1500조 우주시대 잡아라…한국항공우주연구원, 우주기술개발 메카로 [D:로그인]

대전광역시 유성구 한국항공우주연구원 본부 청사. ⓒ한국항공우주연구원

최근 세계는 급변하는 물결 속에 다양한 생존법을 제시하고 있습니다. 기후변화 등 자연재해에 대응하기 위한 탄소 중립, 감염병 팬데믹을 극복하기 위한 비대면 문화 확산, 디지털 첨단 기술을 접목한 4차 산업혁명 등 저마다 시장 선점을 위해 발 빠르게 움직이고 있습니다. 우리나라 공공기관 역시 이러한 변화에 적응하기 위한 중장기 계획을 수립 중입니다.

하지만 지난해부터 시작된 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 공공기관 역점 사업에 관한 관심은 크게 줄어든 상황입니다. 데일리안이 기획한 [D:로그인]은 공공기관의 신사업을 조명하고 이를 통한 한국경제의 선순환을 끌어내고자 마련됐습니다. 네트워크에 접속하기 위해 거쳐야 하는 [로그인]처럼 공공기관이 다시 한국경제에서 활약하는 모습을 조명할 수 있기를 기대합니다. <편집자 주>

한국항공우주연구원(KARI)은 대전광역시 유성구 어은동에 위치한 과학기술정보통신부 산하 항공우주 과학기술 관련 기타공공기관 재단법인이다. 1989년 10월 설립된 이래 항공우주 과학기술 영역의 새로운 탐구, 기술 선도, 개발 및 보급을 통해 국민 경제의 건전한 발전과 국민 생활의 향상에 기여하기 위해 힘쓰고 있다.

항공산업 기술 자립화에 혼신…독자적 기술개발 기반 구축

항공 산업은 기술 집약형 산업이다. 컴퓨터, 정밀 기계, 통신전자 및 신소재 등 첨단기술이 응용되고 타 산업으로의 파급 효과가 큰 기술 선도형 산업 성격을 가진다. 항우연은 고부가가치 창출이 가능한 항공 산업 발전을 이끌어내기 위해 기술 수준 향상과 독자 기술개발 기반 구축에 주력하고 있다.

항우연은 국내 기술로 4인승 소형항공기 ‘반디호’, 헬기 기술 자립화를 위해 한국형헬기개발사업(KHP)에 적용할 민군 겸용 핵심 구성품 18종을 성공적으로 개발했다. 이로써 우리나라는 세계 11번째 헬기 개발 국가가 됐으며, 관련 기술은 군용·민수용 헬기 개발에 파생됐다.

무인기는 항공 기술과 IT 기술의 융합 시스템이라는 점에서 우리나라의 유망 분야다. 항우연은 세계 무인기 산업의 틈새를 공략할 수 있는 첨단 무인기와 항공기술과 정보통신(IT) 기술의 융합으로 미래 교통 혁신을 가져올 개인용항공기(PAV) 개발을 추진하고 있다.

특히 소형 장기체공형 무인기 ‘두루미’를 시작으로 장기체공이 가능한 LTA(Lighter Than Air) 항공기 시스템, 중형 에어로스탯 시스템을 개발했다. 또 수직이착륙과 고속비행이 모두 가능한 틸트로터 ‘스마트 무인기’를 세계 두 번째로 개발했다.

이후 스마트무인기 관련 기술을 산업체에 이전했고 함상 자동이착륙 기술, 틸트덕트 무인기, 쿼드틸트프롭 무인기 등 다양한 파생 기술을 개발해 틸트로터 무인기의 상용화와 미래형 항공기 및 차세대 비행체에 활용할 예정이다.

연구원들이 고흥항공센터에서 OPPAV 시험을 준비하고 있다. ⓒ한국항공우주연구원

전 세계적으로 도심용 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 시장 선점을 위한 전기 동력 수직이착륙(eVTOL, electric Vertical Takeoff & Landing) 개인항공기(PAV, Personal Air Vehicle) 개발 열풍이 치열하다.

개인항공기(PAV)는 지상의 교통체증 없이 신속한 이동이 가능해 차세대 미래교통혁명의 핵심으로 주목을 받고 있다.우리나라는 전기 동력 수직이착륙이 가능한 미래형 유무인 겸용 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle) 시장 선점을 위해 기술 개발에 착수했다.

산업통상자원부는 분산전기추진시스템 및 자동비행시스템 기술검증을 위한 순항속도 시속 200km/h 이상 1인승급 수직이착륙 방식의 유무인 겸용 비행시제기 및 지상통제시스템 개발 사업을 담당하며, 국토교통부는 미래형 전기 동력 수직이착륙 개인항공기의 인증기술 및 자동비행제어시스템을 개발 사업을 담당한다.

두 사업 모두 한국항공우주연구원이 주관기관으로 선정되어 사업을 주도하고 있다. 2021년 6월 OPPAV 44% 축소형 비행체의 천이비행시험에 성공했으며, 2023년 OPPAV 기술검증용 시제기의 초도비행을 목표로 연구개발을 수행하고 있다.

아리랑에서 천리안까지…인공위성 기술개발 산실

인공위성 분야에서는 저궤도에서 정밀 지구관측을 수행하는 아리랑위성을 개발해 운용하고 있다. 우리나라의 인공위성 연구개발은 국가적으로 위성 영상에 대한 공공수요를 충족시키기 위해 1994년 종합과학기술심의회에서 다목적실용위성인 아리랑위성 개발 사업을 의결하면서 시작됐다.

항우연은 1999년 다목적실용위성인 아리랑위성 1호, 2006년 국내 주도로 아리랑위성 2호, 2012년 아리랑위성 3호를 개발했으며, 2013년 아리랑위성 5호, 2015년 아리랑위성 3A호를 순차적으로 개발했다. 현재 고정밀 레이더 위성인 아리랑위성 6호와 최첨단 수준의 정밀 지구관측광학위성인 아리랑위성 7호와 아리랑위성 7A호를 개발 중이다.

정지궤도에서 기상·해양·대기환경 관측 및 통신 중계를 수행하는 천리안위성도 개발해 운용하고 있다. 국내 개발 첫 정지궤도위성이자 독자적인 기상 및 해양관측 서비스가 가능한 천리안위성 1호를 개발했다.

이어 천리안위성 1호보다 더 정밀한 기상관측이 가능한 천리안위성 2A호, 해양관측 및 세계 최초로 정지궤도에서 대기환경 관측이 가능한 천리안위성 2B호도 개발했다. 특히 2B호는 한반도 주변의 미세먼지 등 대기오염물질의 이동경로를 파악할 수 있어 미세먼지 등으로 인한 국가간 갈등과 사회적 문제 해결에 도움을 주고 있다.

소형 및 과학실험용 위성으로는 2003년 과학기술위성 1호, 2013년 나로과학위성, 과학기술위성 3호를 개발했다. 항우여은 다목적실용위성과 정지궤도위성 개발로 독자적인 위성 개발 기술을 확보하였고 국내 위성 산업화를 목표로 민간 산업체에 위성 기술 이전을 위한 500kg급 차세대중형위성 1호를 2021년 발사했다.

지금은 ‘우주시대’…누리호 4차 발사 준비 돌입

항우연은 1단형 고체추진 과학로켓(KSR-Ⅰ, 1993년), 2단형 고체추진 중형과학로켓(KSR-Ⅱ,1998), 국내 최초의 액체추진 과학로켓(KSR-Ⅲ, 2002) 개발을 통해 로켓 설계 및 제작 능력을 길러왔다. 이어 우주발사체 개발 능력 확보를 위해 러시아와의 국제협력으로 1단 액체엔진과 2단 고체엔진으로 구성된 2단형 우주발사체 나로호(2013년 발사 성공) 개발을 통해 우주발사체 기술과 경험을 확보했다.

이를 바탕으로 고도 약 600~800km의 태양동기궤도에 1.5톤급 실용위성을 발사할 수 있는 3단형의 한국형발사체(누리호)를 국내 기술로 개발했으며, 2027년까지 누리호 반복발사를 통해 누리호의 신뢰성을 제고하고 발사체 기술의 민간이전을 추진할 계획이다.

한국형발사체 누리호는 1.5톤급 실용위성을 지구 상공 600~800km 태양동기궤도에 직접 투입할 수 있는 3단형 발사체다. 사용되는 엔진은 75톤급 액체엔진과 7톤급 액체엔진으로 1단은 75톤급 엔진 4기를 클러스터링해서 구성하고, 2단에는 75톤급 엔진 1기, 3단에는 7톤급 엔진 1기가 사용됐다.

한국형발사체 누리호가 발사되고 있는 장면. ⓒ한국항공우주연구원

누리호는 설계, 제작, 시험 등 모든 과정이 국내 기술로 개발됐다. 누리호 개발사업은 1단계에서 추진기관 시험설비 구축과 7톤급 액체엔진 연소시험, 2단계 목표인 75톤급 액체엔진 개발과 시험발사체 발사에 성공했다. 시험발사체는 75톤급 액체엔진의 비행성능을 확인하기 위해 75톤급 액체엔진 1기로 구성된 1단형 발사체로 우리나라는 시험발사체 발사 성공으로 세계 7번째로 75톤급 이상의 중대형 액체로켓엔진 기술을 확보하게 됐다.

이후 75톤급 엔진 4기를 하나로 묶는 클러스터링 기술이 적용된 1단 종합연소시험을 수행했으며, 2021년 10월 누리호 1차 발사를 진행했으나 실패했다. 2차 발사는 1차 발사 8개월 뒤인 2022년 6월에 이뤄져 성공했다. 이어 11개월 후인 지난 5월 누리호는 3차 발사에도 성공했다.

누리호는 설계부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모든 과정을 우리 독자 힘으로 수행하는 첫 번째 프로젝트다. 누리호 개발의 핵심 중 하나는 추력 75톤급 액체엔진과 누리호 전체 부피의 70~80%를 차지하는 연료와 산화제를 담는 추진제 탱크 개발이다.

75톤급의 중대형 액체엔진은 나로호 개발 당시 선행연구로 진행한 30톤급 액체 엔진 기술을 바탕으로 개발을 진행해, 연소불안정 현상의 기술적 한계를 극복하고 지상 연소시험과 시험발사체 발사를 통한 비행성능 시험을 거쳐 세계 7번째로 중대형 액체엔진 개발에 성공했다.

또한 지름이 3.5m에 달하지만, 가장 얇은 부분의 두께는 2~3mm 정도에 불과해 설계와 제작에서 많은 기술적 어려움이 있었던 대형 추진제 탱크를 국내 기술로 개발했다. 나로호 개발 당시 엔진 핵심 구성품에 대한 성능을 시험할 수 있는 시험설비가 없어 해외 시험설비에 의존했었지만 현재는 나로우주센터에 엔진 핵심 구성품, 엔진 시스템, 추진기관 시스템의 성능과 신뢰성을 검증할 수 있는 추진기관 시험설비 구축을 완료했다.

항우연은 한국형발사체 누리호 4차 발사 준비를 본격화했다. 차세대중형위성 3호를 임무 궤도에 투입하는 게 목적으로 2025년에 쏘아 올릴 계획이다. 아울러 박종찬 항우연 책임연구원을 누리호 고도화사업 새 책임자로 선임했다.

중소기업 기술사업화 및 상용화 지원

항우연은 정부 정책 및 사회 요구에 대응하기 위해 국내 항공우주 중소기업에 기술정보, 장비활용, 기술사업화지원 서비스를 제공하고 있다. 먼저 기술정보 분야에서는 각 기술 분야를 안내하고, 주요보유 기술과 특허 등을 제공한다. 기술사업화 지원을 위해서는 기술상담 검토와 기술이전 업무 및 절차 안내 등을 제공한다.

장비활용 분야에서는 시험검사 장비조회, 시험검사 업무 및 절차안내, 시험검사 신청 및 조회 서비스를 제공한다. 지원사업 분야에서는 중소기업 기술사업화 및 중소기업 상용화를 비롯해 글로벌 사업화도 함께 지원한다.

그 밖에도 연구원 보유기술과 관련자료 DB화를 통한 효과적 기술자료 관리체계 구축 및 온라인을 통한 우수기술 마케팅 활성화도 추진하고 있다.

항우연은 ▲항공우주기술의 중소기업 확산을 위한 상용화 네트워크 구축 및 운영 ▲중소기업 애로기술 발굴 및 지원체계 운영을 통한 유관기업 기술경쟁력 강화 ▲중소기업 애로기술 해결 및 상용화 기술개발 지원을 위한 과제 기획 및 운영 ▲국내 항공우주 중소기업의 세계시장 진출 지원을 통한 항공우주사업 활성화 등을 통해 항공우주 중소기업 기술지원 체계 구축 및 운영을 통한 국내 유관 중소기업의 기술경쟁력 강화 및 사업 활성화를 지원하겠다고 밝혔다.