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[IT뉴스]K우주산업 성패 가를 ‘재사용발사체’ 전략…‘실증 로켓’ 없이 괜찮나?[이창진의 우주로 읽는 과학]

온카뱅크관리자

2026-09-28 21:47:25

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 일러스트 | 김상민 기자 yellow@kyunghyang.com
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 ‘재사용발사체’ 성공하려면
 내달 7일 ‘누리호’ 5차 발사 예정 
 역대 최다 위성 15기 싣고 우주로 
 ‘K발사체’ 주력으로 자리잡았지만 
 일회용 한계…‘재사용’ 개발 시급 
 올해부터 ‘KSLV-Ⅲ’ 계획 추진 
 달·화성까지 역량 확대 핵심 과제 
 하지만 실증·상용화 설계는 미흡 
 착륙부터 점검·정비·재비행까지 
 반복 검증 필요…본체 실험 위험 
 미·일 ‘실증기’ 운용 이유 살펴야
 </blockquote>
 다음달 7일 누리호의 다섯 번째 발사가 예정돼 있다. 이번 발사에는 역대 최다인 15기의 위성이 탑재된다. 이는 누리호가 한국의 주력 발사체로 자리 잡고 있음을 보여준다.
 특히 이번 발사에는 일정 간격을 두고 비행하면서 동일한 임무를 수행하는, 하나의 세트처럼 구성된 소형위성 5기가 포함돼 있다. 국내 위성 기술이 ‘군집위성’ 체계로 전환하는 중요한 계기를 누리호 5차 발사가 만들 것으로 전망된다.
 그러나 이러한 성과에도 불구하고 누리호의 수송 능력은 대형 위성 발사나 달·화성을 목표로 한 우주탐사 임무를 지원하는 데 분명 한계가 있다. 따라서 누리호를 넘어서는 수송 능력과 운용 효율성을 갖춘 차세대 우주수송 체계의 확보가 필요하다.
 이에 정부는 메탄 기반의 ‘재사용발사체(RLV, Reusable Launch Vehicle)’ 체계를 차세대발사체(KSLV-Ⅲ)의 기본 뼈대로 확정했다. KSLV-Ⅲ는 80t급 메탄 엔진 9기를 사용하는 1단과 80t급 메탄 엔진 1기를 사용하는 2단으로 이뤄진다.
 태양 동기 궤도에서는 7t 이상, 달 전이 궤도에서는 1.8t 이상을 수송할 수 있는 중대형 우주발사체다. 선진국의 대형 발사체에 비하면 다소 부족하지만, 한국이 독자적으로 달과 심우주 탐사를 수행하는 데 필요한 우주수송 역량을 확보한다는 전략적인 의미를 지닌다.
 여기서 RLV 체계 개발이란 단순히 재사용 엔진 확보만을 의미하지 않는다. 우선 발사체 플랫폼 확보가 필요하며 핵심 기술 개발, 비행 실증, 회수 및 재비행 검증 등 여러 단계의 기술 개발과 실증 과정을 거쳐야 비로소 발사체 체계가 완성된다. 이번에 확정된 KSLV-Ⅲ 사업은 재사용을 목표로 한 1단 로켓을 포함하는 발사체 플랫폼을 2032년까지 구축하는 내용으로 구성돼 있다.
 RLV용 플랫폼이 확보돼도 반복적인 발사를 통해 1단 발사체의 착륙, 회수, 점검 및 정비, 재발사에 이르는 전 주기 운용 능력을 확인하는 과정을 거쳐야 한다. 이러한 실증으로 재사용 성능이 확인되면, 최종적으로 재사용 발사의 신뢰성을 확보한 뒤 상용 발사 서비스로 이어진다.
 그러나 재사용성 실증과 상용화 단계의 구체적인 개발 일정과 예산, 사업 기간을 포함한 개발 계획은 아직 마련되지 않았다.
 기술적으로 RLV는 반복적인 발사를 견딜 수 있는 구조적 강도와 내구성이 필요하다. 이 때문에 소모성 발사체의 구조비(발사체 전체 중량에서 추진제를 제외한 순수 동체 무게가 차지하는 비율)가 7~10% 수준인 반면, RLV는 10~15% 수준으로 높아진다.
 이 때문에 초기 개발 비용이 증가하고 할당 가능한 추진제량은 감소해 탑재 중량이 적어지는 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 고빈도의 반복 사용을 통한 운용 가격 절감이 비용 증가와 성능 감소를 상쇄할 수 있어 주요국들은 재사용 발사체 개발에 집중하고 있다.
 한편 RLV 1단은 분리 이후 무중력 환경에서 자세를 전환하고 엔진을 여러 차례 재점화하며 착륙하는 과정을 거친다. 이때 무중력 환경에서는 추진제가 탱크 내부에 고르게 분포하지 않기 때문에 적절한 방법으로 추진제를 관리해 재점화를 안정적으로 확보하는 기술은 필수적이다. 이런 기술은 지상 시험만으로 검증이 어려워 반드시 실제 무중력 환경에서 실증 시험을 거쳐야 한다.
 1단을 착륙시켜 안전하게 회수해도 비행이 가능한 상태로 복원하는 고장 수리 및 정비 기술은 RLV에서만 요구되는 또 다른 핵심 지점이다. 소모성 발사체는 한 번만 발사하므로 부품의 내구성이나 수명 예측, 정비성이 설계의 중요한 요구 조건은 아니다. 반면 RLV는 설계 단계에서 이런 요소들을 필수적으로 고려해야 신속한 정비를 거쳐 재발사할 수 있다.
 그러나 회수와 정비를 포함한 재사용 기술은 상당수 우주 선진국들도 충분한 경험이나 자료가 없는 상황이다. 이런 까닭에 유럽과 일본 등은 RLV 체계를 개발하는 본 사업에 앞서 ‘실증기(demonstrator)’를 만들어 발사와 회수 및 고장 진단, 재정비에 대한 시험과 확인을 수행하고 있다.
 이런 가운데 미국은 우주왕복선을 장기간 운용하면서 얻은 부품의 내구성, 고장 예방 및 정비성 등과 관련해 많은 데이터를 축적하고 있다. 팰컨9과 같은 RLV 개발을 민간이 주도하는 과정에서 이런 데이터가 기술적인 기반이 된 것으로 알려져 있다. 그럼에도 스페이스X는 팰컨9의 개발에 앞서 ‘그래스 호퍼’라는 실증기를 통해 기술 검증과 비행 자료를 확보했다.
 이런 상황을 고려할 때 RLV 운용 경험이 전무한 한국이 실증기 활용 없이 핵심 기술을 검증하거나 재사용 운용 데이터를 축적하는 것은 상당히 어려운 일이라는 판단이 가능하다. 소규모의 메탄 추진계 기술이 적용된 실증기를 확보해 반복적인 비행 시험과 재사용 기술을 검증한다면 성공적인 RLV 체계 개발을 위한 실질적인 방안이 될 수 있다.
 그러나 현재 KSLV-Ⅲ 개발 계획에는 수직이착륙 시험 계획은 있지만, 내구성 및 정비 등의 재사용성 기술을 검증할 수 있는 실증기 확보 방안은 제시된 바가 없다. 재사용 체계 확보를 위한 선제적인 비행 실증 프로그램을 조속히 마련할 필요가 있는 것이다.
 만일 실증기 활용 계획이 없다면 2032년 이후에는 실제 제작된 KSLV-Ⅲ 플랫폼으로 재사용성을 검증하는 위험을 부담해야 한다.
 한편 최근 우주청이 발주한 수요 기반 민간주도 RLV 체계 개발 가능성에 관한 연구 결과에 의하면, 국내 민간기업이 독자적으로 RLV 체계를 개발하는 것은 기술적·경제적 측면에서 상당한 위험이 있는 것으로 분석됐다. 특히 RLV 체계의 재사용 기술과 관련된 운용 경험의 부족은 민간 주도의 RLV 개발에서 가장 위험한 요소로 평가됐다.
 그럼에도 국방 분야에서는 RLV 소형 체계를 목표로 2030년까지 민간이 주도하는 35t급 재사용 메탄 엔진의 핵심 기술을 개발하고 있다. 그러나 RLV 체계 개발로 이어지려면 발사를 넘어 회수 이후 점검, 정비와 재비행까지 포함하는 반복 운용 체계의 검증이 필요하다는 점을 상기할 필요가 있다. 실증 과정을 통한 재사용 기술의 확보가 보장되지 못하면 RLV 체계로 연계하기까지 상당한 어려움이 예상된다.
 현재 진행 중인 KSLV-Ⅲ 사업도 메탄 엔진의 개발을 포함하고 있는 만큼 중복 방지를 위한 두 사업 간의 기술적 연계와 역할 분담이 필요해 보인다.
 만일 35t급 메탄 엔진의 저추력 파생형을 재사용형 KSLV-Ⅲ의 실증기로 연계한다면 두 사업 간의 중복성을 해소하고 실증기 개발의 재정적 부담도 줄일 수 있다. 또한 민간이 RLV 체계 개발을 하려는 경우에는 실증기를 통해 얻은 재사용 기술을 공동 제공할 수 있어 개발 실패의 위험도 상당히 줄일 수 있다.
 이와 관련해 일본의 RLV 체계 개발 정책은 많은 시사점을 준다. 일본은 소모성 발사체임에도 높은 기술 수준을 갖춘 ‘H3’ 발사체를 보유하고 있다. 그러나 세계적인 RLV 확장 추세와 발사 비용 저감을 위해 H3 이후의 우주수송 체계에 적용하기 위한 1단 재사용 핵심 기술을 개발하고 있다.
 특히 유럽과 공동으로 실증기 운영을 통한 재사용 관련 기술을 확보하고 이를 민간과 공유하는 정책을 추진하고 있다. RLV 체계의 민간 개발을 지원하고 있다는 뜻이다.
 한편 우주활동의 영역이 지구궤도를 넘어 달 탐사와 기지 건설, 나아가 시스루나(지구와 달 사이 우주)로 확대되면 우주수송 수요도 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 특히 다수 위성을 서로 다른 궤도에 배치하고, 달과 시스루나 공간으로 화물을 반복적으로 수송해야 할 필요성도 커질 것이다. 그러나 개별 임무마다 발사체로 직접 수송하는 방식은 비용과 운용 효율성 측면에서 상당한 한계가 있다.
 이런 관점에서 RLV와 ‘궤도수송선(OTV)’을 연계한 새로운 우주수송 체계의 구축은 점증하는 수요에 효율적으로 대응하는 새로운 방안이 된다.
 즉 RLV가 특정 궤도까지 반복적인 대량 수송을 담당하고, OTV가 각각의 최종 목적지까지 화물을 운송하는 우주물류 체계 구축이 필요하다. 이는 대형 화물차가 물류 거점 사이의 운송을 담당하고, 소형 화물차가 최종 목적지까지의 배송을 담당하는 지상의 물류 체계와 유사하다.
 이런 관점에서 본다면 RLV를 중심으로 새로운 우주 수송망을 구축하는 것은 미래 우주경제 시대의 지구 밖 운송 역량을 강화하는 중요한 전략이 된다. 결국 RLV 체계 활용의 의미는 단순한 발사 비용 절감이 아니라 미래 우주 물류체계의 기반으로 이어지는 전략적 가치에서 찾을 수 있다.
 올해부터 재사용형 KSLV-Ⅲ 개발이 본격적으로 시작됐다. 재사용이 가능한 발사체 플랫폼의 확보가 지금 단계에서는 중요한 목표이지만, 재사용의 핵심 기술을 미리 검증할 수 있는 실증 체계 준비도 매우 시급한 과제임을 인식해야 한다.
 재사용 발사체의 경쟁력은 단순히 발사체 회수만이 아니라 반복적인 운용을 통한 재사용성의 확보에 달려 있기 때문이다. 아울러 궤도수송선(OTV) 등과 연계한 우주 운송 체계는 궤도 간 이동을 포함하는 다양한 임무에 활용할 수 있는 만큼 관련 핵심 기술과 체계 구축을 위한 전략도 선제적으로 마련할 필요가 있다.
 이런 기술은 향후 한국의 우주수송 역량과 달과 화성까지의 임무 범위 확대를 좌우할 핵심 기반이 된다는 점을 고려해야 할 것이다.
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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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