한국, 세계 첫 ‘초소형 위성용 영상레이더’ 개발 나서

연세대-한화시스템 공동 연구… 야간-악천후에도 물체 식별

미국 위성개발 스타트업 카펠라 스페이스가 개발 중인 초소형 합성개구레이더(SAR) 위성의 상상도. 사진 출처 카펠라 스페이스

연세대와 한화시스템이 초소형 위성용 합성개구레이더(SAR) 세계 첫 개발에 나선다. 갈수록 쓰임새가 많아지고 있는 초소형 위성 시장에서 차별화를 통해 경쟁력을 갖춘다는 전략이다.

연세대와 한화시스템은 지난달 23일 초소형 위성사업 분야 교류협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다. 현재 상업용 1t급 이상 위성에만 탑재되는 SAR 기술을 초소형 위성에도 탑재하기 위한 기술 개발이 핵심이다. 올해 1월 초부터 공동 연구를 시작했다.

SAR는 전파가 물체에 반사돼 되돌아오는 신호를 다시 영상으로 만드는 기술이다. 야간에도 물체를 식별할 수 있으며 구름이 끼어도 방해를 받지 않는다. 국가 안보, 재난이나 환경 감시 등 다양한 분야에 쓰인다. ‘초소형 위성센터’를 보유한 연세대와 국방부의 군사용 정찰위성 개발 사업인 ‘425 사업’에서 SAR 위성과 전자광학 및 적외선(EO/IR) 위성 탑재체 개발을 맡은 한화시스템이 노하우를 공유해 초소형 위성시장에 뛰어드는 것이다.

지금까지 SAR가 탑재된 위성은 안테나를 최대 10m까지 전개하는 중량 1t급 이상 상용 위성이다. 안테나의 크기가 SAR의 성능과 연결되기 때문에 초소형 위성에 적용하기가 어려웠다. 세계 다섯 번째 SAR 위성 보유국인 한국의 SAR 위성 ‘아리랑 5호’는 9.1m 길이 안테나에 1.3t 무게다.

연구팀은 안테나의 길이를 줄이는 동시에 SAR의 성능을 유지하는 연구를 하고 있다. SAR를 탑재한 위성의 무게를 100kg대로 줄이는 게 목표다. SAR 장치를 실을 위성체 개발, 초소형 광학위성과 SAR 위성을 연계한 위성군 운용 기술, 영상의 해상도를 높이고 물체의 판독을 돕는 인공지능(AI) 기술도 함께 연구된다.

박상영 연세대 초소형위성센터장은 “초소형 위성이 고성능 대형 위성의 공백을 메우는 역할을 할 것”이라고 말했다. 예를 들어 4개의 SAR 위성과 1개의 EO 위성이 지구 궤도를 돌며 한반도 주변부를 2시간 반마다 정찰하는 게 425 사업의 목표인데, 중간에 초소형 위성을 띄우면 30분마다 한반도 주변을 정찰하며 공백을 줄일 수 있다는 것이다. 정부도 2018년부터 시작한 제3차 우주개발진흥기본계획에는 초소형 위성을 개발해 정찰이나 재난 감시에 드는 대응 시간을 단축하겠다는 목표를 세웠다.

초소형 위성은 무게 100kg 이하의 위성이다. 최근에는 이보다 무게를 더 줄인 10kg 이하의 초소형 위성을 활용한 다양한 서비스도 나오고 있다. 초소형 위성은 개발비용이 적게 들지만 기존 위성이 하는 역할을 그대로 할 수 있는 게 장점이다. 그 대신 고성능 대형 위성에 비해 성능은 떨어진다. 제작부터 발사까지 수천억 원이 드는 대형 위성과 달리 초소형 위성의 제작비는 수억 원대에, 발사비는 kg당 1억 원으로 저렴하다.

초소형 위성은 관측 위성뿐 아니라 과학 임무에도 활용된다. 실패 확률이 높은 과학 실험이나 심우주 탐사에 초소형 위성을 활용해 우주 연구에 드는 비용을 줄인다. 구매자들이 목적에 따라 1t 이상의 고성능 위성 1대 혹은 100kg 이하 위성 수십 대를 선택할 수 있게 되면서 세계 위성시장 규모도 커지고 있다. 시장분석 전문기관 ‘마켓 앤드 마켓’은 전 세계 초소형 위성시장이 2017년 12억 달러 규모에서 2022년까지 3배 가까운 35억 달러 규모로 성장할 것이라고 예측했다.

한국의 초소형 위성 개발은 이제 시작 단계다. 유럽의 위성 데이터베이스 ‘나노샛’에 따르면 지금까지 전 세계에서 발사된 1116대의 초소형 위성 중 한국이 발사한 초소형 위성은 17대에 불과하다. 이번 연구도 상용화가 가능한 위성을 당장 내놓는 것은 아니다. 박 교수는 “현재는 기초연구 단계지만 5년 후에는 국산 기술로 개발된 초소형 위성이 하늘에서 지상을 관측할 것으로 기대한다”고 말했다.

조승한 동아사이언스 기자 shinjsh@donga.com