 교통혁명의 핵심으로 주목받고 있는 전기 동력 수직 이착륙 개인용 항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle) 또한 주요 개발 대상이다.
위성 분야에서는 고해상도 지구관측위성인 다목적 실용 아리랑위성과 고도 36,000 km에 위치한 정지궤도에서 기상∙해양∙환경 관측 등 다양한 임무를 수행하는 천리안위성, 다양한 공공분야 수요에 효과적으로 대응하고 국내 위성 산업 저변 확대 및 산업화를 위한 표준 플랫폼의 500 kg급 차세대 중형 위성 등을 개발, 운영하고 있다. 우리나라는 1990년대 중반에서야 국가 주도로 위성 개발을 시작하여 선진국보다 기술 개발 시기가 매우 늦었지만, 우수한 인력 및 연구개발 노력으로 오늘날 세계 6~7위권의 인공위성 개발 기술력을 확보했다.
우주 발사체 분야는 위성 발사와 우주탐사를 위해 반드시 필요한 운송 수단으로 국가 간 기술 이전이 불가능해 독자 개발을 하고 있다. 한국은 독자 기술로 개발하고 있는 우주발사체는 1.5톤급 실용위성을 지구 상공 600~800 km 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체이다. 1단은 75톤급 액체엔진 4기, 2단에는 75톤급 액체엔진 1기, 3단에는 7톤급 액체엔진 1기를 포함한 한국형발사체(누리호)를 국내 독자 기술로 개발하고 있으며, 액체엔진 성능을 더 높이기 위해 다단 연소 사이클 엔진 연구를 수행하고 있다.
한국항공우주연구원에서는 우주탐사를 위해 2016년부터 달 탐사 계획을 추진하고 한국형 달 궤도선을 개발하고 있다. 또한, 위성 및 드론이 촬영한 영상 빅데이터와 인공지능을 융합하여 분석하는 플랫폼 기술 등이 개발되고 있다.
우주발사체[편집]
- 2003년 한국 우주발사체 프로젝트의 시작
2003년은 한국항공우주연구원이 주관하는 우주발사체 개발사업의 일환으로 나로호(KSLV-I) 개발에 착수한 해이다. 나로호는 과학기술위성 2호를 지구 저궤도에 진입시킬 수 있는 한국 최초의 위성 발사체로, 1단 액체 엔진과 2단 고체 킥모터로 이루어진다.
이 한국 우주발사체 프로젝트에 한화가 큰 역할을 하게 된다. 나로호의 상단 추진기관 개발과 제작에 우주 전문가인 ㈜한화/방산과 ㈜한화/기계가 참여한 것이다. ㈜한화/방산은 나로호 상단의 고체 킥모터에, ㈜한화/기계는 각 로켓의 비행 및 자세제어 시스템에 참여해 뛰어난 기술력을 입증했다. 또한 한화에어로스페이스는 선행과제로 연료와 산화제를 엔진에 공급하여 액체 로켓엔진의 심장이라고 할 수 있는 터보 펌프 국산화 개발에 참여하였다
- 2013년, 11번째 스페이스 클럽 국가가 되다
국내 우주 기술의 총집합이라고 할 수 있는 나로호는 3번의 시도 끝에 발사에 성공했다. 우주발사체 개발에 착수한 지 10년이 되는 2013년의 일이다. 한국 최초의 우주발사체 발사에 성공하면서, 한국은 세계 7번째 75t급 액체 엔진 보유국이자 11번째 스페이스 클럽 가입에 성공했다. 스페이스 클럽(Elite Club of Space-Faring Nations)은 인공위성과 발사체, 발사장 등 우주개발에 필요한 3요소를 갖춘 국가를 일컫는 용어로, 독자적인 우주 기술을 갖췄음을 의미한다. 러시아, 미국, 프랑스, 영국 등이 스페이스 클럽에 가입된 국가다.
나로호의 성공으로 한국 항공우주 산업은 새로운 시대를 맞이했다. 범국민적으로 우주에 대한 관심이 높아졌고, 순수 독자 기술의 우주발사체 개발에도 가속도가 붙었다.
- 2018년 순수 국내 기술의 우주발사체 등장
15년간 한화가 흘린 땀방울의 첫 번째 결실! 순수 국내 기술로 개발된 누리호 시험발사체가 2018년 성공적으로 날아올랐다. 고흥 나로우주센터에서 쏘아 올려진 누리호 시험발사체는 목표였던 140초보다 긴 151초를 비행하는 데 성공! 나로호 발사 이후 5년 10개월 만에 우리 땅에서 다시 발사체가 올라간 역사적인 순간이었다.
이번 시험발사체는 한국형 발사체의 핵심이라고 할 수 있는 1단계 엔진으로, 그만큼 우리 순수 기술로 만든 로켓을 우주로 보낼 날이 머지않았다는 것을 의미한다. 나로호의 1단 로켓을 러시아가 개발했던 것과 달리, 국내 독자 기술로 발사에 성공했다는 것은 고무적인 결과라고 할 수 있다.
- 2022년 누리호 2차발사 성공
누리호는 2021년 6월 개발되었으며, 10월 21일에 발사하였으나 궤도 안착에는 실패하였고 이듬해 2022년 6월 21일 16시(KST) 대한민국 나로우주센터에서 2차 발사에 성공하였다. 2023년 5월 25일 18시 25분(KST) 3차 발사에 성공했으며, 마지막 6차 발사는 2027년까지 예정되어 있다. 2030년, 2031년에는 차세대 발사체를 활용해 달 착륙 검증선과 달 착륙선을 순차적으로 발사할 예정이다.
5차산업혁명과 우주항공기술[편집]
- 자율성이 극대화되고 대형화한 드론기술
자율성과 안전성을 확보하고 사람들 5~6인을 태울 수 있을 정도로 발전한 수직 이착륙 가능한 드론은 결국 3차원적 교통혁신을 가져올 개인항공기(Personal Aerial Vehicle)가 될 것이다. 서울 아파트에 사는 어머니가 세종시의 딸네 아파트에 손자 돌보러 매일 오갈 수 있는 세월을 상상해보자. 영화 "제5원소" 주인공이 모는 택시를 상기해도 되겠다. 20여년 후에 PAV 산업이 현재 자동차 댓 수의 5%만 차지한다고 생각해도 1대의 가격이 지금의 고급 승용차 수준은 넘어설 것이므로 그 산업의 크기는 어마어마해질 것이다.
- 로켓 엔진을 장착한 비행체를 타고 전 지구 어디에나 30-40분 내에 여행
엔진을 장착한 새로운 비행운반체를 타고 대기권 밖을 날아간 다음 초속7~8km(음속의 20배 이상) 비행 후 목적지로 강하 착륙하게 된다. 이미 미국의 Elon Musk는 상당히 구체적인 설계안을 내어 놓았다. 실제로 구현된다면 국내 먼 도시간의 당일 출장만이 아니라 서울에서 호주 시드니 정도의 거리도 당일에 일을 보고 다녀올 수 있지 않을까. 위의 PAV 출현과 함께 교통에 있어 증기기관 발명에 버금가는 혁명이 될 것이다.
- 대규모 인공위성 혹은 상용항공기 망을 통한 전 지구의 초 연결 (Global Hyper-Connectivity)
인공위성의 소형화와 고성능화 그리고 낮아진 발사비용을 통해 수만대의 위성을 다양한 궤도에 올려 도심지만이 아니라 심산유곡 전세계 어디서나 고속의 인터넷 데이터통신을 가능케하는 또 하나의 큰 변혁이다. 이미 SpaceX와 OneWeb 등에서 위성을 올리기 시작하고 있고 Aeronet이나 Airborne Wireless Network 등 신생 기업들은 상용기를 여러 대 상공에 띄워 초 연결을 시도하고 있다.
- 지구궤도의 거대 생산공장화
우주발사 비용이 급격히 낮아지면서 이룰 수 있는 또 하나의 변혁. 지상에서 공해를 유발하는 많은 공장들, 전력을 많이 소모하는 공장들, 무중력이나 진공상태가 유리한 산업 등이 공장 구축을 지구궤도에 하게 될 것이다. 정지궤도의 무한정한 태양에너지를 활용하게 되니 에너지 비용이 거의 안 든다. Musk와 Bezos가 이미 재사용 가능한 초 저렴한 로켓 개발에 성공하고 있으므로 멀지 않은 시기에 구현되리라 본다.
- 우주태양광발전을 통한 인류의 에너지 자급 구현
지구궤도(아마도 정지궤도)에 초대형(500톤 이상) 태양광발전위성을 올려 지구로 24시간 전력을 무선 송전하는 기술이다. 현재로는 거대위성을 궤도에 올리는 비용이 문제이지만 발사비가 현재보다 10분의1 수준으로 떨어지면 채산성이 생길 것으로 전망된다. 발사비용 저렴화에 경쟁하고 있는 선발기업들, Elon Musk의 SpaceX 그리고 Amazon 회장 Jeff Bezos의 blue Origin 등이 50회, 10회 이상 재사용 가능한 로켓 엔진 개발을 통해 조만 간에 초 저렴한 발사체를 가틍케 할 것으로 예상된다. 전세계 전력 수요의 상당부분을 감당하게 되면 엄청난 크기의 산업으로 성장하게 될 것이고 공상과학소설에 묘사되듯이 우주태양광발전을 통해 인류는 공급에서 자유롭게 될 것이다.
- 행성, 소행성에서 자원 획득 구현
태양을 돌고 있는 행성이나 달, 그리고 일부 소행성 중에는 귀중한 광물이 다량 포함되어 있다고 알려져 있다. 2016년 9월 현재까지 조사된 바로는 711개의 알려진 소행성에만 대략 100조 달러 가치의 광물이 있다고도 한다. 여러 벤처 기업가들에 의해 우주기술을 이용하여 이들 광물을 캐내어 우주에서 활용하거나 지구로 가져 오려는 사업이 일어나게 될 지구로 가져오고, 철, 망간, 알루미늄, 니켈, 코발트, 티타늄 등은 우주에서 각종 부분품 제작이나 우주구조물 건설에 사용하며, 물, 산소 등은 우주인의 생존에 그리고 수소, 암모니아, 산소 등은 로켓 추진제로 사용하자는 아이디어를 내고들 있다.
- 일반인의 우주관광 우주여행 가능, 우주정착민 탄생
일반이들이 지구궤도나 달 화성 등으로의 관광 또는 여행을 할 수 있게 된다. 이미 Virgin Galactic, Blue Origin 등의 우주기업들이 재사용 가능한 엔진을 이용해서 지상 110km의 대기권 밖으로 올라가 우주를 구경하고 무중력 상태를 경험해보는 준궤도 우주관광 기술을 개발하고 있다. 한편 SpaceX나 Blue Origin 등은 달이나 화성 여행을 목표로 로켓을 개발하고 있어 멀지 않은 시기에 여러 형태의 우주여행이 가능해질 것이다
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈우주 항공 기술〉, 《두산백과》
- 〈누리호〉, 《위키백과》
- 재민 김, 〈우주 항공 기술 이란?〉, Prezi, 2014-10-30
- 〈한국 항공우주 기술 발전의 15년〉, 《한화그룹》, 2018-12-07
- 김승조, 〈제 5차 산업혁명은 우주항공기술에서 ?! -서론〉, 《네이버블로그》, 2019-09-25
같이 보기[편집]
