2021
AUTUMN

VOL. 259

Contents VOL. 259

COVER STORY

민간 우주관광이 시작되고, ‘누리호’가 쏘아 올려지는 2021년은 특별한 해로 기억될 것입니다. 인류의 미래 전략시장으로 자리 잡은 우주. <HYPER> 가을호에서는 민간 우주산업 본격화로 촉발된 ‘뉴 스페이스 시대’와 우리의 우주 전략에 대해 알아봅니다.

Theme
Story

우주 선진국 앞둔 한국
뉴 스페이스를 위한 전략은?

Korea to Become a Space Leader
What are Korea’s Strategies for the New Space?

  • 글 KARI 나로우주센터 이철형 박사(금속공학 00)
  • 정리 편집실
  • 사진 KARI(공공누리)
  • Writing Dr. Lee Chul-hyoung of KARI Naro Space Center
  • Editing Editorial Office
  • Photograph KARI (Korean Open Government License)
2021년은 지구의 우주 개척사에서 중요한 해로 기록될 것이다. 민간 우주관광이 첫발을 내디딘 원년으로, 뉴 스페이스 시대의 흐름에 큰 방점을 찍었기 때문이다. 그리고 올해는 우리나라에도 특별한 해로 기억될 것이다. 순수 국내 기술로 개발한 한국형 발사체 ‘누리호(KSLV- II)’ 발사가 예정돼 있기 때문이다.

The year 2021 will be recorded as a momentous year in the history of space exploration. It is the first year of taking a step for private space tourism and marking a big change in the New Space Era. Also, this year will be remembered as a special year for Korea because the Korean launch vehicle “Nuri (KSLV-II),” developed only with domestic technologies, is planned to be launched.

한국형 발사체인 ‘누리호’의 시험발사체 기립 장면. ©KARI The test launch vehicle of Nuri

한국 우주개발의 새로운 역사 쓸 ‘누리호’

인공위성과 발사체, 발사장 등 우주개발에 필요한 3요소를 갖추고 독자적 우주 기술을 보유한 나라들을 스페이스 클럽(Elite Club of Space-Faring Nations)이라 칭한다. 우리나라도 2013년 한국 최초의 우주발사체 ‘나로호(KSLV-I)’ 개발로 세계에서 11번째로 스페이스 클럽에 이름을 올렸다. 하지만 나로호는 우주발사체 기술 독립을 위한 중간단계였다. 가장 핵심이 되는 1단 발사체는 러시아로부터 도입하고, 2단 고체 모터와 위성 부분만 국내 기술로 개발했기 때문이다. 나로호 이후 8년 만에 날아오를 ‘누리호’는 그래서 더 큰 의미가 있다.

‘한국형 발사체 개발’ 즉 누리호 프로젝트는 개발 기간 13년(2010~2022년)에 총예산 약 1조9000억 원이 투입되고, 한국항공우주연구원(Korea Aerospace Research Institute, 이하 KARI) 소속 연구원 약 300명과 한국항공우주산업, 한화에어로스페이스, 현대로템, 현대중공업 등 약 30여 개 기업이 참여하는 대규모 국책사업이다. 나로호(2단 33m, 연료 포함 140톤)가 100㎏급의 작은 위성을 고도 300㎞까지 올릴 수 있다면, 누리호(3단 47.2m, 연료 포함 200톤)는 1.5톤급 실용위성을 고도 600~800㎞에 투입시킬 수 있다. 75톤 액체 엔진 4기를 클러스터링(Clustering)해 300톤의 추력을 가지는 1단 발사체, 고공용 75톤 엔진인 2단 발사체, 7톤 엔진을 장착한 3단 발사체 등 누리호의 모든 발사체는 순수 국내 기술로 만들어졌다. 누리호 개발이 성공하면 우리 땅에서, 우리 위성을, 우리 발사체로 발사하는 실질적인 우주 선진국 대열에 합류하게 된다.

우주발사체에서는 75톤 엔진 개발이 중요하다. 이 엔진을 활용해 다양한 발사체를 조합하므로, 소·중·대형 인공위성 발사의 기반이 되기 때문이다. 순수 국내 기술로 개발한 75톤 엔진은 2018년 11월 진행된 시험발사체 발사를 통해 이미 그 성능을 입증했다. KARI 나로우주센터 내 추진기관시험 설비에서 수많은 연소시험을 진행해, 개발한 75톤 발사체가 발사대에서 안정적으로 이륙, 점화 후 151초(목표 140초) 동안 엔진을 연소하며 계획된 비행궤적을 따라 비행했음을 확인했다. 이후 75톤 4개를 클러스터한 1단 발사체에 대한 종합연소시험, QM(인증 모델)을 이용한 발사대와의 연계시험을 수행했다. 지난 8월 27일에는 WDR(Wet Dress Rehearsal) 즉, 실제 발사할 비행모델(Flight Model)에 산화제를 주입하는 등의 최종시험도 완료했다.

앞으로는 실제 발사 전까지 1, 2, 3단 발사체에 대한 최종 점검, 탑재될 전자 장비와 우주센터가 보유한 발사체 추적·계측·통제 장비와의 통신시험 등을 반복해 수행할 예정이다. 2021년 10월의 첫 번째 발사와 2022년 5월 진행할 두 번째 발사는 실패의 부담이 있어 실제 위성 대신 더미(Dummy)를 실어 발사하고, 이후에는 국내 실용위성(1.5톤급) 을 실어 발사할 계획이다.

“Nuri” to write a new history of Korea’s space development

Countries having the three elements for space development—satellites, launch vehicles, and launching sites—and domestic space technologies are called the Elite Club of Space-Faring Nations. Korea also put its name on the list in 2013 as the 11th in the world with its development of the first launch vehicle, “Naro (KSLV-I).” However, Naro was the intermediate step for having the homegrown launch vehicle technology. The first-stage launch vehicle, which is the core technology, was brought in from Russia, and only the second-stage solid motor and the satellite were developed with domestic technologies. In this context, Nuri, which is to be flying after eight years since Naro, has more significance.

The Nuri project to develop a Korean launch vehicle is a large-scale national project. About 1.9 trillion won is invested for 13 years (2010-2022), and about 300 researchers from the Korea Aerospace Research Institute (KARI) and about 30 companies, including the Korea Aerospace Industries, Hanwha Aerospace, Hyundai Rotem, and Hyundai Heavy Industries, participate in the project. While Naro (second-stage 33m, 140-ton including fuel) can send a 100kg small satellite up to 300km above sea level, Nuri (third-stage 47.2m, 200-ton including fuel) can launch a 1.5-ton utility satellite to 600-800km. All of Nuri’s launch vehicles—the first-stage launch vehicle that provides a 300-ton thrust with four 75-ton liquid engines clustered, the second-stage of 75- ton high altitude engine, and the thirdstage with a 7-ton engine—are made with entirely domestic technologies. If the development succeeds, the country will be one of the advanced countries in terms of space technology that launch its domestically-produced launch vehicle and satellite in their territories.

The 75-ton engine development is the key in space launch vehicles. It is because diverse launch vehicles are combined using this engine, which is the base of small, medium, and large satellite launches. The 75-ton engine developed purely with domestic technologies has already proved its performance through the experimental launch in November 2018. Numerous combustion tests were conducted at KARI’s Naro Space Center and confirmed that the developed 75-ton launch vehicle stably took off from the launch pad and flew along the planned flight trajectory for 151 seconds (its target was 140 seconds) after ignition. Then, the center conducted a comprehensive combustion test on the first-stage launch vehicle of four 75-tons clustered and a connection test with the launch pad using a QM (Qualification Model). On August 27, the WDR (Wet Dress Rehearsal) in which oxidants are injected in the actual flight model to be launched was completed.

From now until the launch, final checks on the first-, second-, and third-stage launch vehicles and communication tests between electronic devices to be installed and launch vehicle’s tracking, measuring, and control equipment of the center will be repeatedly conducted. As the first launch in October 2021 and the second launch in May 2022 have risks of failure, dummies will be loaded instead of the real satellite, and then the utility satellite (1.5-ton) will be launched.

우주활용 세계 6위, 자체 발사체 개발 뒤따라야

어마어마한 무게의 우주발사체를 우주로 쏘아 올리려면, 발사체를 개발하는 것만큼이나 발사장(우주센터) 운영과 발사 운용 절차가 중요하다. 나로호 때는 발사 운영 역시 국내에서 처음 진행하는 것이고, 가장 중요한 1단 발사체를 만든 러시아 기술진이 주도하는 상황이라 매일매일 낯선 경험과 어려운 문제를 마주해야 했다. 하지만 이제는 나로호와 시험발사체 등 7차례의 발사 운영을 경험한 터라 차분하게 움직이고 있다. KARI 연구진과 국내 기업만 함께하다 보니 오히려 소통은 더잘되는 느낌이다.

첫 발사는 어떤 변수가 있을지, 어떤 상황이 일어날지 예측하기 어렵다. 국제적으로도 첫 발사 성공률은 27.2%에 불과하다. 발사일이 다가오면 관계자 모두 식사를 제대로 하지 못할 만큼 긴장감과 두려움이 커진다. 하지만 어려움을 극복해내는 게 연구원의 업이다. 어느 한 파트라도 문제가 생기면 실패하는 것이니 모든 작업을 하나하나 확인하고, 재확인하며 한마음으로 누리호 성공을 위해 노력하고 있다.

세계의 우주 선진국 순위를 매겨보자면, 현재로서는 미국이 가장 앞서 있고 다음으로 프랑스(유럽연합)와 러시아, 중국, 일본이 뒤를 잇는다. 특히 최근 중국은 대대적인 투자를 바탕으로 고속 성장 중이다. 우리나라는 1989년에 KARI를 창립하며 본격적인 우주개발에 착수했다. 1950~60년대부터 연구를 이어온 나라들과 비교하면 한참 뒤처진 게 사실이다. 하지만 국내의 전자/통신/제어/기계공학 분야 기술이 워낙 뛰어나기 때문에 늦은 출발에도 불구하고 현재는 다른 국가와 비교해도 손색없는 발사체를 개발, 위성 자력 발사를 준비하기에 이르렀다. 특히 위성 분야의 경우는 이미 국제적으로도 우주 선진국 수준을 인정받고 있다. 우주활용 부문만 놓고 본다면 현재도 세계 6위권 수준이다.

6th in the world in terms of space utility; homegrown launch vehicle required

In order to launch an enormously heavy space launch vehicle into space, the operation of the launch site (the space center) and the launch operation procedures are as important as the development itself. During the Naro’s launch, researchers faced unprecedented situations and difficult challenges every day as it was the first launch operation for Korea, and the Russian technicians, who made the most important first-stage launch vehicle, led the process. However, now that seven launch operations have been carried out, including Naro and the test launch vehicle, things have proceeded in a stable manner. As only the KARI researchers and domestic companies are involved, communication has become much smoother.

It is difficult to predict possible variables or unexpected situations to happen in the first launch. Globally, the first launch success rate is only 27.2%. As the launch date approaches, related personnel cannot even eat properly due to increased tension and fear. However, it is the researchers’ duty to overcome difficulties. As a single problem in any part can cause failure, everyone is making efforts for the successful launch of Nuri by checking and double-checking all the tasks one by one.

When ranking countries by the level of space technology, the United States is at the very top, and France (European Union), Russia, China, and Japan follow. In particular, China is rapidly growing based on the government’s aggressive investment. Korea began full-scale space development after establishing KARI in 1989. Indeed, Korea lagged behind compared to other countries that began researching in the 1950s and 60s. However, despite its late start, Korea’s outstanding electronic, communication, control, and mechanical engineering technologies helped the country develop fine launch vehicles and prepare for satellite launching with its own capacity. In particular, in terms of satellites, Korea is globally recognized as one of the powerhouses. When it comes to space utility, Korea is ranked 6th in the world.

한국형 발사체 ‘누리호’의 시험발사체 FM 조립 ©KARI FM assembly of the test launch vehicle of Nuri
인증시험을 위해 발사대로 옮겨지는 한국형 발사체 ‘누리호’ ©KARI Nuri is being carried to the launch pad for qualification tests

국방 · 안보에도 필수적인 우주 분야 기술

국제적으로 우주발사체 엔진 관련 기술이전은 MTCR(미사일기술통제제도, Missile Technology Control Regime)에 따라 금지돼 있다. 우주발사체 엔진 기술이 대륙간탄도미사일(Intercontinental ballistic missile, ICBM)과 같은 미사일 기술과 연결되기 때문이다. 개발에 제약과 어려움이 많지만, 독자적인 우주발사체 개발은 국방·안보에 필수적이다. 특히 우리나라는 남·북한 대치 상황에다 지리적으로 우주 선진국인 러시아, 중국, 일본에 둘러싸여 있다. 자체적인 우주발사체 기술이 없다면, 매번 다른 우주 선진국에 협조를 구하고 위성의 목적과 궤도 등 주요 정보도 모두 오픈해야 한다. 자연히 우주개발 속도와 질이 떨어질 수밖에 없다. 자체적으로 개발한 우주발사체를 활용한다면 우리가 원하는 시기에, 원하는 위성을, 원하는 궤도에 투입하는 ‘우주 독립국’으로 발돋움할 수 있다.

최근 이슈가 된 GPS(Global Positioning System)는 미국 정부가 정확한 미사일 폭격을 위해 군사용으로 개발한 위성항법 시스템으로, 미국이 우방 국가와 민간 기업에 사용을 허가한 것이다. 위성항법 시스템은 자율주행 자동차, 드론, 위치기반 서비스 등 4차 산업혁명 시대의 신산업과 직결된다. 만약 유사시에, 어떤 이유로 미국이 GPS를 막는다면 우리는 어떻게 될까? 혹은 GPS 사용을 조건으로 무엇인가를 강제하게 된다면? 이런 불안 요소와 위협에 대비하기 위해 이미 러시아(글로나스)와 중국(베이더우)이 자체 위성항법 시스템을 완성했고 유럽 연합(갈릴레오)도 완성을 앞두고 있다. 우리나라 역시 2022년부터 ‘한국형 위성항법 시스템’(KPS, Korean Positioning System) 개발에 착수할 계획이다. 위성항법 시스템 운용을 위해서는 국지적으로는 최소 6개, 지구 전역은 최소 24개의 인공위성이 연계돼야 한다.

Space technology necessary in national defense and security

Internationally, transfer of space launch vehicle engine technologies is prohibited according to the Missile Technology Control Regime (MTCR). It is because space launch vehicle engine technologies are connected with missile technologies such as the Intercontinental Ballistic Missile (ICBM). Although there are limits and difficulties in development, independent space launch vehicle development is essential for national defense and security. In particular, South Korea is in a confrontation with the North and is surrounded by space-advanced countries, such as Russia, China, and Japan. Without its own launch vehicle technologies, the country has to ask other countries for cooperation and unveil key information, including the purpose and orbit of satellites every time. This will naturally lead to poor speed and quality of space development. If Korea uses its own space launch vehicle, it can choose the satellite, launch time, and orbit, becoming an “independent space country.”

The GPS (Global Positioning System), which has recently been highlighted, is a military satellite navigation system developed by the U.S. government for accurate missile bombing and the U.S government approved its use for friendly nations and private corporations. The satellite navigation system directly links to new industries of the 4th Industrial Revolution, such as autonomous vehicles, drones, and location-based services. What will happen if, in case of emergencies, the U.S. stops the system for any reason? What if they forcefully impose some conditions for using the system? To prepare for such possible risks and threats, Russia (Glonas) and China (Beidou) have already completed their own satellite navigation system, and the European Union (Galileo) is close to completion. Korea is also planning to start developing the “Korean Positioning System (KPS)” in 2022. For the satellite navigation system to operate, more than six local satellites and 24 global satellites need to be linked.

뉴 스페이스 시대의 초석은 정부 주도 지원전략

우주개발은 막대한 예산과 시간이 필요하다. 결국 우주 강국으로 가는 지름길은 지속적인 투자와 개발뿐이다. 이미 여러 우주 선진국은 국가 주도에서 벗어나 민간개발 중심의 뉴 스페이스 시대를 열고 있다. 기존까지의 우주개발, 즉 ‘올드 스페이스’가 국가가 주도하고 민간이 참여하는 방식이라면 ‘뉴 스페이스’는 민간이 주도하고 국가가 지원하는 방식이다. 우주산업 활성화를 위해서는 뉴 스페이스 시대로 가는 것이 가장 좋은 방법이다.

하지만 이것은 우주 선진국의 이야기이고, 우리나라의 경우는 아직 어려움이 있다. 우리는 누리호를 통해 이제 선진국으로 발돋움하는 단계다. 우주 선진국들은 이미 기반기술과 인프라를 완벽하게 구축하고, 우주산업 시장규모 역시 커서 민간기업이 주도적으로 뛰어들 수 있다. 하지만 우리는 기반기술이 다소 미흡하고 인프라도 완벽하지 않다. 결국 아직은 국가가 주도해 투자하고 연구·개발하는 구조일 수밖에 없다. 국내에서 본격적인 뉴 스페이스 시대를 열기 위해서는 국가가 보유한 기반기술과 인프라를 민간이 효율적으로 활용하도록 지원하는 정책이 중요하다. 올해 정부는 우주정책의 싱크탱크 구축을 위해 ‘국가우주정책연구센터’를 신설했는데, 이를 통해 국가적인 우주개발 비전과 정책이 더 확실해질 것으로 기대하고 있다.

앞으로 지속해 위성 발사가 이뤄지고, 또 국제 위성 발사 서비스 시장에 진출해 다른 나라의 위성 발사를 대행한다면 우리나라 우주산업의 규모는 기하급수적으로 커질 것이다. 그리고 시장규모가 커지면 자연히 민간기업들이 활약하게 될 것이다. 위성 분야의 경우는 이미 민간 주도로 전환을 시작했고, 발사체도 누리호 성공 이후 차근차근 기술이전이 이뤄질 전망이다. 현재 한화그룹이 우주 분야 참여를 공식적으로 선언한 데 이어, 항공우주산업(KAI)과 현대로템 등의 대기업도 참여 의사를 밝혔다. 우주와 관련된 젊은 스타트업들도 계속 생겨나고 있다. 우리나라에서도 민간이 우주개발을 주도할 날이 머지않았다.

우주 분야는 모든 공학의 결합체다. 실제로 KARI 연구원 중에는 항공우주뿐 아니라 전자, 통신, 제어, 기계, 재료, 산업공학 등 다양한 분야 전공자가 존재한다. 우리나라가 우주 선진국이 되기 위해서는 다방면의 뛰어난 인재들이 우주 분야에 관심을 기울여야 한다. 이번 누리호 프로젝트에는 필자를 비롯해 4명의 한양인이 참여하고 있다. 앞으로 더 많은 동문이 같은 목표와 꿈을 가지고 일할 날이 오길 기대한다.

우주를 두고 벌이는 세계의 각축전이 뜨겁다. 뉴 스페이스 시대의 거센 흐름과 함께, 우리는 지금 한국 우주개발 역사의 중요한 순간을 앞두고 있다. 이번 누리호 프로젝트의 성공을 함께 기원하고, 응원해주길 바란다.

Government-led support as the cornerstone for the New Space Era

Space development requires a tremendous amount of budget and time. The shortcut to becoming a space powerhouse is continuous investment and development. Lots of space-advanced countries are already opening a new era centered on private developments, not government-led projects. States led the development and civilians joined in the “old space” era, but in the New Space, civilians lead and the states support them. To promote the space industry, the New Space ways are the best way.

However, the above is the case for space-advanced countries, not for Korea. Korea still has multiple challenges and is taking the first steps to becoming a space power with the development of Nuri. Space-advanced countries already have perfect base technologies and infrastructure, as well as a big market where private companies can actively participate. However, Korea has a long way to go in terms of establishing base technologies and infrastructure. As a result, the country remains in the stage of government-led investment, research, and development. To embrace the New Space Era in Korea, developing support policies for private sectors to use the nation’s basic technologies and infrastructure efficiently is essential. This year, the government established the National Space Policy Research Center to build a think tank for space policy, expecting to prepare clear visions and policies for space development.

The size of the space industry in Korea will grow exponentially if it continues to launch satellites, advances into international satellite launch service markets, and helps other countries send off their satellites. Also, if the market size increases, private corporations will naturally become active. The transition led by private sectors has begun in the satellite field. The technology transfer of launch vehicles is expected to phase in after Nuri’s launch. At present, large companies, including the Korea Aerospace Industries (KAI) and Hyundai Rotem, announced their plans to participate in the industry, following Hanwha Group. Various startups are also emerging in the field. Soon after, private sectors will lead the space development in Korea as well.

The space field is a combination of all engineering sectors. The researchers at KARI are comprised of experts from many fields, such as electronics, communication, control, machinery, materials, and industrial engineering, as well as aerospace. For Korea to become a space-advanced country, efforts of excellent talents from various fields are needed. Four Hanyangians, including me, are participating in the Nuri project. I hope that more alumni will work together, sharing the same dream and goal.

The countries in the world are staging cut-throat competitions over space. With the strong trend of the New Space, a historic moment in Korea’s space development is about to come. I hope you wish for the success of the Nuri project.

나로우주센터 소속 이철형 박사는?

한국항공우주연구원 나로우주센터 운영관리실에 근무 중인 이철형 박사는 우주센터 운영과 관련된 기술지원 파트를 맡고 있다. 우주센터 사업기획/예산업무(Project Management)와 나로호 및 누리호 발사 운영(Launch Operation) 관리가 주 업무다. 나로우주센터 체계관리그룹장, 체계관리실장, 나로우주센터장을 역임했으며 한양대학교 금속공학과(현 신소재공학부)에서 박사학위를 취득했다.

Who is Dr. Lee Chul-hyoung from the Naro Space Center?

Dr. Lee Chul-hyoung, currently working in the operation management office of Naro Space Center, KARI, is in charge of the technology support sector related to the center operation. The project management and launch operation of Naro and Nuri are his principal duties. He led the system management group, system management office, and Naro Space Center. He earned a doctorate from Hanyang University’s Department of Metal Engineering (now School of Materials Science and Engineering).