[S스페셜 - 우주 이야기] (22) ‘작은 거인’ 초소형 인공위성 뜬다

가로와 세로 각각 10㎝, 무게 1.33㎏ 이하. 초소형 인공위성은 손 안에서 꼼지락꼼지락 갖고 놀던 장난감인 큐브처럼 생겼다. 그럼에도 그 작은 몸체에 인공위성으로 갖춰야 할 기능과 부품을 다 갖추고 있는 데다 할 수 있는 일도 아주 많은 ‘작은 거인’이다. 공간을 많이 차지하지 않으니 적은 비용으로도 우주 발사체에 실을 수 있다는 게 더없이 큰 장점이다. 전문 과학자뿐만 아니라 맘만 먹으면 솜씨 좋은 일반인도 쏘아 올릴 수 있어 더욱 각광받는 우주 개척자가 바로 초소형 인공위성이다.
◆손 안의 작은 우주, 초소형 인공위성
인공위성은 우주를 떠다니는 단순한 기계장치가 아니다. 발사 당시 생기는 엄청난 진동과 충격을 견뎌내야 하고, 본궤도에 올라서도 섭씨 영상 120도와 영하 180도 사이를 오르내리는 혹독한 온도차와 우주선(cosmic ray)이 쏟아지는 혹독한 환경에서 버티며 임무를 수행할 수 있어야 한다.
흔히 인공위성이라면 당연히 큰 덩치를 떠올린다. 한국항공우주연구원이 2010년 발사한 우리나라 최초의 정지궤도 위성 ‘천리안’은 가로와 세로 각각 3m에 무게는 2.5t 가량이다. 통신과 해양 관측, 기상 위성의 역할을 함께하는 다목적 위성이기에 탑재체가 많고 클 수밖에 없다.

이제 과학기술의 발전으로 더 작고 가벼운 부품을 제작할 수 있게 돼 다양한 크기의 소형 인공위성이 탄생했다. 초소형 인공위성의 시초는 1999년 미국 스탠퍼드대와 캘리포니아 공과대 연구진이 학생들의 위성 개발 실습을 위해 만든 길쭉한 상자 모양의 ‘큐브샛’(CubeSat)이다.
◆교육에서 달 탐사까지…할 일 많은 일꾼
교육용으로 치부됐던 초기와 다르게 초소형 인공위성은 요즘 과학 임무를 수행하는 용도로 더 주목받고 있다. 2000년대 초부터 미국과 일본, 유럽연합(EU) 등 우주개발 선진국들이 초소형 인공위성을 적극 연구하면서 우주입자 검출과 생물실험, 중대형 위성 기술의 사전검증부터 달 탐사에 활용할 수 있을 만큼 발전했다.

지구 궤도를 돌고 있는 초소형 인공위성 '도브'(dove). 삼림파괴를 추적하기 위한 사진 촬영이 임무다. 출처=미국항공우주국(NASA)

최근 미국항공우주국(NASA·나사)는 내년 차세대 우주 발사시스템에 싣을 13개의 초소형 인공위성 중 7개의 임무를 공개했다. 달 궤도를 따라 돌면서 달의 얼음과 자원을 탐사하고 ,우주 방사선과 심우주에 대한 다양한 정보를 수집하는 게 주요임무이다.

인도의 나사 격인 인도우주개발기구(ISRO)는 지난 16일 로켓 하나에 무려 104기의 초소형 인공위성을 실어 우주로 보냈다. 이전까지 한 로켓에 가장 많은 위성을 탑재한 기록은 2014년 러시아가 갖고 있던 37기. 이번에 인도가 쏘아 올린 초소형 인공위성은 미국과 이스라엘, 카자흐스탄, 네덜란드, 스위스 등 해외 각국에서 수주한 과학 탐사용이 대부분이다.

이렇게 다량의 초소형 인공위성을 함께 우주로 올리는 움직임은 저비용과 무관치 않다. 개발에서 발사까지 소요되는 비용이 줄잡아 대형 위성의 0.1% 정도인 1억~2억원밖에 들지 않고, 제작기간 역시 1~2년이면 충분하다.

국제우주정거장(ISS)에서 뿌려지는 초소형 인공위성의 개념도.

◆초소형 인공위성 시대…한국형 독자 모델도 개발 스타트

저비용, 고효율의 경제성은 초소형 인공위성을 자체 제작해 발사하려는 민간기업과 일반인 커뮤니티를 빠르게 넓히고 있다. 정보기술(IT) 기업 구글은 향후 180기의 초소형 인공위성을 쏘아 올려 구글맵에 활용할 예정이다. 테슬라와 스페이스X의 최고경영자(CEO)인 일론 머스크도 4000기의 초소형 인공위성으로 지구 전체를 대상으로 한 광대역 인터넷망 구축의 청사진을 제시한 바 있다.

가까운 일본도 초소형 인공위성을 활용한 비즈니스 모델의 개발에 분주하다. 벤처기업 악셀스페이스는 올해 세계 최초의 초소형 상업위성을 발사하는데 이어 모두 50기의 농경지와 리조트 관리용 인공위성을 우주로 쏘아 올린다는 야심찬 계획을 갖고 있다.

일본 벤처기업의 농경지 관리용 초소형 인공위성. 출처=악셀스페이스 홈페이지

우리나라에서는 지난 2012년 경희대가 공간물리 연구용으로 개발해 발사한 초소형 인공위성 ‘시네마’가 최초이며, 현재 다양한 민간기업이 이를 통한 우주 비즈니스를 꿈꾸고 있다. 이 중에는 항우연이 2012년부터 개최하고 있는 ‘큐브위성 경연대회’에서 만난 학생들이 의기투합해 설립한 스타트업도 있다. 항우연 역시 정밀도 높은 우주탐사 임무를 수행할 초소형 인공위성의 표준 모델을 독자 개발 중이다.

한국항공우주연구원 홍보실