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[IT뉴스]<알아서 잘 딱 깔끔하고 센스있게> ‘알잘딱깔센’ 자율운항 군집위성 그게 우주 모빌리티[이창진의 우주로 읽는 과학]

온카뱅크관리자

2026-10-26 20:57:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 다가오는 ‘우주 모빌리티’ 시대 한국의 전략은 
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 일러스트 | 김상민 기자 yellow@kyunghyang.com
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 군집 운영 위성 늘수록 지상서 처리해야 하는 자료 총량 기하급수적으로 증가 
 스스로 필요한 정보 추리고 위성끼리 소통·역할 분담·임무 수행하는 기술 중요해져 
 우주 공간을 자유롭게 이동하고, 능동적으로 활용할 수 있도록 개발해야
 </blockquote>
 1957년 소련이 발사한 인류 최초의 인공위성 ‘스푸트니크 1호’는 본격적인 우주 시대를 여는 역사적 전환점이었다. 이후 냉전을 거치면서 발사체와 위성은 국가 안보를 위한 중요한 전략적 자산이 됐고, 관련 기술도 빠르게 발전했다.
 2010년대 이후 첨단 소형위성의 등장과 재사용 발사체를 이용한 상업적 발사 서비스의 확산은 우주에 대한 접근성을 크게 높였다. 이에 따라 우주개발은 민간이 주도하는 사업 영역으로 확장됐다. 우주는 다양한 신기술과 새로운 서비스를 제공하는 혁신의 장으로 변화하고 있다.
 그 가운데 다수의 위성이 팀을 이뤄 동일한 임무를 수행하는 ‘군집위성’의 등장은 우주 활용의 새로운 지평을 열고 있다. 위성은 저궤도 우주에서 넓은 지역을 반복적으로 관측할 수 있는 ‘광역성’이라는 장점을 지니는데, 단일 위성을 운용하면 동일 지역을 다시 관측하기까지 걸리는 시간, 즉 재방문 주기가 길어진다. 연속적인 관측에 한계가 생긴다.
 이에 비해 위성을 여러 기 운용하는 군집위성은 재방문 주기를 크게 단축할 수 있다. 위성 수와 궤도면을 확대하면 지구에 대한 관측 빈도를 더 높일 수 있어 실시간에 가까운 관측이 가능해진다.
 그러나 이러한 장점에도 불구하고 군집위성을 안정적으로 운용하려면 여러 가지 기술적 난제를 해결해야 한다. 우선 궤도 배치를 효율적으로 하기 위해 여러 위성을 함께 발사해야 한다. 동시에 경제적인 발사도 이뤄져야 한다. 고장 등의 이유로 임무 수행이 어려워진 위성을 적시에 대체할 수 있는 빠르고 유연한 우주 접근 능력도 필요하다.
 또 다른 기술적 과제는 위성이 획득한 데이터를 신속하게 원하는 정보로 변환하는 능력이다. 군집으로 운영되는 위성 수가 증가할수록, 또 데이터 정밀도가 높을수록 처리해야 하는 자료 총량은 기하급수적으로 증가한다.
 이때 기존처럼 모든 자료를 지상으로 내려보내 처리하는 방식은 분명한 기술적 한계를 가진다. 위성 자체에서 데이터를 먼저 들여다보고 필요한 정보로 변환할 수 있는 ‘온보드 데이터 처리’ 기술과 인공지능(AI) 기반 에지 컴퓨팅 기술의 중요성이 점점 커지는 이유다.
 고려할 점은 또 있다. 군집으로 운영되는 모든 위성을 지구에서 관제하는 것은 지상국의 부담을 증가시켜 효율적인 운영을 어렵게 한다. 군집위성 수가 증가할수록 임무가 주어지면 위성들이 상호 통신해 자율적인 판단을 내리고, 이에 기반해 역할 분담과 임무 수행을 하는 일이 가능해져야 한다. 미국 항공우주국(NASA)은 이와 관련된 몇 가지 핵심 기술을 제시하고 있다. 위성 간 통신 기술과 위성의 상대적인 위치·속도를 지속적으로 파악하고 조절하는 자율운항 기술이다.
 군집위성 체계가 고도화할수록 외부 환경이나 임무 조건의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 자율운용 능력이 특히 요구된다. 이는 각 위성이 서로 정보를 교환하고, 상황에 따라 임무를 자율적으로 재분담하는 분산 자율운용 기술을 의미한다. 
 이러한 기술은 지상에서 수립한 계획과 명령에 의존하던 기존의 위성 운용 방식에서 벗어나 위성들이 상호 협력해 상황 변화에 능동적으로 대응한다는 점에서 완전히 새로운 개념이다. 최근 NASA는 ‘스타링(Starling) 임무’를 통해 지상의 직접적인 개입 없이 여러 위성이 관측 대상을 선정하고 임무를 분담하는 완전 분산 자율운용 기술을 최초로 실증했다.
 이와 관련해 새롭게 나타나고 있는 위성 운용 개념에 주목할 필요가 있다. 기본적으로 위성은 필요 속도를 유지하는 한 지구로 낙하하지 않고 목표 궤도를 따라 비행한다. 기존 궤도에서 다른 궤도로 이동하려면 속도나 방향을 바꾸는 기동이 필요하다. 이러한 기동은 위성에 실린 추진제를 사용한다. 위성의 운용 수명을 제약하는 요인이다.
 만일 우주에서 추진제를 보급할 수 있다면 위성의 궤도 변경이나 재배치가 가능해진다. 운용 수명 연장도 할 수 있다. 또한 궤도 간 수송을 담당하는 우주 수송체와 결합하면 위성이나 화물을 원하는 목표 궤도로 반복적으로 보낼 수 있다.
 이러한 기술은 기존의 발사체 중심 우주 수송에서 벗어나 우주 공간 내 이동과 운용을 포괄하는 새로운 우주 수송 체계로 이어질 수 있기 때문에 넓은 의미에서 ‘우주 모빌리티’(Space Mobility)로 정의할 수 있다.
 전통적인 우주개발에서 발사체와 위성은 각각 우주를 향한 접근과 우주 공간의 활용이라는 역할을 담당해왔다. 그러나 우주 모빌리티 관점에서는 발사체가 위성을 목표 궤도까지 직접 투입하거나 위성 추진만으로 목표 궤도에 도달해야 하는 제약을 완화할 수 있다.
 미국 우주군은 공식 교리에서 ‘우주 모빌리티와 물류’를 작전의 주요 역량으로 다루고 있다. 이는 우주로의 접근뿐 아니라 우주 공간에서의 이동과 재배치, 궤도상 도킹 및 물류 지원 등을 포괄하는 개념이다. 임무에 따라 발사체와 위성, 궤도 수송체를 연계하고 추진제 재급유를 통해 우주비행체의 궤도 변경과 재배치를 지원함으로써 더 유연하고 지속 가능한 우주 운용 체계를 구현할 수 있을 것이다.
 우주 모빌리티는 자동차가 첨단 기술과 결합하면서 자율운행 능력을 갖춘, 지상 모빌리티로 진화한 것과 유사한 개념이다. 위성의 자율적 판단 능력과 고도화된 통신 역량, 궤도 기동 능력이 결합하면서 임무 수행과 운용의 유연성을 높일 수 있다. 다만 우주 모빌리티를 실현하려면 궤도 역학과 우주 환경에 따른 고유한 기술적 제약을 극복해야 한다. 특히 정밀한 궤도 기동, 자율 항법 및 랑데부와 도킹, 그리고 재급유를 위한 추진제 저장 등은 새로운 핵심 기술 과제로 부각되고 있다.
 최근 NASA는 ‘LOXSAT 프로젝트’를 통해 우주 공간에서 액체산소의 장기 저장과 이송 등을 포함한 극저온 추진제 관리의 실증을 추진하고 있다. 이러한 기술은 우주 공간에서 추진제 보급을 가능하게 한다.
 미국과 유럽 등은 재급유에 의한 우주 모빌리티 역량을 확대하고 있으며, 이를 활용한 우주에서의 정비·조립·제조(ISAM), 궤도상 서비스(In-Orbit Servicing), 궤도 간 수송(In-Space Transportation) 등의 기술 개발과 실증을 추진하고 있다.
 우주 모빌리티 기술의 발전은 위성의 수명 연장과 우주쓰레기 발생 저감에 기여할 뿐 아니라, 기존 우주쓰레기의 능동적 제거도 가능하게 해 우주 활동의 지속 가능성을 높일 수 있다.
 특히 우주산업이 발사체와 위성 중심의 개발 체계에서 새로운 우주 물류 체계에 기반한 산업 생태계로 확대되는 상황에서, 우주 모빌리티는 새로운 산업적 기회를 제공하는 기반 기술이 될 수 있다. 최근 세계경제포럼(WEF) 보고서는 이를 반영해 세계 우주 경제 규모가 2035년 1조8000억달러(약 2380조원)에 이를 것으로 전망했다.
 현재 한국은 발사체 및 위성 본체와 센서 등 탑재체를 중심으로 핵심 기술의 자립화와 우주 체계의 고도화에 많은 노력을 기울이고 있다. 차세대 발사체는 메탄 기반의 재사용 발사체로 개발 방향을 전환했으며, 2029년 달 통신 궤도선 임무를 위한 궤도수송선(OTV) 개발이 추진 중이다. 최근에는 초소형 군집위성의 성공적인 발사와 한국형 위성항법시스템(KPS) 및 저궤도 위성통신 기술 개발 등 다양한 체계 개발 사업도 진행되고 있다.
 그러나 이런 개별 사업을 유기적으로 연계해 시너지 효과를 기대할 수 있도록 우주 모빌리티의 관점에서 전략을 더 구체화할 필요가 있다.
 예를 들어 차세대 발사체는 달 착륙선 발사와 재사용 기술을 확보하기 위해 개발되고 있으나 지속적인 발사 수요 확보와 미래 우주 수송 체계로 연계하는 전략이 필요하다. 달 통신 궤도선에 적용 예정인 궤도수송선(OTV)도 향후 반복적인 활용과 우주 모빌리티로 확장하기 위한 기술 개발 로드맵이 필요하다.
 달 탐사 계획이 수립된 지 10여년이 지났지만 반복적이고 지속적인 달 탐사를 뒷받침할 우주 수송 인프라는 여전히 중요한 과제로 남아 있다. 특히 새로운 산업 영역으로 주목받고 있는 궤도 경제와 ‘지구-달 공간 경제’(Cislunar Economy)의 발전을 고려할 때, 새 우주 수송 체계의 확보는 더욱 중요해지고 있다. 최근 관심이 높아지고 있는 우주 데이터센터 역시 핵심 기술 개발과 우주 환경 실증뿐 아니라 운용과 유지·보수 등의 관점에서 우주 모빌리티와 연계 가능성을 검토할 필요가 있다.
 그러나 우주 모빌리티의 핵심 기술은 난도가 높고 개발 위험이 크다. 상당한 연구·개발(R&amp;D) 투자도 필요하다. 이에 주요 선진국들은 정부의 전략적 지원을 바탕으로 민간기업과 함께 기술의 개발과 실증을 추진하고 있다. 선진국에 비해 우주개발 역사가 그리 길지 않아 관련 기술과 운용 경험이 제한적인 한국은 지금 우주 모빌리티를 향한 전환이라는 새로운 도전에 직면해 있다.
 최근 우주항공청은 발사 역량 강화와 관련 인프라 확충 등을 주요 내용으로 하는 ‘우주고속도로 건설’ 구상을 제시한 바 있다. 발사체와 위성, 우주탐사 등 여러 분야별로 추진 중인 사업을 이제는 미래 우주 수송 체계라는 통합적 관점에서 유기적으로 연계하고, 이를 뒷받침할 기술 개발도 병행해야 한다. 나아가 우주 모빌리티 실현을 위한 국가 차원의 전략도 구체화해야 할 것이다.
 우주 모빌리티의 핵심은 우주에 대한 독자적인 접근 능력, 지구 밖에서 원활히 기동할 능력을 확보해 우주 활동의 자율성과 유연성을 높이는 데 있다. 지금까지 우주개발이 우주에 접근하는 능력에 집중했다면 우주 공간을 자유롭게 이동하고 능동적으로 활용할 능력까지 더해진 우주 모빌리티의 확보는 미래 우주 경쟁력의 핵심 요소가 될 수 있음을 상기할 필요가 있다. 
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 ▲필자 이창진
 
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 1959년 인천에서 태어났다. 서울대 항공우주공학과에서 학사·석사를 마친 후 미국 일리노이주립대(UIUC)에서 박사 학위를 받았다. 건국대 교수로 재직하다 2023년 정년 퇴임한 뒤 명예교수직을 맡고 있다. 한국연구재단 우주단장으로 근무하며 KSLV-Ⅱ 한국형 우주발사체(누리호) 및 천리안 2호 정지궤도위성 개발 청사진을 마련했고, 한국형 달 탐사 연구와 제3차 우주개발진흥기본계획, 차세대 소형위성 개발 연구 등 국가 우주개발 사업의 기획을 주도했다. 현재 한국우주기술진흥협회 전문위원으로도 활동 중이다.
 </blockquote>
 이창진 건국대 명예교수
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