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정기간행물 등록번호 유성사00001

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제18권 제1호 2020년 7월 1일


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정기간행물 등록번호 유성사00001

제18권 제1호 2020년 7월 1일


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항공우주산업기술동향 

Current Industrial and

Technological Trends in Aerospace

제18권 제1호  

/목/차/

1. 미국항공우주국 SLS 발사체 개발 동향 …………………………………………………………

한국형발사체개발사업본부 발사체체계종합팀 

박창수

2. 대한민국 위성산업화를 위한 기술감리 수행방안 및 국외동향  ………………………………

위성연구소 위성임무보증연구담당 

한동인, 정봉구, 이창호

3. 소형위성 발사수요와 국내 우주수송산업 현황에 관한 조사  …………………………………

㈜ 트리마란 

황신희

정책연구부 

정호진

한국과학기술원 인공위성연구소 

권세진

4. 도심 항공 모빌리티 산업 동향 ……………………………………………………………………

항공연구소 스마트항공모빌리티선행연구담당 

전용민, 오경륜, 이장호, 정기훈

3

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산업·정책동향

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65

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1. 드론용 하이브리드 동력시스템 설계 특성 및 개발 동향 ………………………………………

항공연구소 항공추진연구부 

김근배

2. 무인기의 다기준 최적화 경로계획 연구동향 ………………………………………………………

항공연구소 무인기연구부 

오수훈

3. 정지궤도 자료중계위성과 광통신탑재체 동향  ……………………………………………………

위성연구소 위성기술연구부 위성기계및자세제어담당  

김정아

기술동향


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제18권 제1호  

/목/차/

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 4. 조기경보위성의 개발 동향 …………………………………………………………………………

위성연구본부 정지궤도복합위성사업단 

명환춘

 5. 정지궤도환경탑재체 개발 및 초기기능시험  ……………………………………………………

위성연구소 위성탑재체연구부 

서석배, 이일섭, 장수영, 고대호, 이승훈

 6. TCP 흐름 제어 기술 동향  …………………………………………………………………………

국가위성정보활용지원센터 위성운영부 

백현철, 손태근, 현대환, 김민아, 정대원

 7. 한국형발사체 근접 회피 기준  ……………………………………………………………………

한국형발사체개발사업본부 발사체비행성능팀 

송은정, 조상범, 선병찬

한국형발사체개발사업본부 발사체체계종합팀

 박창수

 8. 안정적인 발사임무 수행을 위한 GPS 기술 동향 ………………………………………………

나로우주센터 비행안전기술부 

남창주, 문병진, 한유수, 최용태

 9. 월면 무인 로버의 전개 방법 연구 …………………………………………………………………

미래기술연구소 우주탐사연구부 

김진원, 류동영

10. 달 지형 분석용 원시자료 및 활용 시스템 기술 동향 …………………………………………

미래기술연구소 우주탐사연구부 

장윤정, 류동영

11. 유럽 위성항법보정시스템 EGNOS 최신 기술 동향  ………………………………………………

SBAS사업부 체계종합팀 

손민혁, 이재은, 김군택, 이병석

SBAS사업부 

남기욱

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항공우주산업기술동향 
Current Industrial and
Technological Trends in Aerospace


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항공우주산업기술동향 18권 1호    

산업·정책동향


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항공우주산업기술동향 18권 1호 (2020) pp. 3~21

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에서 보실 수 있습니다.

산업·정책동향

미국항공우주국  SLS  발사체  개발  동향

박창수*

1 )

NASA’

s  Space  Launch  System  Development  Status

Park, Chang-Su*

ABSTRACT

After the retirement of the Space Shuttle, the United States could not send a person to space

from its soil for 9 years. This year using a commercial launch vehicle they have sent a crew to
the International Space Station for the first time. Why was there a break in human space
transportation capabilities? The retirement of the Space Shuttle and the cancellation of the
Constellation Program is summarized here. The development status of the succeeding Space
Launch System is described in detail. Also a brief outlook is given on the future of NASA’s
human space program.

초  록

우주왕복선 퇴역 이후 미국에서는 

9년 동안 우주로 사람을 보내지 못했다. 올해 처음으로 미

국의  상업  발사체로  사람을  국제우주정거장에  보냈다

. 왜 이런 유인 우주 수송 능력에 공백이 

발생한 것인가

? 여기서는 우주왕복선이 퇴역하게 된 원인과 Constellation 프로그램의 취소 등에 

대해 정리한다

. 그리고 현재 개발 중인 Space Launch System의 현황과 향후 미국 유인 우주 프

로그램의 방향에 대해 살펴본다

.

Key Words : Space Launch System (SLS 발사체), Artemis (아르테미스 프로그램), Constellation (콘스텔

레이션 프로그램

), Orion (오리온 유인 모듈), Launch Vehicle (발사체), Development Status

(개발 동향)

* 박창수, 한국항공우주연구원, 한국형발사체개발사업본부 발사체체계종합팀

cspark@kari.re.kr


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

1. 서 론

화성에 첫발을 내딛는 사람은 어떤 우주복과 

어떤  우주선을  타고 갈까

? 불과 10년 전만 해

도 

NASA 로고가  새겨진  우주복에  NASA 주

도의  국제협력  파트너들과  비용  분담을  통해 

이루어질  가능성이  높았다

. 천문학적  비용이 

소요되는 유인 우주 탐사는 정부 주도산업에서 

일론  머스크 

(SpaceX), 제프  베조스  (Blue

Origin)등  억만장자들의  사업영역으로  바뀌고 
있다

. 이들의  비전은 인류가  우주  및  다른  행

성에서  살아가는  것이며  이를  위해  저렴한  우

주 운송 시스템 개발이 목표이다

. 정부 주도의 

아폴로 계획과 우주왕복선 계획에 참여한 많은 

이들도 유사한 꿈을 꾸었다

.

지금은  우주  개발이  상업  영역과  만나면서 

서로의 역할이 섞이고 있다

. 미국은 이제 지구 

저궤도는  미국  내  상업  회사에게  사람과  화물 

수송을 맡기고 정부 주도 개발은 그 너머의 목

적지를  주요  임무로  보는  단계이다

. 여기서는 

NASA에서  개발 중인  유인 우주  발사체 프로
그램

(Space Launch System, SLS)이 우주왕복선

과 

Constellation 프로그램을 거쳐서 현재 어떤 

단계에  와  있는지  살펴보며 

21세기 미국 유인 

우주 프로그램의 동향을 정리하였다

.

2. 우주왕복선부터 Constellation

미국은 

2011년  아틀란티스  우주왕복선  퇴역 

이후 약 

9년간 미국 내에서 유인 우주선을 발사

하지 못했다

. 2020년  Falcon 9/Crew Dragon과 

2021년 Atlas V/CST-100, SLS/Orion을 통해 미
국 영토 내에서 다시 유인 우주선 발사가 시작

된다

. 20세기  미국  유인  우주프로그램이  정부 

주도의 달 탐사와 우주왕복선이었다면 

21세기의 

미국  유인  우주프로그램은  우주정거장

, 상업화,

달 기지

, 화성 탐사로 대표될 것이다. 21세기 들

어 지금까지의 미국 유인 우주 프로그램의 경과

는 

<그림 1>에 요약하였다. 미국 유인 우주프로

그램이 어떻게 원하지 않는 공백기를 갖게 되었

는지 우주왕복선과 

Constellation 프로그램을 통

해 알아보고자 한다

.

2.1  우주왕복선  프로그램

미국은  소련과의  유인 달  탐사  경쟁에서 이

겼지만  막대한  비용이  드는 

Saturn 발사체를 

갖게  되었다

. 달  착륙  이후  우주에  대한 관심

은 자연스럽게 대중과 정부의 우선순위에서 떨

어지면서 

NASA가 갖고 있던 재사용 운송수단,

우주 정거장

, 달 기지, 유인 화성 탐사 등의 야

그림 1. 미국 NASA 유인 우주 프로그램 연표 (2001년 이후)


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

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심찬  우주  분야  계획은  예산  감축으로  대부분 

포기하게 된다

. NASA는 이 중 우주왕복선 프

로그램만 

1970년대에 진행하게 되며 1981년 첫 

발사에 성공한다

.

우주왕복선은  저비용  재사용  발사체로  계획

되어 궤도선

(orbiter), 외부 탱크(external tank),

부스터

(booster)로  <그림2>와  같이  구성되는데 

외부 탱크를 제외하고는 재사용이 가능하다

.

그림 2. 우주왕복선의 주요 구성 요소 

(NASA 제공)

우주왕복선은  설계  초기부터  경제성을  중요

하게 여겨서 정부 수요

, 상업 수요, 군 수요를 

모두  충당할  수  있도록  설계되었고 

10년간 연 

50회(매주) 발사 시 비용에 경쟁력이 있다고 판
단되었다

[1]. 첫  발사가  이루어질  즈음에는  연

간 

24회(격주) 발사운영이 가능한 것으로 변경

되었으며  실제 

30년간  발사  기록을  보면  <표 

1>과 같이 총 135회 발사로 연간 4.5회 발사가 
이루어져 초기 계획대비 

1/10 수준이었다.

번호

명칭

첫  비행

횟수

비고

OV-101

Enterprise

1977.2.18.

-

대기권
시험용

OV-102

Columbia

1981.4.12.

28

2003년 귀환 중

사고

OV-099

Challenger

1983.4.9.

10

1986년 이륙 중

사고

OV-103

Discovery

1984.8.30.

39

OV-104

Atlantis

1985.10.3.

33

OV-105

Endeavour

1992.5.7.

25

표 1. 우주왕복선

우주왕복선  프로그램은 

1986년  챌린저  사고 

이후  문제점들을  극복하고

[2] 비교적  순조롭게 

진행되고 있었으며 높은 운용비용을 낮추기 위

해 계약

/운용 주체 단일화, 예산 및 인원 감축

이  이루어지고  있었다

[3]. 우주왕복선은  임무 

수명이 

2010년까지로 되어 있어서 <그림 3>과 

같이 업그레이드 등을 통해 

2020년까지 사용하

는 방안도 검토되었다

.

그림  3.  통합  우주  운송  계획  (2002년)  [3]

하지만 

2003년  콜롬비아  우주왕복선  사고를 

계기로 우주왕복선과 이후의 모든 계획을 다시 

원점에서 검토하게 되었다

. 사고 발생 후 대규

모 조사를  통해 약 

6개월 만에 콜롬비아 사고 

조사위원회 

(Columbia Accident Investigation

Board ,CAIB)의 조사보고서가 나왔다. 이 보고
서에서는 사고의 원인을 기술적인 요인과 조직

적인  요인으로  분석을  하였으며  향후  미국  우

주 프로그램이 나아가야 할 방안을 단기

, 중기,

장기 관점으로 나누어 기술하였다

[3].

보고서에서 단기적으로는 우주왕복선 사고의 

직접적인 문제점들을 해결하고 국제우주정거장 

(International Space Station, ISS) 건설을 위해 
우주왕복선  비행을  재개하도록  요구하였다

. 중

기  계획으로는  만약  우주왕복선을 

2020년까지 

수명을 연장하여 사용하려면 

CAIB에서 제시한 

기술적  사항  및  조직  관련  개선  요구사항들을 

반영하고  모든  시스템과  서브시스템을  재인증


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6

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

(requalification)하도록  권고하였다. 장기  관점
에서는  미국  유인  우주프로그램에  대한  심도 

깊은  검토  결과  제한된  예산으로  인하여  지구 

근처 임무만 수행하는 

NASA에게 아폴로 계획

과  같은  원대한  비전을  설정할  필요가  있다고 

제안하였다

.

2.2  신  우주  탐사  비전  (2004년)

CAIB의  보고서 이후 Bush 대통령은 2004년 

1월 우주탐사에 대한 미국의 새로운 우주 정책
(The Vision for Space Exploration,VSE)을 발표
하였고 다음과 같은 

3가지 목표를 제시하였다.

1. 2010년까지 국제우주정거장 완성 및 

우주왕복선의 퇴역

2. 2008년까지 신규 유인 우주선 개발, 

2014년까지 첫 유인 우주선 발사

3. 2020년까지 달로 귀환, 

  유인 화성 탐사 준비

이를 실현하기 위하여 향후 

5년간 10억 달러

(1.2조  원)의  예산  증가도  약속하였다[4]. 신규 
비전을  통해  대중들의  관심을  다시  우주로  가

져오고자 했고 

2004년은 Bush 정부 재선이 있

던  해로  재집권  시  지속  가능한  계획이었다

.

다만  추가로  약산한  예산의  양이  크지  않아서 

실제  비전  실현을  위해  필요한  나머지 

100억 

달러

(12조 원)는 NASA의 다른 우주 과학 탐사 

사업들을 축소하는 것으로 가정하였다

.

NASA는  목표를  실현하기  위하여  4가지  영

역으로 나누어 접근하였다

[5].

1. 지구저궤도(LEO) 우주활동

* 우주왕복선 - 재비행 시작 및 퇴역 준비
* 우주정거장 - 완성 및 활용  

2. 지구저궤도를 넘는(Beyond LEO) 탐사활동

* 달 –  2008년 무인탐사, 2020년 달 착륙

- 화성탐사 기술개발 시험장

* 화성 및 그 외의 대상

- 화성, 목성의 위성, 소행성 등에서

생명체 존재 증거 탐사

- 화성 및 우주에서 장기 유인 

활동을 위한 핵심 기술 개발

- 달 유인 탐사 및 무인 화성 탐사 후 

화성 유인 탐사 준비 착수

3. 탐사 지원을 위한 우주 수송 능력 개발

* 지구저궤도를 넘는(BLEO) 유인 

탐사선 개발

* 국제우주정거장에 사람과 화물 분리운송

4. 국제 및 상업 분야 참여

* 미국의 탐사 계획에 국제적 참여 추구 
* 국제우주정거장 및 지구저궤도를 넘는

탐사 분야에 상업 영역 참여 추구

우주 탐사 비전은 우주왕복선을 조기에 퇴역

시키고  신규  유인  발사체  개발  전까지는  유인 

우주운송 계획에 공백이 발생하여 비판을 받았

. <그림 4, 5>는 계획 발표 당시 수립된 로

드맵과  예산  계획이며  발표 

5년  이후(차기  정

)에도  NASA 예산의  점진적  증가가  계속되

어야만 유지할 수 있는 계획이었다

.

그림 4. 우주 탐사 로드맵을 위한

우주선 운용/개발 계획 (2004년) [5]

그림 5. NASA의 예산 프로파일 (2004년) [5]


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

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2.3  Constellation  프로그램

2005년 4월 신임 NASA국장 Michael Griffin

이 부임하면서 신 우주 탐사 비전에 따라 발생

하는 유인 우주 수송 공백을 줄이고 제한된 예

산 내에 개발하기 위해 발사체 개발 적정성 검

(trade off study)를 지시하였다. 검토 결과는 

약 

6개월 뒤 우주탐사 시스템 체계 연구 보고

서 

(Exploration Systems Architecture Study,

ESAS)로 발표되었다[6].

ESAS 보고서에서  새로운  유인  우주  프로그

램은  국제우주정거장뿐만  아니라  달

, 화성  유

인탐사까지를 목표로 하는 발사체 개발이 기본 

운용 개념

<그림 6~8>으로 정립되었다.

그림 6. 우주정거장 수송 기본 개념 [6]

그림 7. 달탐사 기본 운용 개념 [6]

그림 8. 화성 탐사 기본 운용 개념 [6]

보고서에서는  여러  발사체 구성  옵션을 

<그

림 

9>와 같이 안전, 성능, 확장성, 위험, 가격적

정성의 

5가지 감도지수(figure of merit, FOM)

로 평가하고 검토하였다

.

콜롬비아  우주왕복선  사고의  결과로  안전을 

위해  유인  수송  발사체와  화물  수송  발사체를 

최대한  분리  개발해야  한다는  정책이  전제  되

어 

2개의 발사체를 개발하게 되었다. 러시아의 

소유즈

(Soyuz)와  프로그레스(Progress) 우주선

이  유사한  개념으로  유인  우주선과  보급선을 

분리하여  발사한다

. 우주왕복선의 경우 사람과 

화물을 모두 운반하는 셔틀 개념이어서 화물칸 

결정 시 잠재적 사용자인 군 요구에 따라 커진 

궤도선 설계를 채택하였다

.

그림 10. Crew Exploration Vehicle 선정 [6]

 

신규  개발되는  유인  탐사  발사체

(crew

exploration vehicle, CEV)는 우주왕복선보다 높
은 신뢰도를 가져야 했다

. CEV는 이러한 점을 

고려하여 

1단은 우주왕복선의 고체 부스터 1기

를 그대로 사용하고 

2단은 우주왕복선의 RS-25

엔진

(SSME)을  사용하여  신규  개발하기로  결정

했다 

<그림 10>. 당시 개발된 Delta나 Atlas 발

사체를  개량하여  유인급으로  인증해서  사용하

그림 9. NASA의 발사체 선정 감도지수[6]


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

는  것에  비해  고체  부스터와  신규 

2단 개발이 

비용과 안전 측면에서 우수한 것으로 판단되었

. 이후 설계가 진행되면서 유인 탑재 모듈의 

중량이 늘어나 고체 부스터를 

5 세그먼트로 늘

리고 

2단 엔진을 개선된 Saturn V 2단 엔진인 

J-2X를 사용하는 안으로 변경되었다.

그림 11. Cargo Launch Vehicle 선정 [6]

화물  수송  발사체 

(cargo launch vehicle,

CaLV)는 달탐사를 위해 고중량 발사와 안전성
이 요구되었다

. 개발 방안으로 사람은 유인 탐

사 발사체

(CEV)를 이용하고 화물은 초대형 발

사체를  이용하는 

1.5-Launch, 동일한  발사체로 

사람과 

화물을 

2번에  나누어  발사하는 

2-Launch, 유인  1번  및  화물은  2번에  나누어 
발사하는 

3+Launch 안이 고려되었다. 보고서는 

<그림  11>과  같이  1.5-Launch를  선호  안으로 
제시하였다

. CaLV 1단의  경우  우주왕복선  외

부탱크를  길게  늘려서 

RS-25 엔진 5기를 장착

하였으며 우주왕복선 부스터 

2기를 5 세그먼트

로  늘려서  사용한다

. 2단은  지구출발용  단

(Earth Departure Stage, EDS)으로  J-2X엔진  2
기를 이용한 개발을 기준으로 하였다

.

신규  유인  모듈은 

ISS까지 6인을 수송할 수 

있도록 요구되었으며 이를 이용하여 달과 향후 

화성까지 사용할 수 있도록 계획되었다

. 달 착

륙선도  아폴로  계획과  같이  유사한  방안으로 

검토되었다

.

이 계획이 

Constellation 프로그램으로 화성 

탐사 목표를  분명히 하기  위해 발사체는 

Ares

I, Ares V로 명명하였고 유인 모듈과 달착륙선
은  별자리명인 

Orion, Altair로  명명되었다.

<그림  12>에  신규  발사체와  우주왕복선,
Saturn V를 비교하였다.

그림 12. Constel ation 발사체 비교 [7]

Constellation 프로그램은 1970년대 우주왕복

선 개발 이후 

30년 만에 이루어지는 대규모 개

발 프로그램으로 지상시스템

, 시험설비, 소프트

웨어 등을 포함하여 

NASA 센터들도 현대화되

었다

. <그림  13>은  프로그램에  참여하는  미국 

전역의 

NASA 센터들과 역할을 보여준다.

그림 13. Constel ation 프로그램에서 

각 NASA 센터의 역할 [7]

NASA는 달 착륙을 목표로 하면서 예전 아

폴로  계획에 버금가는 계획을 준비했다

. ESAS

보고서에서는 아폴로 

11호까지의 각 임무를 비

교하며 

<그림  14>와  같은  비행시험계획을  제

시하였다

. 계획을  보면  2011년에  새로운  유인 


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

9

발사체를 발사하는 일정이라서 유인 수송 공백

이 

1년으로  최소화되어  있다. 계획에  따르면 

첫  유인  우주비행까지  유인  탈출  시스템  시험 

3회  (Launch Escape System, LES), 1단  시험 
비행 

1회 (Risk Reduction Flight, RRF-1), 인증

시험 

2회  (RRF-2,3), ISS 화물  운송  1회

(Unpressurized Cargo Mission, UCM-1), ISS
유인 우주 임무

(ISS-1)로 이루어졌다. 현재 진행 

중인  상업  유인  운송  프로그램도  유사한  인증

과정을 거치고 있다

.

그림 14. 시험 계획 [6]

Constellation 프로그램은 우주왕복선의 기존 

자원

(부스터, 엔진, 외부탱크, 발사패드, 인력 

)을 최대한 활용하면서 어느 정도의 예산 증

가 아래에서 이루어질 수 있도록 

<그림 15>와 

같이  계획되었다

. 하지만  Constellation 프로그

램이 착수 된지 

4년 지난 2009년의 평가를 보

면  초기  예산  부족으로  일정  지연

, 기술적  난

제 미해결

, 비용 증가를 겪고 있었다[8].

그림 15. 우주 탐사 계획 (2005년 기준) [6]

2.4  미국  유인우주비행  계획검토  위원회

2009년 Obama 정부로 바뀌면서 NASA 국장

도 

Charles Bolden으로  임명되었으며  미국  유

인  우주  프로그램에  대한  검토도  다시  이루어

졌다

. Constellation 프로그램은 예비설계검토회

(PDR)까지 진행되었으며 NASA 프로젝트 관

리  프로세스에서는  프로젝트를  계속  진행할지

에 대한 결정시점

(Key Decision Point, KDP-C)

에  와  있었다

. 2009년  5월  미국  유인우주비행 

계획검토  위원회가  구성되었고   

2009년  10월 

최종 보고서가 발표되었다

[9].

검토  위원회는 

5가지  관점에서 미국의 유인 

우주프로그램을 검토하였다

.

1. 우주왕복선의 미래는 무엇인지?
2. 국제우주정거장의 미래는 무엇인지?
3. 차세대 초대형 발사체는 무엇에 

기반을 두어야 하는지

?

4. 지구 저궤도에 사람을 어떻게 수송해야

하는지

?

5. 지구 저궤도를 넘어 탐사하기 위한 가장

실용적인 전략은 무엇인지

?

위원회는  제한된  예산

, 우주왕복선 수명, 국

제우주정거장  수명

, 초대형발사체  개발  방향,

저궤도  수송  수단  등을  고려하여  미국의  향후 

유인우주비행계획을 총 

5가지 옵션 <그림 16>

으로 제시하였다

.

그림 16. 미국 유인 우주 비행 프로그램 옵션 안 [9]


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10

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

옵션 

1과 2는 2014년까지 매년 예산이 동일

하거나 감소되고 이후에는 매년 

1.4% 증가하는 

예산 프로파일이다

. 옵션 3~5는 2014년까지 연

간  예산을 

30억 달러(3.7조  원)로  더 증가시키

고 이후  인플레이션을 고려하여 매년 

2.4% 증

가하는 예산 프로파일이다

.

옵션 

1은  기존  Constellation 계획이며  옵션 

2는 지구저궤도 유인 운송은 상업 발사에 의존
하고 

ISS를 2020년까지 수명 연장, 초대형 발사

체는 기존 

Ares V Lite 기반이다.

옵션 

3은  기존  Constellation 프로그램에  예

산  증가가  포함되어  옵션 

1에 비하여 일정 지

연을 최소화하여 개발할 수 있는 경우이다

. 옵

션 

4는 달탐사 우선(Moon First)으로 하며 ISS

는 

2020년까지  수명  연장, 초대형  발사체는 

Ares V Lite 또는 우주왕복선 기반인 경우이다.
옵션 

5는 유연한 경로(Flexible Path)로 달 궤도 

탐사

, 근지구 소행성 탐사, 화성궤도 탐사 등을 

목적으로 하며 달 착륙선 개발은 빠지게 된다

.

위원회는  당시의 

2010년  예산  규모로는 

NASA가 지구저궤도를 벗어나는 유인 임무 계
획을  수행하기  어려우며  제대로  된  유인  우주

프로그램을  위해서는  탐사  계획  규모에  맞는 

예산  증가와  적절한  일정  설정이  필요하다고 

권고하였다

. 예산  증가가  뒷받침될  경우  옵션 

3~5는 모두 실현 가능할 것으로 판단하였다.

NASA의 연도별 예산은 <그림 17>에 주어졌

는데 달성하려는 목표에 비하여 예산이 충분하

지  않은  상태였다

. 2009년은  우주왕복선  퇴역

전이어서 

NASA 예산의 많은 부분은 우주왕복

선 운영에 아직 쓰이고 있었다

.

그림 17. 연도별 NASA 예산 변화 [9]

Obama 정부는  이러한  권고를  바탕으로 

2011년도 

차기 

국가예산 

계획에서 

Constellation 프로그램에  대한  지원을  제외하
였고 

2010년  4월  유인우주비행  검토위원회의 

제안에서 조금 변경된 

“옵션 5 유연한 경로”를 

신규 유인우주계획으로 택한다

.

2.5  Constellation의  종료와  교훈 

NASA는 Constellation 계획 취소에 많은 혼

란과 아쉬움을 갖고 있었다

. NASA는 비용 증

가에도 불구하고 

Constellation PDR 종료 이후 

프로그램  추진에  대한  의지가  있었다

. 이러한 

와중에 

<그림 14> 시험계획에서 RRF-1로 계획

된 

1단 시험 비행체인 Ares I-X 발사체의 발사

가 

2009년  10월  28일  성공적으로  이루어졌다.

그리고 

LES로 계획된 Orion 유인 모듈의 발사

대  비상  탈출  시험 

(Pad Abort-1)이  2010년 5

월 

6일 성공적으로 수행되었다.

그림 18. Ares I-X

(NASA 제공)

그림 19. Orion PA-1

(NASA 제공)

Constellation 종료  이후  NASA 내부적으로 

교훈 

(lessons learned)을 정리하여 발표하였다.

미국 프로그램에서 나온 교훈들이지만 정부 주

도의  큰  프로젝트를  수행하는  경우  참고할  만

하며 다음의 

8가지로 요약된다. [10,11]

교훈

1. 변화에  강인한  계획  또는  최적의  계

획을  세울  것인가

? 확실한  것은  예산은  항상 

계획대로 되지 않는다

.


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

11

교훈

2. 일정 지연과 고정 계약 비용. 예산 감

축에 따른 일정 지연이 고정 계약 비용 내에서 

모두  흡수되기  어렵다

. 결과적으로  수행하는  

업무범위가 줄어든다

.

교훈

3. 설계  및  제조  표준의  테일러링.

Constellation 프로그램이  10개  NASA 센터가 
참여하면서 설계

/제조 기준이 통일되지 못하여 

유인  우주  모듈  주계약자가  지켜야  하는  표준 

문서만 해도 

75종에 이르는 상태였다. 콜롬비아 

사고  이후  표준에  대한  웨이버

(waiver) 사용을 

꺼리는 문화가 생겼다

. 교훈으로는 제시된 표준 

만족에 대한 업무를 

NASA가 선제적으로 확인

하여 주계약자의 짐을 덜어야 하고 테일러링에 

대한 부담을 줄여야 한다고 권고하였다

.

교훈

4. 리스크  기반  설계(risk informed

design). 규칙 기반 설계 (rule-based design)가 
처음부터 시스템에 주어진 요구조건을 모두 만

족해야  한다면  리스크  기반  설계는  최소한의 

기능을 하는 설계를 한 후 추가 기능을 넣으면

서  중량

, 전력과 같이  리스크를  설계의  한  요

소로 취급하며 리스크 분석을 수행하면서 설계

를  개선하는  방법이다

. Orion과  Altair 설계에 

사용되어 임무 성능을 만족하며 안전성과 신뢰

성을 높였다고 한다

.

교훈

5. 역할, 책임과 권한. Constellation 프로

그램을  통해 

10개 NASA 센터가  모두 원활히 

유지되기  위해  업무가  다양하게  나누어졌다

.

이러다  보니  각  센터의  역할이  중복되거나  불

분명한  업무  영역도  발생하였다

. 교훈에서는 

역할과  권한의  정의  이후  프로그램  진행에  따

라  주기적인  점검이  필요하며  역할과  권한도 

상황에  맞게  바뀌어야  하고  결정  프로세스에 

영향을 받는 모든 이들이 같이 참여할 수 있도

록 시간을 투자하는 것을 권장하였다

.

교훈

6. 조직은 생명체이다. 완벽하게 만들 수

는  없지만  더  좋게는  만들  수  있다

. 프로그램 

진행에  따라서  조직이  상황에  맞게  진화하고 

적응되도록  꾸며야  한다

. 주요  마일스톤  검토

회의  시점에  업무  변화에  따라  다음  마일스톤 

달성을 위한 조직의 변화 검토를 권장하였다

.

교훈

7. 원거리  조직  간의  의사소통. 개인  간

의 네트워크와 

IT 기술이 소통을 높일 수 있다.

교훈

8.

비행  시험

.

실행하면서  배운다

.

Constellation

프로그램에서는 

Ares

I-X와 

Orion 발사대 탈출 시험의 성공을 통해 각각의 
시험 목적을 달성했다

. 시스템 설계/인증 프로

그램에 비행시험을 포함하여 기술적 위험 요인

들을  줄이고  주요  시스템  능력을  시연을  하도

록 권장하였다

. 개발 사이클 중간에 일부 비행 

시험을 포함하여 결과가 피드백되는 계획을 강

조하였다

.

3. SLS 프로그램

 

Space Launch System (SLS) 프로그램은 

Constellation 프로그램이  취소되면서  수립된 
계획으로 

“유연한 경로”의 새로운 목표와 임무 

범위

<그림 20>를 만족할 수 있는 여러 발사체 

옵션들에 대하여 검토하게 된다

.

그림 20. SLS 발사체 임무 [12]

3.1  SLS  발사체  개발  방향

 

SLS의  주  개발  방향은  안전성(safe), 가격적

정성

(affordable), 지속가능성(sustainable) 3가지

이며  지구저궤도  너머  유인  탐사가  주요  임무 

목표이다

. 당시 수행된 적정성 검토 연구[13]에

서 안전이 보장되는 옵션들에 대하여 감도지수

(figure of merit)에  다음과  같은  비중을  두어 
평가 하였다

.


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12

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

가격적정성 : 55 % / 일정     : 25 %

성능       : 10 % / 프로그램  : 10 %

이러한 검토 과정을 거친 

SLS의 최종 형상은 

초대형  발사체 

1개만  개발하며  <그림  21>과 

같이  점진적으로  발사체를  업그레이드하는  계

획을 수립하게 된다

.

그림 21. SLS Block 업그레이드 계획 [12]

SLS의 Block 1 형상은 Constellation 프로그램

의 

Ares V와 유사하다. SLS는 <그림 22>와 같

이 코어 단

, 2개의 고체 부스터, 2단, 유인 모듈,

탈출 시스템으로 구성된다

. 기존 Ares V의 코어 

단은 직경 

8.4 m의 우주왕복선 외부 탱크를 늘

려서 

RS-25 5개를 사용하는 경우와 직경 10 m

신규 탱크에 

Delta IV 엔진(RS-68) 6개를 사용하

는 안을 검토하였는데 

SLS에서는 직경 8.4 m 탱

크에 

RS-25 엔진 4개를 사용하는 것으로 결정되

었다

.

부스터 

2기는  5

세그먼트용으로 

Constellation에서  개발  중인  것을  그대로  이용
한다

. 2단은 RL-10 엔진을 사용하는 Delta IV 2

단 

(Delta Cryogenic Second Stage, DCSS)을 

SLS 요구조건  맞게  일부  수정한  Interim
Cryogenic Propulsion Stage(ICPS)를  이용한다.
Block 1B부터는  ICPS를  J-2X 엔진을  사용하는 
신규 

Exploration Upper Stage (EUS)로 대체 예

정이다

. 유인  모듈과  탈출  시스템은  개발  중인 

Orion을 그대로 이용하며 Orion 아래의 추진 모
듈은 유럽우주국의 자율보급선

(ATV) 추진모듈을 

일부  개량한 

European Service Module(ESM)을 

사용한다

. 이처럼 많은 요소들이 신규 설계가 아

닌  기존에  우주에서  사용된  이력을  갖고  있어 

개발 비용 절감과 신뢰도 향상에 기여를 하였다

.

그림 22. SLS Block 1 유인 수송 형상 [12]

3.2  하드웨어의  개발  및  시험

3.2.1 코어 단 (Boeing)

 

SLS 개발에 있어서 가장 어려움을 겪은 것은 

코어 단으로 대형 탱크 제작에 여러 번의 시행

착오를 거치면서 제작을 하게 되었다

. 코어 단

은 

<그림 23,24>와 같이 직경 8.4 m에 길이만 

65 m에  이르는  초대형  단이다. 액체  수소  탱

, 액체 산소 탱크, 인터탱크, 전방 동체, 엔진

부로  구성되며 

Michoud Assembly Facility

(MAF)에서  제작과  조립이  모두  이루어진다.
코어  단은  추진제  탱크  제작  문제와  엔진부의 

추진기관 조립 및 하니스

, 용접 등의 요인으로 

많이  지연되었고  주  계약업체가  업무  범위를 

제대로 예상하지 못함에 따라 약 

2.5년 지연되

었다

[14].

그림 23. Core Stage 조립 (NASA 제공)


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

13

그림 24. Core Stage 이송 (NASA 제공)

3.2.2 RS-25 엔진 (Aerojet Rocketdyne)

SLS 1단 엔진으로 우주왕복선 엔진인 RS-25

를  선택함에  따라  기존에  사용된 

RS-25 엔진 

16기와  개발용  엔진  2기를  확보하였다. 이  엔
진들은 

SLS

발사체에 

맞게 

개조

(RS-25

Adaption)되며  신규  엔진제어유닛(ECU)을  이
용하여 

SLS 발사 환경에 맞게 새로 인증 되었

<그림 25>. SLS 4호기 이후에는 RS-25 생산 

라인을  재개하여  생산한 

RS-25 Restart 엔진을 

이용한다

<그림 26>. RS-25 Restart 엔진은 SLS

에서 가장 중요하게 여겨지는 가격적정성을 위

해 최신 소재

, 생산 기술, 기법 등을 적용하여 

<그림 27>과 같이 엔진 가격을 30% 줄이는 것
이 목표이다

[15]. 최근에 Aerojet Rocketdyne은 

18기의 RS-25 Restart 엔진을 추가 생산하도록 
18억 달러(2.2조 원) 계약을 맺었다.

그림 25. SLS EM-1 RS-25 Adaption 4기

(NASA 제공)

그림 26. RS-25 개발 계획 [15]

그림 27. RS-25 Restart 비용감축 목표 [15]

3.2.3 부스터 (Northrop Grumman)

SLS에 사용되는 고체 부스터는 우주왕복선의 

부스터를 

1 세그먼트  더  늘려서  사용하게  된

. SLS용  부스터는  메탈  케이싱을  보호하는 

Propellant Liner and Insulation(PLI) 소재를 
독성이 덜한 것으로 변경하면서 균열이 발생하

여 여러 번의 설계 개선을 통해 해결하였다

. 1

년 정도의 일정 지연과 더불어서 추가 개발 비

용이 소요되었다

[14].

그림 28. 5 세그먼트 고체 부스터 인증 시험

(NASA 제공)


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14

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

3.2.4 2단 및 어댑터 (Boeing)

SLS의 2단은 일정을 줄이기 위해서 초기 임

무에는 

Delta IV의 2단을 일부 수정한 ICPS를 

이용한다

. 현재는 SLS의 3번째 발사까지 ICPS

가 사용될 예정이다

. ICPS를 코어 단 및 Orion

과  연결하기  위해 

<그림  29>와  같이  발사체 

단  어댑터

(LVSA)와 Orion 단 어댑터 (OSA)가 

추가로  필요하다

. OSA의 경우  <그림  30>에서 

볼  수  있듯이 

SLS에서  보조  탑재체를  분리할 

수  있도록  설계되어  첫  비행에서 

Orion 분리 

이후 

13기의  6U Cubesat을  달지구천이궤도에

서 분리할 예정이다

.

그림 29. 상단 및 어댑터 [12]

그림 30. OSA

(NASA 제공)

 

그림 31. LVSA

(NASA 제공)

그림 32. ICPS (NASA 제공)

3.2.5 Orion/ESM (Boeing/ESA)

Orion 유인 모듈은 Constellation 프로그램과  

함께  취소되었는데  이로  인해  많은  비판을  받

았다

. Ares 발사체는 비용으로 인해 문제가 있

지만 

Orion 모듈은 계속 개발하여 사용해야 한

다는  의견이  많았다

. 이러한  의견이  반영되어 

Orion은  별도  프로그램으로  이어서  개발하는 
것으로 결정되었다

. Orion은 <그림 33>과 같이 

ATV의  추진모듈을  서비스  모듈(ESM)로  사용
한다

. ATV는 다섯 번의 ISS 운송 서비스를 통

해 우주환경에서의 작동을 입증한 유인급 보급

선이다

. 하지만 ESM 개발을 미국이 아닌 ESA

가 주관을 하다 보니 일정 지연에 대하여 대처

가 어려운 점이 있었다

. 2018년에는 ESM 지연

으로 인해 전체 발사 일정 지연도 예상되었다

.

그림 33. Orion 프로그램 구성 요소

(NASA 제공)

그림 34. Orion/ESM 환경 시험 (NASA 제공)

Orion 모듈은  Constellation 프로그램  종료 

이후 

RRF-2로  계획된  지구재진입  시험비행을 

위하여 

2014년 12월 Delta IV Heavy에 탑재되

어 

Exploration Flight Test(EFT-1) 비행을 수행

하였다

. 2019년  7월에는  Orion Launch Abort

System(LAS) 시험을  위해  상승  비행  중  탈출 
시험 

(Ascent Abort-2) 시험을 수행하였다.


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

15

 

그림 35. EFT-1

(NASA 제공) 

  

그림 36. AA-2

(NASA 제공)

3.2.6 이동 발사대 

SLS 발사체는  Kennedy Space Center의 

LC-39B

패드에서  발사된다

.

LC-39B에서는 

Saturn V와  우주왕복선, Ares I-X가  발사되었

. 인근의 LC-39A는 민간에 임대되어 SpaceX

의 

Falcon 9과 Falcon Heavy 발사장으로 사용

되고 있다

.

SLS 프로그램 초기에 Ares I-X 발사에 사용

된  발사대 

ML-1을  개조하여  SLS를  발사하는 

것으로  결정되었다

. 당시에  비용  측면에서  효

율적인  것으로  판단되었으나 

SLS가  Ares I에 

비하여 총 중량이 

2배가 넘고 화염 형상 등이 

다르다  보니  개조에  어려움이  있어  신규  개발

하는  것이  효율적일  정도로  비용이  증가하였

. ML-1 개발  비용으로  2014년에  3.8억  달러

(4700억 원)로 예상된 비용이 2020년에는 6.9억 
달러

(8500억 원)로 늘었다[14].

ML-1은 SLS Block 1을 위해 개발된 발사대

로 이후 

Block 1B 발사를 위해서는 ML-1을 다

시  개조할  계획이었다

. 이  경우  약  33개월의 

공백이  발생하게  되면서 

NASA의  우주안전자

문패널 

(Aerospace Safety Advisory Panel)에서

는  두  번째  이동  발사대 

ML-2 개발을 권고하

였다

. NASA는  2019년  ML-2 개발을  Bechtel

National사에  3.5억  달러(4300억  원)에  계약하
여 

2023년까지 완성될 예정이다[14].

그림 37. 이동 발사대 ML-1 (NASA 제공)

3.2.7 Core Stage Green Run

SLS는  2020년  3월  Core Stage Green Run

준비  중에  코로나바이러스감염증

-19로  중단된 

상태이다

. 여기서 Green은 아직 시험해보지 않

은 하드웨어를 뜻하며 

Green Run은 신규 하드

웨어로  전체  시험을  수행한다는  의미이다

. 이

는  한국형발사체개발사업의  추진기관시스템시

험설비

(PSTC)에서  수행하는  시험과  유사하다.

2018년  Jim Bridenstine이  NASA 국장으로  취
임하며  일정  달성을  위해 

Green Run 취소도 

검토하였으나 최종적으로는 취소보다 수행하는 

것이 위험을 줄이는데 필요하다고 판단되어 계

획대로 시험이 진행되고 있다

.

SLS 코어  단은  MAF에서  조립  된  이후 

Green Run을 위해 <그림 39>와 같이 Stennis
Space Center (SSC)의  B-2 스탠드로  이송되어 
다음의 

8가지 시험을 수행할 예정이다[16].

그림 38. ML-1과 ML-2의 차이 [14]


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16

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

시험 

1: 모달 시험 

시험 

2: 발사체 전원 인가 체크

시험 

3: 추진기관/엔진 기밀 체크

시험 

4: 유공압 및 TVC 체크

시험 

5: Wet Dress Rehearsal(WDR)을 위한

세이핑 체크

시험 

6: 카운트다운 및 연소시험 모사

시험 

7: Wet Dress Rehearsal

시험 

8: 코어 단 연소시험

코어 단은 시험 스탠드에서 리퍼비싱되며 이

후 

SSC에서  다시  해상으로  케네디  우주센터

(KSC)까지 이송한다.

그림 39. Core Stage Green Run 계획 [16]

3.2.8 SLS 발사체 총조립, WDR, 발사운영

SLS Block 1B 유인 임무의 경우 <그림 40>

과  같은  프로세스로  총조립이  진행된다

. SLS

Block 1과 다른 점은 ICPS 대신 EUS를 사용한
다는  점이다

. SLS 발사체는 Vehicle Assembly

Building (VAB)에서 이동 발사대 ML-1에 조립
되며 

LC-39B로 롤아웃 한다.

LC-39B에서는 WDR이 계획되어 있으며 코어 

단  엔진점화  직전까지  카운트다운을  진행하며 

발사 프로세스를 점검할 예정이다

. WDR에서는 

비상 상황에 대한 시뮬레이션도 하며 카운트다

운 정지 후 발사 

10분 전으로 되돌아가는 상황 

등을  통해  전체  지상시스템과  발사체의  준비 

상황을  점검하게  된다

. WDR 이후  발사체와 

ML-1은 VAB로 롤백 하여 최종 발사 준비 후 
다시 롤아웃 하여 발사를 하게 된다 

[12].

그림 40. SLS Block 1B Crew 프로세스 흐름도[12]

3.3 개발 조직 및 참여 기관

SLS

프로그램 

개발은 

Apollo

및 

Constellation 프로그램과  유사하게  NASA의 
Marshall Space Flight Center(MSFC)에서 발사
체를  개발하고 

Johnson Space Center (JSC)에

서 

Orion 유인  모듈과  임무  운영을  담당한다.

Kennedy Space Center (KSC)에서는 발사대 및 
지상  설비를  담당한다

. Constellation 프로그램 

오피스는 

JSC에 위치하였으며 Ares, Orion, 지

상시스템을  모두  포함하여  운영되었으나  현재

는 

SLS 발사체, Orion, 지상 시스템의  3개 프

로그램이 나누어 운영되고 있다

. SLS 프로그램 

오피스는 

MSFC에 위치하며 <그림 41>과 같이 

조직되어 매트릭스 조직체계로 운영된다

[17].

그림 41. SLS 발사체 프로그램 MSFC 조직도[17]


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

17

SLS는 정부 예산으로 개발되고 의회의 승인

을 받다 보니 예산이 가능한 미국 전역으로 나

누어져 일자리 창출을 할 수 있도록 하는 점이 

중요하고  자주  강조된다

. 2014년에는  미국  42

개주에 

400개  업체  계약자가  포함되어  있었고 

2019년에는  1100개  업체  계약자, 43개주로  늘
어났다

. 미국 주 계약 업체(prime contractor)로 

Boeing(코어  단, 상단), Northrop Grumman
(부스터), Lockheed Martin Space Systems
(Orion), Aerojet Rocketdyne (RS-25, J-2X),
Jacobs (발사대 설비)등이 있다.

그림 42. SLS 참여 기관 및 업체 [18]

3.4 일정 및 예산

SLS의 일정 및 예산 준수는 프로그램 수행에 

있어서  대외적으로는  초미의  관심사이다

.

Constellation 프로그램의  비용이  높아지면서 
취소되었고 세금으로 개발되어 운영되는 

SLS는 

임무가  지속되려면  가격적정성이  필수적으로 

고려되어야 한다

.

SLS 프로그램에 대해서는 NASA 내의 독립적인 

감찰관실 

(Office of Inspector General, OIG)과 미국 

회계감사원 

(Government Accountability Office,

GAO)에서 주기적으로 평가 보고서를 제출한다. 평
가 보고서에서는 총 사업비용 예측을 지속적으로 요

청하고 있으며 일정

, 예산 준수에 대해 주기적으로 

경고를 하고 있다

[19-21]. SLS 프로그램은 기존에 

개발된 자산들을 사용하면서 빠른 속도로 진행

할 것으로 예상되었으나 일정 지연 및 비용 증

가가 발생하고 있다

.

SLS의  발사  일정  지연  경과는  <그림  43>에 

요약되어 있다

. SLS 최초 발사 일정은 미 하원

에서 

NASA 수권법(authorization act) 2010 발

행  시 

2016년  12월로  되어  있었다. NASA가 

2011년 SLS 개발 계획을 발표하며 발사 일정은 
2017년 12월로 변경되었으며 2014년 KDP-C 검
토회의에서  일정과  비용  기준을  확정하면서 

2018년  11월로  설정되었다. 이후  2017년  12월 
코어  단의  기술적  이슈와  회오리로  인한  조립

시설

(Michoud Assembly Facility) 파손으로 

2019년 12월로 지연되었다. 당시 여러 가지 일
정상 리스크 등이 고려되었고 리스크가 현실화 

될 경우  이 일정은 

6개월까지 지연될 수 있다

고 판단하였다

. 2019년 5월 코어 단 개발 지연

으로  내부적으로  첫  발사가 

2020년 11월로 전

망되었고 내부 예산 수립 목적 검토 시 

2021년 

3월까지  지연되었다. 2020년  6월  현재  코로나
바이러스감염증

-19의  영향으로  NASA 센터가 

3개월  간  닫힌  상태이다. 현재는  2021년  11월 
첫  발사가  예상되고  있는  상황이어서  초기  계

획으로부터 약 

5년 연기가 된 상태이다 [14].

그림 43. SLS 첫 발사 지연 경과 [14]

SLS 개발  계획은  초기에  <그림  44>와  같이 

7년의  개발  기간을  설정하고  있었다. 부스터,
유인  모듈은  이전  사업에서  개발  중인  부분이

어서  상대적으로  빠르게  개발되었고  코어  단 

개발이  가장  시기적으로  늦어졌다

. 2018년에 

발표된  상세일정

<그림  45>을  보면  3가지의 

Critical Path가  검토되고  있었고  당시에는  유


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18

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

럽 

ESA에서 개발하여 납품 예정인 ESM 추진 

모듈 지연이 가장 컸고 그 다음은 코어 단 개

, 지상 SW 개발 순이었다.

그림 44. SLS 개발 계획 (2013년 기준) [18]

그림 45. SLS 발사 상세 계획

(2018년 기준) [16]

NASA 프로그램에  대한  비용  산정은  업무 

범위와 모든 요구조건

, 기술적 사항 등이 확정

되지  못하다보니  고정된  예산이  아닌  예상  추

정치를  사용하고  업무  범위에  따라서  매년  예

산을 할당 받아오게 된다

. 일반적으로 사업 총 

예산과  예산에  대한  신뢰수준

(%)을  같이  언급

하며 신뢰수준을 높이고 싶을 때 더 상세한 비

용 검토를 요구하게 된다

. NASA는 예산 추정 

값이  기준  대비 

30% 이상  증가한  경우  사업 

재검토를  통해  기준을  변경  하거나  사업을  취

소하게 된다

.

SLS의 경우 2014년에 PDR을 마치고 KDP-C검토

회의에서 첫 발사까지의 사업비용을 

<그림 46>과 같

이 

97억 달러(12조 원)로 제시하였다. 이 값은 일정 

지연 및 비용 증가로 

2019년에는 114억 달러(14조 

)로  증가하였다. 이는  첫  발사까지에  해당되는 

예산이며 이후 두 번째 발사 및 신규 개발 요소 

등으로  인하여 전체 

SLS 사업비용이 183억 달러 

(22조 원)로 증가할 것으로 추정되고 있다.

그림 46. SLS 개발 초기 예산 추정비용 [14]

그림 47. SLS 개발 비용의 변화 [14]

SLS에 대한 NASA의 연도별 예산 변화는 <그림 

48>과 같으며 연간 20억 달러 (2.4조 원) 수준이다.
Orion 프로그램과 지상 시스템 프로그램 비용은 별
도로  계산되며 

2021년도까지 Orion에 사용되는 비

용은 

130억 달러(16조 원)이며 지상 시스템에 사용

되는 비용은 

45억 달러(5.5조 원)이다[22]. 전체 사업

비용의 합은 

2021년까지 358억 달러(43.5조 원)이다.

그림 48. SLS 개발 비용

(2019~2021은 예상치)


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박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

19

2009년 GAO의 보고서에 따르면 Bush 정부의 신 

우주  비전에  따른  정책을  그대로  반영할  경우 

Constel ation 유인 우주프로그램과 상업 운송 서비
스를 포함하여 

2025년까지 약 2.3조 달러(283조 원)

가 소요될 예정이었다

[8]. 당시 NASA의 예산 계획

을 보면 

2010년까지는 연간 37억 달러 (4.5조 원)로 

점진적으로 늘어나지만 우주왕복선 퇴역 이후 

2011

년도부터는 예산이 두 배로  늘어나게 되어 

Obama

정부 입장에서는 계획을 재검토할 수밖에 없었다

.

향후 

SLS 발사체 프로그램이 유지 되기 위해서는 

SLS 1회 발사 금액이 중요하다. SLS의 1회 발사 비
용은  내부적으로 

8.7억  달러(1조  원)로  예상되었다

[23]. 이와 같이 높은 비용으로 인하여 연간 발사 횟
수는 

1회를 넘기 힘든 상태이다. NASA에서는 아직 

전체 프로그램  비용 등을 명확히  산정하지 못하고 

있어 

OIG에서는 첫 발사 이후 필요한 비용도 포함

하여 업데이트를 요구하고 있다

[14].

3.5 Artemis 프로그램과 향후 전망

2017년 Trump 정부로 바뀌면서 NASA의 개

발 계획은 다시 한 번 우선순위가 재설정된다

.

2017년 6월에는 Pence 부통령이 주재하는 국가

우주위원회

(National Space Council)를  부활시

켰고 

2017년 12월에는 대통령이 우주 정책 명

령 

1 (Space Policy Directive, SPD-1)을 발표하

며 우주 정책 목표가 민간 부문과 협력하여 달 

탐사를  우선적으로  하고  유인  화성  탐사는  장

기적으로  목표로  설정하였다

. 기존에  있던  유

인 소행성 탐사는 계획에서 빠졌다

.

2019년  3월  Pence 부통령이  2024년까지  사람

을  달에  착륙시키겠다는  목표를  발표하면서  달 

정거장

(Lunar Gateway) 완성과 달 착륙 목표가 

갑자기  앞당겨졌다

. 그리고  SLS 프로그램은 

Apollo의  쌍둥이  여신  이름을  따서  Artemis로 
변경된다

. 2024년 달 착륙이 최우선 순위가 되면

서  달과  관련  없는  임무들은  배제되고 

Artemis

1, 2, 3호는  <그림  49>와  같이  달  착륙과  연관 
있는  임무만  수행한다

. 2024년  이후는  2단계로 

정의하여 

Lunar Gateway 건설과  더불어서  <그

림 

50>과 같이 매년 1회 발사가 계획되어 있다.

달 착륙선도 최근에 국가주도 개발이 아닌 상업 

부문에서 조달하기로 하여 

3개 업체가 후보로 선

정되었다

[24].

우주왕복선

, Constellation, SLS, Artemis 등 미

국 유인 우주탐사계획의 변화를 보면 국가 위상

그림 49. Artemis 1단계 [25]


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20

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

에 맞는 개발 목표를 선정하고 이를 예산과 자원

으로  뒷받침하는  모습을  볼  수  있다

. NASA의 

발사체 개발 계획은 비용이 많이 든다는 비판이 

지속적으로  있다

. SLS 발사체  1기를  발사할  때 

Falcon 9 10기 이상을 발사할 수 있는 비용이지
만  달과  화성  등을  목표로  하기  때문에 

SLS는 

어쩔  수  없는  정치적

, 기술적  선택으로  보인다.

향후 언젠가는 상업 분야에서 더 크고 저렴한 발

사체를  만들어서 

SLS를 뛰어 넘는 날이 오겠지

만 

Artemis 계획은 달 탐사를 위해 현재 미국이 

제시하는  안전하고  체계적인  계획이다

. 과거를 

살펴보면 

2021년 미국 차기 행정부의 주인이 누

가  되는지에  따라 

2024년 달 착륙 계획이 바뀔 

수는 있지만 달은 어느덧 우리 곁에 아주 가까이 

다가와 있다

.

참고문헌

1. Comptroller General, “Cost-Benefit Analysis

Used In Support Of The Space Shuttle
Program”, Report to the Congress, June, 1972.

2. Roger Commission, “Report of the

Presidential Commission on the Space Shuttle
Challenger Accident, June 1986.

3. CAIB, Report of Columbia Accident

Investigation Board, August 2003.

4. George W. Bush, “Remarks on U.S. Space

Policy”, January 14, 2004.

5. NASA, The Vision for Space Exploration,

February 2004.

6. NASA, NASA’s Exploration Systems

Architecture Study, NASA-TM-2005-214062,
NASA, November, 2005.

7. John Connolly, Constellation Program

Overview, October 2006.

8. GAO, NASA Constellation Program Cost and

Schedule will Remain Uncertain Until a
Sound Business Case Is Established,
GAO-09-844, August 2009.

9. Human Spaceflight Plans Committee, Seeking

A Human Spaceflight Program Worthy Of A
Great Nation, October 2009.

10. Dale Thomas, Jeffrey M. Hanley, Jennifer L.

Rhatigan, and Deborah Neubek, “NASA’s
Constellation Program: The Final Word”,
INCOSE Systems Engineering, Vol 16, Issue
1, Spring 2013.

11. NASA, Constellation Program: Lessons

Learned, NASA/SP-2011-6127, 2011.

12. NASA, Space Launch System(SLS) Mission

Planner’s Guide, Rev.A, 2018.

그림 50. 미국 유인 우주프로그램 2021-2030 [25]


background image

박창수 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 3~21

21

13. NASA, “Preliminary Report Regarding

NASA’s Space Launch System and
Multi-Purpose Crew Vehicle”, January, 2011.

14. NASA Office of Inspector General, NASA’s

Management of Space Launch System
Program Costs and Contracts, IG-20-012,
March 10, 2020.

15. Richard O. Ballard, “Next Generation RS-25

Engines for the NASA Space Launch
System”, 2017.

16. Bill Hill, Marshall Smith, Exploration

Systems Development Update, March 2018.

17. John Hutt, Josh Whitehead, John Hanson,

NASA’s Space Launch System: Systems
Engineering Approach for Affordability and
Mission Success, AIAA Space and
Astronautics Forum, 2017.

18. Keith Hefner, America’s New Rocket: Space

Launch System, May 2014.

19. GAO, NASA Human Space Exploration,

“Delay likely for First Exploration
Mission”,GAO-17-414, April 2017.

20. GAO, NASA Human Space Exploration

Persistent Delays and Cost Growth
Reinforce Concerns over Management of
Programs, GAO-19-377, June 2019.

21. GAO, NASA Actions Needed to Improve the

Management of Human Spaceflight
Programs, GAO-19-716T, June 2019.

22. NASA, FY2021 President’s Budget Request

Summary, 2020.

23. NASA Office of Inspector General,

Management of NASA’s Europa Mission,
May 2019.

24. NASA Press Release, NASA Names

Companies to Develop Human Landers for
Artemis Moon Mission, May 2020.

25. Brian Dewhurst, Human Exploration and

Operations Mission Directorate(HEOMD)
FY2021 Program Review for HEO NAC,
April 2020.


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항공우주산업기술동향 18권 1호 (2020) pp. 22~27

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에서 보실 수 있습니다.

산업·정책동향

대한민국  위성산업화를  위한  기술감리  수행방안  및  국외동향

한동인*

1 )

, 정봉구*, 이창호*

Technical  Supervision  Implementation  Plan  for  Space 

Industrialization  of  Korea  and  Foreign  Trends

Han, Dong-In*, Jeong, Bong-Gu*, Lee, Chang-Ho*

ABSTRACT

In line with the trend of industrialization of satellite projects and the reform of the

domestic satellite development system, the Korea government establish a specialized business
management system-the technology supervision functions- to overcome the possibility of
failure of industrial-led satellite development projects, and to operate a system to support
technology management throughout all stages of satellite development projects. In this report,
it is reviewed the current status of technical supervision in the domestic and international
satellite sectors and explained the satellite technology supervision system and implementation
plan that it intends to apply to the second-phase development project of Compact Advanced
Satellite(CAS)

초  록

위성사업의  산업화 추세  및  국내 위성개발  추진체계 개편  방안에 따라, 정부는  산업체  주도 

위성개발사업의 실패 가능성을 극복하기 위한 기술감리 기능을 확대 적용한 전문화된 사업관리

체계를 구축하고, 위성개발사업 전 단계에 걸쳐 기술 관리를 지원하는 제도를 운영하고자 한다. 

이를 위해 국내외 위성분야 기술감리 현황을 살펴보고, 차세대중형위성 2단계 개발사업에 적용

하고자 하는 위성 기술감리 체계 및 수행방안에 대해 설명하기로 한다.

Key Words : 위성산업화(industrialization of satellite projects), 기술감리(technical supervision), 차

세대중형위성

(Compact

Advanced

Satellite), 체계종합(System Engineering and

Integration), 제작/조립/시험(Manufacturing, Integration, Test)

* 한동인, 정봉구, 이창호, 한국항공우주연구원, 위성연구소 위성임무보증연구담당

dihan@kari.re.kr, bgjeong@kari.re.kr, chlee@kari.re.kr,


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한동인 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 22~27

23

1. 서 론

대한민국은 

1992년  우리별 1호  발사를 시작

으로 

30여 년간 정부 주도로 위성개발 사업을 

성공적으로  수행하였다

. 2010년대 후반부터 위

성사업의  산업화  추세  및  국내  위성개발  추진

체계  개편  방안에  따라

, 정부를  통해  직접  예

산이  집행되는  산업체  주관  사업의  기술감리 

업무의 필요성이 점증하고 있다

.

정부는 산업체 주도 위성개발사업의 실패 가

능성을  극복하기  위한  기술감리  기능을  확대 

적용한  전문화된  사업관리체계를  구축하고

, 위

성개발사업  전  단계에  걸쳐  기술  관리를  지원

하는 제도를 운영하고자 한다

. 이에 2016년 국

가우주위원회의 결정에 따라 한국항공우주연구

(이하  항우연)을  「우주개발전문기관」으로 

지정하고

, 항우연이 차세대중형위성 2호 및 차

세대중형위성 

2단계(3호, 4호, 5호)에서 국내 산

업체가 주관하는 분야에 대한 기술감리 업무를 

수행하게 하였다

.

항우연은  국가우주위원회의  결정에  따라

,

2018년부터  차세대중형위성  2호  사업에  대한 
기술감리 업무를 수행하고 있으며

, 2019년 8월

부터  차세대중형위성 

2단계  사업에  대한  기술

감리 업무를 수행하고 있다

.

본 보고서는 국내외 기술감리 현황을 소개하고

,

대한민국  위성  기술감리의  수행방안에  대해 

설명하고자 한다

.

2. 국내외 위성 기술감리 현황

2.1  국내  위성  감리  현황

대한민국 위성개발 사업은 정부 주도로 항우

연이  실용급  위성을  개발하는  체계이므로

,

2017년까지 국내 위성분야 기술감리 적용 사례
는  없었다

. 2018년  차세대중형위성  2호  개발 

사업이 처음으로 실용급 위성을 산업체가 개발

하는  사업으로

, 항우연이  기술감리  업무를  처

음으로 수행하였다

.

항우연은 

2014년 국가우주위원회의 「차세대

중형위성 

1단계 개발사업계획」의 항우연 역할

지정에 근거하여 차세대중형위성 

2호 기술감리 

업무를  수행하였다

. 항우연은  차세대중형위성 

2호 기술감리 업무를 설계분야, 구성품 제작분

, 위성체  조립/시험  분야  및  발사/초기운용

분야로  나누어  수행하고  있으며

, 각  분야별로 

수행절차 및 점검항목 설정하여 기술감리 업무

의 객관성 및 일관성을 확보 하였다

. 설계분야

는  복제위성인  차세대중형위성 

2호의  특성을 

고려하여

, 1호 대비 설계변경 부분에 대해서만 

기술감리를  수행하였으며

, 구성품 제작분야 등 

설계분야  외  기술감리  업무는  차세대중형위성 

2호 개발일정에 따라 수행 중이다. 차세대중형
위성 

2호 개발사업이 종료되면 차세대중형위성 

2호 기술감리 사업도 종료되며, 국내에서 처음 
적용된 실용급위성 기술감리 체계에 대한 평가

가 수행될 계획이다

.

차세대중형위성 

2단계 개발사업에 대한 기술

감리  업무는  차세대중형위성 

2호  기술감리  수

행을 통해 축적한 경험을 바탕으로 차세대중형

위성 

3호, 4호 및 5호에 대해 수행될 계획이다.

차세대중형위성 

2호  대비  차세대중형위성  2단

계  기술감리  업무는  설계  분야  기술감리  업무 

와 주관업체

, 구성품 개발업체 및 위성품 조립

시험 업체에 대한 평가 업무가 추가 되었다

.

2.2  국외  위성  감리  현황

미국은 정부주도 위성개발사업 전 과정에 대

한  기술감리  업무를  위성  성능검증  수행  목적

으로 

NASA에 위성개발 기술감리 체계를 구축

하여  운영  중이다

. 위성개발  기술감리는  개발

공정 감독

, 규격 확정, 설계 검토 및 부품 제작

결과 검토 등의 업무를 수행하며

, 위성개발 성

능보증은  위성  시스템  품질보증  및  인증  절차 

수립과  위성시스템의  성능  분석  및  검증  등의 

업무를 수행한다

.


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한동인 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 22~27

그림 1. 미국 기술감리 체계

프랑스는 

ESA 프로그램, 자국  우주개발  프

로그램

, 자체 프로그램  모두 CNES가  독자 수

행하며 산업체 관리 업무를 수행 한다

. 우주개

발사업별로 학계 및 산업체와 계약하여 업무를 

수행하며

, 단계별  검토를  통해  산업체를  관리

감독

(외부전문가위원회를  통한  관리감독도  수

) 수행한다.

일본은  기술감리에  대해  조사

, 감독이라는 

용어를  사용하며

, 일본  정부가  투자하는  우주

개발사업 중 문부과학성의 발사체

, 우주탐사선,

우주과학위성사업과  타  부처사업  중 

ETS기술

실증위성

, 정보수집위성  등  R&D성  사업에  대

해  

JAXA에서 조사, 감독 업무를 수행한다. 일

본 정부가 투자하는 기업체 지원 

R&D 사업과 

정부수요  실용급  위성은  기업체와  협력개발 

및  경쟁 입찰  조달하며

, JAXA는  필요시  지원 

및  기술  자문  역할을  수행한다

. JAXA는  舊 

NASDA 조직에서  수행하는  대형  사업에  대해
서  주관기업을  선정하고

, 담당부서가  기술감리 

업무를  수행한다

.

주관기업은  원칙적으로 

JAXA의  지도하에서  사업을  추진하고, 구체적
인 역할 범위는 사업별 계약에 따라 상이하다

.

3. 위성 기술감리 

3.1  필요성

우주개발사업은  대규모  예산이  투입되어  하

나의 시스템만을 제공하는 사업으로 여타 양산 

사업보다 높은 위험 관리가 요구되며

, 실패 시 

이를  복원하기  위해서는  상당  규모의  예산  및 

기간이  소요되기  때문에  안정된  사업  추진이  

중요하다

. 하지만, 산업체는 기본적으로 이윤을 

추구하기  때문에  기술

·공정  적용  및  인력운용 

등에서  출연연과는  다른  사업  운영이  이루어 

질수 있기에 이에 대한 점검이 요구된다

. 이를 

보완하기 위해 사업 추진 시에 발생할 수 있는 

다양한  리스크에  대한  검토를  사업  주관  산업

체와  기술감리  기관이  이중적으로  수행할  수 

있도록  기술감리  체계를  구축할  필요가  있으

, 주관 산업체는 기술감리 기관의 검토를 바

탕으로  사업  추진에  집중할  수  있으며

, 위험 

관리에 소요되는 자원을 줄일 수 있다

.

또한

, 국내  위성개발  산업체의  실용급  위성

에  대한  체계  종합  경험  및  역량이  충분하지 

못한  상황으로  기술  감리  업무를  통해  명확한 

의사결정체계를  마련하여

, 산업체 주관 사업의 

전문성 보완과 효율적 업무수행을 위한 기반을 

제공할  수  있으며

, 산업체  업무  수행측면에서 

탄력성

, 유연성, 전문성 확보가 용이하고, 연구

개발의  품질제고

, 일정단축과 비용절감에 기여

할 수 있을 것이다

.

3.2  수행체계

기술감리는  체계종합  분야와  제작‧조립‧시험 

분야로 구분한다

.

체계종합  분야  기술감리는 설계  분야

, 발사

장 및 발사 업무 분야

, 그리고 초기 운용 분야

로  구분되며

, 각  분야에서  개발  단계  및 개발 

일정에 따라 개발업체 준비현황 점검

, 연구 성

과물에  대한  기술검토

, 설계  검토회의를  통한 


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한동인 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 22~27

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개발 결과물 평가

, 각종 개발위원회 참석, 발사

준비 현황 및 초기 운용 현황 감독 등의 형태

로  기술감리업무를  수행한다

. 설계  분야  기술

감리는 개발업체의  준비현황  점검

, 시스템  설

계 요건 분석

, 시스템 및 부분체에 대한 설계,

그리고 설계 적합성 분석 및 검증 업무를 대상

으로  하며

, 발사장 및  발사  업무  분야  기술감

리는 발사체 접속 및 발사 준비 업무를 대상으

로  한다

. 초기 운용  분야  기술감리는  위성  운

용 계획의 적정성 평가

, 초기 운용 준비, 그리

고  초기  운용  결과  평가  업무를  대상으로  한

. 체계종합  분야  기술감리  업무는  표  1과 

같다

.

표 1. 체계종합 분야 업무 개요

분 야

업무 개요

설계

Ÿ

개발  준비현황(개발 조직,  개발시스템, 개발
계획,  품질시스템  운영  현황  등)  점검  및 
지도/권고

Ÿ

수검기관의  개발  위험관리  적절성  평가 
및 지도/권고

Ÿ

설계검증회의(SDR, PDR, CDR) 내용 및 결과를 
분석하여,  시스템/서브시스템  요구조건이 
사용자 요구조건을 만족할 수 있도록 설정
되었는지 검증

‑ 시스템/서브시스템 요구조건이 구현 가능한지 검증
‑ 시스템/서브시스템 요구조건의 검증 계획이 

적절한지 검토

‑ 시스템/서브시스템 요구조건의 검증 결과 검토
‑ 차세대중형위성  1단계  개발사업을  통해 

검증된  기술을  효율적으로  활용하고  있
는지 점검

Ÿ

규격서 및 해석 결과 등의 연구 성과물을 
검토하여 요구조건이 적절히 구현되었는지 
검증

Ÿ

설계 개선사항 지도 및 권고

Ÿ

기술지원 등

발사장 

발사 

업무 

Ÿ

발사장 작업 및 발사기술 검토

Ÿ

발사체  주요설계회의(Launch  Vehicle  PDR, 
Launch Vehicle  CDR)  결과에  대한  지도/
권고/기술지원 등

Ÿ

발사 준비점검회의(LRR)가 적절히 수행되
었는지 평가하고 지도/권고

초기

운용

Ÿ

초기운용  준비  및  결과에  대한  지도/권고/
기술지원 등

Ÿ

발사  예행연습(Launch  Rehearsal)  및  위성
체  선적전점검회의(PSR)  등을  통하여  위
성 초기운용 계획이 적절하게 수립되었는
지를 평가하고 지도/권고

제작‧조립‧시험 분야 기술감리 업무는 구성품 

개발 분야 및 위성체 조립‧시험 분야의 업무에 

대하여 개발 단계 및 개발 일정에 따라 구성품 

개발업체 개발체계 및 기술성 점검

, 위성체 조

/시험업체 준비현황 점검, 연구 성과물에 대

한  기술검토

, 개발 및 제작‧조립‧시험 관리현황 

감독

, 구성품  및  위성체에  대한  정부고객검사 

형태로  기술감리  업무를  수행한다

. 구성품  개

발 분야 기술감리는 구성품의 개발과 구성품의 

제작

/시험에 관한 업무를 대상으로 하며, 위성

체  조립‧시험  분야  기술감리는  열

-구조  검증모

(STM), 전기성능  검증모델(ETB) 및  위성체 

비행모델

(FM)의  조립  및  시험에  관한  업무를 

대상으로 한다

. 제작‧조립‧시험 분야 기술감리 

업무는 표 

2와 같다.

표 2. 제작‧조립‧시험 분야 업무 개요

분 야

업무 개요

구성품 

개발

Ÿ

구성품  개발업체  개발체계  및  기술성(개발
관리체계,  개발계획,  제품보증체계,  제작/
시험 준비현황 등) 점검 및 지도/권고

Ÿ

구성품  개발  및  제작/시험  관련  연구 
성과물 기술검토

‑ 규격서 및 해석 결과 등의 연구 성과물을 

검토하여 요구조건이 적절히 구현되는지 검증

Ÿ

구성품 개발 관련 설계검증회의 감독을 통
한 설계 검증 

‑ 구성품 요구조건이 적절한지 검토
‑ 구성품 요구조건의 검증 계획 적절성 검토
‑ 구성품 요구조건의 검증 결과 검토

Ÿ

제작준비점검회의(MRR), 시험준비점검회의
(TRR), 시험결과점검회의(PTR) 및 선적전
점검회의  감독을  통한  구성품  제작/시험 
준비 현황 점검 및 결과 검토

Ÿ

관련 위원회(CCB, MRB, PMPCB) 감독 및 지도

Ÿ

구성품 제작/시험에 대한 정부고객검사(GMIP) 등

위성체

조립
시험 

Ÿ

위성체  조립․시험업체  준비현황(조립/시험
관리체계,  조립/시험계획,  제품보증체계, 
조립/시험 준비현황 등) 점검 및 지도/권고

Ÿ

위성체 

조립/시험 

관련 

연구성과물 

기술검토

Ÿ

조립준비점검회의(IRR), 

시험준비점검회

의,  시험결과점검회의  및  선적전점검회의 
감독을 통한 위성체 조립/시험 준비 현황 
점검 및 결과 검토

Ÿ

관련 위원회(CCB, MRB, PMPCB) 감독 및 지도

Ÿ

위성체 조립/시험에 대한 정부고객검사


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한동인 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 22~27

3.3  수행방안

3.3.1 개발업체 준비 현황 점검

시스템  개발업체의  준비현황  점검은  표 

3의 

주요 점검항목에 대하

여  수행하며

, 현장 평가를 

기본으로 한다

.

표 3. 시스템 개발업체 주요점검항목

구 분

주요 점검 항목

경영 
관리

Ÿ

프로그램 참여 가능 인원

Ÿ

과거 개발 실적

설계 
개발

Ÿ

개발 경험

Ÿ

설계 요건 설정 능력

Ÿ

기계 및 전자 설계 능력

Ÿ

설계 분석 및 검증 능력

조립 
시험

Ÿ

조립 시험 기술 능력 

Ÿ

장비 보유 현황

Ÿ

공정 보유 현황

Ÿ

작업자 숙련도

품질 
보증

Ÿ

품질 시스템 인증 현황

Ÿ

품질 보증 조직 현황

Ÿ

품질 시스템 운용 현황

구성품  개발업체의  준비현황  점검은  표 

4의 

주요 점검항목에 대하

여  수행하며

, 현장 평가를 

기본으로 한다

.

표 4. 구성품 개발업체 주요점검항목

구 분

주요 점검 항목

설계

개발
관리
체계

Ÿ

위성사업 참여경험

Ÿ

설계, 개발관리 조직 및 인력 현황

Ÿ

구성품 설계 및 개발체계

Ÿ

구성품 설계 및 개발 관리절차

Ÿ

구성품 개발 일정 및 계획

Ÿ

구성품 도면, 규격서 및 형상관리 등

제품
보증
체계

Ÿ

품질시스템 운영현황

‑ 품질시스템 체계
‑ 공인된 기관 또는 제3자 품질시스템 인증

획득 이력

Ÿ

제품보증 조직 및 인력 현황

Ÿ

제품보증 및 검사 계획 등

제작
준비
현황

Ÿ

도면 및 제작공정 절차서 현황

Ÿ

재료, 부품 및 제작공정 승인 현황(해당되는 
경우)

Ÿ

작업자 및 검사원 교육훈련/자격인증 현황

Ÿ

계측기, 장비 및 치공구 관리 현황

Ÿ

구성품 개발업체 작업장 및/또는 시설 현황 등

시험
준비
현황

Ÿ

시험인력 현황

Ÿ

시험 절차서 및/또는 규격서 현황

Ÿ

계측기 및 시험장비 관리 현황

Ÿ

시험시설 현황 등

위성체 조립/시험업체의 준비현황 점검은 표 

5의  주요 점검항목에 대하

여 수행하며, 현장 평

가를 기본으로 한다.

표 5. 위성체 조립/시험업체 주요점검항목

구 분

주요 점검 항목

조립

/시험

관리
체계

Ÿ

위성사업 참여경험

Ÿ

조립/시험관리 조직 및 인력 현황

Ÿ

위성체 조립/시험 일정 및 계획

Ÿ

위성체 조립/시험 체계

Ÿ

위성체 조립/시험 절차

Ÿ

위성체 조립도면, 시험규격서 및 형상관리 등

제품
보증
체계

Ÿ

품질(시험)시스템 운영현황

‑ 품질(시험)시스템 체계
‑ 공인된 기관 또는 제3자 인증획득 이력

Ÿ

제품보증 조직 및 인력 현황

Ÿ

제품보증 및 검사 계획 등

조립
준비
현황

Ÿ

작업자 및 검사원 교육훈련/자격인증 현황

Ÿ

계측기, 장비 및 치공구 관리 현황

Ÿ

조립도면, 공정 절차서 및/또는 규격서 현황

Ÿ

재료, 부품 및 제작공정 승인 현황(해당되
는 경우)

Ÿ

위성체(STM/ETB/FM) 조립시설 현황 등

시험
준비
현황

Ÿ

시험인력 현황

Ÿ

시험 절차서 및/또는 규격서 현황

Ÿ

계측기 및 시험장비 관리 현황

Ÿ

시험시설 현황 등

3.3.2 연구성과물에 대한 기술 검토

항우연은 수검기관이 개발 단계에 따라 산출

하는 연구성과물을 검토하여 연구결과의 적절성을

평가한다

. 연구성과물은 설계 단계, 구성품 개발

단계

, 위성체 조립/시험 단계, 발사준비/발사 단

계 및 초기운영 단계별로 다양하게 생성된다

. 세

부적인 기술검토 대상 연구성과물 목록 및 검토 

일정은  수검기관과  협의하여  결정한다

. 연구성

과물에 대한 기술검토 항목은 위성 개발 단계에 

따라

, 연구성과물의 성격에 따라 다양하므로 일

률적인 점검항목을 활용할 수는 없으며

, 항우연

기술관리감독자들의 경험을 토대로 평가를 수행

한다

.

연구성과물에  대한  기술검토는  문서  평가를 

기본으로 하며

, 필요 시 검토회의를 소집하여 수행

할 수 있다

.


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3.3.3 개발결과물 평가 및 현황점검

항우연은 위성체 개발 전 단계에서 수검기관이 

수행하는  개발결과물을  평가하고

, 현황을 점검

한다

. 설계분야에서는 시스템 설계 검토 회의를 

통하여 설계 현황을 감독하며

, 수검기관이 수행

하는 형상 관리 위원회를 통해 설계 형상 관리의 

적절성을  감독한다

. 구성품 개발분야 및  위성체 

조립

/시험 분야에서는 제작/시험 관련 점검회의 

및 관련 위원회 운영 적절성을 감독한다

. 발사 

준비 단계에서 수검기관이 수행하는 발사 준비 점검

회의 및 혹시 있을 수 있는 결함에 대한 결함 검

토 위원회 운영 적절성을 감독한다

. 초기운용 분

야에서는 시스템 설계 검토회의를 통해 초기 운

용을 위한 위성체 및 지상국의 임무 운용 적절

성을 감독하고

, 초기운용 비행운영실무회의, 초

기운용 예행 연습 평가 및 발사 준비 단계에서 

수검기관이 수행하는 위성체 선적전점검회의를 

통해 초기 운용 준비 상태를 감독한다

.

개발결과물  평가  및  현황점검은  참관평가를 

기본으로 하며

, 일정 등의 부득이한 사유가 있는 

경우

, 수검기관과 협의하여 서류 평가로 대체할 수 

있다

.

3.3.4 정부고객검사

항우연은 다음사항에 대하여 정부고객검사를 

수행한다

.

- 구성품(부분체/장비품)의 제작, 시험 과정 또는

최종 구성품에 대하여 도면

, 제작 규격서, 공

정 규격서

, 시험 계획서 및 요건 등

- 위성체 도면, 조립/시험 계획서 또는 절차서 

등에 대하여 열

-구조 검증모델의 조립/시험,

전기성능 검증모델의 시험 및 위성체 비행

모델의 조립

/시험. 위성체 조립/시험에 대한 

정부고객검사는  위성체  조립

/시험  시설에 

대한 점검과 검증모델 및 위성체 비행모델 조

/시험 검사로 구분하여 수행

- 발사형상 관련 도면, 조립/시험 계획서 또는 

절차서 등에 대하여 위성체의 발사 형상

4. 결 론

본 보고서를 통해 위성개발과 관련한 국내외 

기술감리 현황을 소개하고

, 대한민국 위성 기술

감리의 수행방안에 대해 살펴보았다

.

국내외 기술감리 현황에서 본바와 같이 위성체

개발분야에 대한 기술감리는 수행된바가 없으며

,

NASA, JAXA, CNES 등이  개발주체로써  협력
기관 관리를 수행한 바는 있다

.

항우연이  처음으로  수행하는  차세대중형위성 

2호 및 차세대중형위성 2단계 위성개발사업 기술
감리  수행체계  및  수행방안은  당  사업이  진행

되면서 정부

, 항우연 및 수검기관간의 협의 및 

평가를  통해  보완

, 발전해  나가야  할  것으로 

판단된다

. 이러한 과정을 통해 확립된 기술감리

체계는 향후 산업체가 주관하여 개발하는 다양한

위성 개발사업에 대한 기술감리 기준으로 적용 

가능하며

, 국가 우주개발 계획 및 산학연 기관별

역할 수립에 활용 가능할 것으로 기대된다

.


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항공우주산업기술동향 18권 1호 (2020) pp. 28~36

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에서 보실 수 있습니다.

산업·정책동향

소형위성  발사수요와  국내  우주수송산업  현황에  관한  조사

황신희*, 정호진**, 권세진***

1 )

A  Survey  on  Smallsat  Launch  Demand  and 

Domestic  Space  Transportation  Industry

Hwang, Sinhee*, Jung, Hojin**, Kwon, Se Jin***

ABSTRACT

In 2014, a constellation of twenty-eight 3U CubeSats (Flock 1) were put into the low earth orbit

by a space startup, the Planet Labs. Ever since then, these ultra smallsats have been a symbol of
the Newspace era. A number of national programs to build and launch these smallsats by 2030
and beyond are also underway in Korea, crying for more frequent flight opportunities. A dedicated
launcher for smallsats can provide a responsive solution for the demand of establishing smallsats
operation on multiple orbital planes. We conducted both quantitative and qualitative surveys on
those involved with the space industry in an attempt to spell out key factors that determine the
direction of future smallsat launch services. Subsequently, a customer survey, targeting those who
had participated in launch vehicle selection, was carried out to enhance the previous ones.

초  록

2014년 Planet Lab사의 28기 3U 큐브위성 군집 Flock 1의 발사를 필두로 현재 (초)소형위성 개

발이 뉴스페이스 시대의 중요한 키워드로 자리잡았다

. 이러한 추세에 대응하여 국내에서도 소형

위성 개발과 발사 수요가 

2030년까지 급격히 증가할 것으로 전망됨에 따라 발사일정과 발사빈도,

궤도면 형성  등에서 장점을  가진 소형발사체의  중요성 역시  부각되고 있다

. 이에 우주수송산업 

현황 조사와 동시에 국내 발사체 선정경험이나 계획이 있는 위성 분야 전문가 즉

, 고객 인식을 

파악하여 향후 한국형발사체 기술 기반 소형발사체 개발과 발사서비스 활성화를 위한 방향과 시

사점을 도출하였다

.

Key Words : Smallsat(소형위성), Small-lift Launcher(소형발사체), Expert Survey(전문가 설문), Space

Transportation Industry(우주수송산업)

***

황신희

, ㈜ 트리마란

hsh@trimaran.co.kr

****

정호진

, 한국항공우주연구원 정책연구부

hj ung@kari.re.kr

***** 권세진, 한국과학기술원 인공위성연구소

trumpet@kaist.ac.kr


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

29

1. 배 경

과거부터 군집위성에 대한 개념과 운영이 있

어  왔지만

, 2014년  1월  Planet Labs사가  무게 

4kg의 3U 큐브위성 28기로 Flock 1 군집을 발
사면서  본격적으로  소형위성에  대한  관심과  활

용이 위성 분야의 주요 동향으로 자리잡기 시작

하였다

[1]. 이후  OneWeb, SpaceX, Amazon 등 

수많은 기업과 항공우주 연구기관에서 소형위성 

군집임무를  계획하면서 

2019년 기준 향후 10년

간  발사될  소형위성의  수는 

8,588기로  과거  10

년간 발사된 

1,470기 대비 약 5.8배 증가할 것으

로  전망되고  있다

[2]. 나아가 현재 계획 중이거

나 진행 중인 소형위성 군집임무 수 역시 전세

계적으로 

100여 개 이상으로[3] 향후 해를 거듭

할수록 소형위성 발사 전망치는 

8,588기보다 지

속적으로 증가될 전망이다

. 소형위성을 통한 군

집이  활성화되는

[4-6] 이유는 IT 기술발전에 따

라 소형화 및 표준화가 가능해지고

, 상용부품의 

사용  활성화

[7]와  위성의  양산  개념이  실제로 

가능해졌기  때문이다

[8]. 이에  따라  위성 1기당 

제작 및 발사비용이 

1/30 수준 이하로 낮아졌으

, 이를 통해 (준)실시간 관측 혹은 통신이 가

능하다는 점이 큰 장점으로 작용하고 있다

[9].

소형위성  수요는  해외뿐만  아니라  국내에서

도 급증하고 있다

. 제3차 우주개발 진흥 기본계

[10]을 포함한  전반적인  국가계획[11]과  지자

[12-13], 스타트업을  포함한  국내  기업들[14],

출연

(연)[15] 등에서도  (초)소형위성에  대한  개

발계획을  최근  발표하거나  이행  중이다

. 최근 

소형위성에  대한  각  연구개발  주체에  대해  설

문  혹은  인터뷰를  수행한  결과  국내  소형위성 

개발 수요는 보수적 전망시 

2030년까지 연평균 

10기, 낙관적 전망시 연평균 30기 수준이 될 것
으로  예상된다

. 과거  10년간  국내에서  발사한 

소형위성수가 전체 

10기 내외라는 점을 감안하

[16] 전세계적으로 증가하는 소형위성 개발과 

발사수요에 비해서도 국내 소형위성 개발 수요

는 급속도로 증가하고 있다

<그림 1>.

그림 1. 국내 소형위성 개발 전망(2020-2030)

* 한국항공우주연구원 자체 설문조사 결과

<그림  1>의  낙관적  시나리오는  국내기업의 

소형위성 수출 성공

, 국가 및 민간의 소형위성 

개발계획의  성공적  이행

, 현재까지  추세에  따

라  미래에도  개발  가능성이  높은  계획들을  이

미  확정된  보수적  시나리오에  추가  반영하는 

형태로 조사가 되었다

.

그림 2. 국내 소형위성 발사수요 전망(2020-2030)

* 한국항공우주연구원 자체분석 결과

<그림  1>의  전망을  발사횟수  기준  수요로 

환산할 경우 본격적인 소형위성 발사수요가 형

성되는 

2024년부터  2030년까지  연평균  최소  2

회에서 최대 

6회의 소형위성 전용 발사가 필요

할 것으로 예측된다

<그림 2>.

한편

, 소형위성의 개발과 군집이 활성화됨에 

따라  소형위성  전용  발사체의  필요성도  함께 

증가하고  있다

[17]. 소형위성 전용 발사체(이하 

소형발사체

)의 경우, 탑재역량은 중대형 발사체


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30

황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

에  비하여 낮지만  잦은 발사빈도

(주기)로 인해 

발사일정과  궤도  형성에  유리하기  때문이다

.

실제로 최근 소형발사체에 많은 발사경험을 보

유하고  있는 

Rocket Lab사의  경우, 높은 발사

빈도를 자사의 큰 강점으로 내세우고 있다

[18].

본  연구에서는 국내  우주  분야 전문가  대상 

3차례의 설문조사와 인터뷰를 통해 상업우주수
송산업의 경쟁력 결정요인과 국내 산업 수준을 

살펴보고자  한다

. 나아가  위성  부문에서  발사

체  선정  경험이  있거나  예정인  전문가를  대상

으로  소형발사체에  대한  인식과  필요성

, 주요 

고려요인을  파악하였다

. 그리고 이를 종합하여 

국내외 소형위성

, 군집 추세 대응을 위한 소형

발사체  개발에  필요한  시사점과  함의를  통해 

개발방향 수립에 필요한 제언을 하고자 한다. 

2. 조사목적 및 방법

소형위성  수요  증가는  발사체  제작

·개발  및 

발사서비스에  대한  투자를  이끌고  있다

. 이러

한 투자에 따른 산업내 혁신은 발사 비용을 지

속적으로  낮추고

, 다시  소형위성  제작을  증가

시키는 선순환 구조를 형성하고 있다

. 즉, 소형

위성

, 발사체 및 발사서비스 증가의 선순환 구

조는 민간 중심의 상업우주수송산업 생태계 태

동과  성장의  계기를  마련하였다

. 그러나  국내

는 해외 대비 상업화와 민간 참여가 부족한 실

정이다

. 이에 우주수송산업 생태계를 조성하고,

소형위성 전용 발사체 개발과 발사서비스 발전 

방향과  시사점을  도출하기  위해  전문가  인식 

조사를 실시하였다

.

설문조사는  우주산업  전문가를  대상으로  하

였으며

, 2019년  11월  ~ 2020년  3월  동안  3회 

조사를  실시하였다

. 1 ∼  2차  조사는  2019년 

한국추진공학회 추계학술대회 참석자와 우주분

야  전문가를  대상으로  하였으며

, 3차는  위성 

개발과  달탐사

, 우주탐사  등  발사서비스  수요

자를 대상으로 하였다

<표 1>.

표 1. 설문조사 개요

구분

1차

2차

3차

목적

지원사업 

조사

국내 산업 
경쟁력 및 

장애요인 

조사

고객 인식 

조사

조사기간

2019. 11. 27. 

~ 12. 6.

2020. 2. 27. 

~ 3. 6.

조사방법

서면 및 e-mail

e-mail

조사대상

(명)

100

100

35 

응답자수

(명)

(응답률)

57

 (57.0%)

40

(40.0%)

20

(58.8%)

*  본  설문조사는  한국항공우주연구원  자체과제(뉴스페

이스시대  우주수송  경제성  및  상업화  방안  연구)의 

일환으로  실시하였으며,  설문조사  결과의  일부를  발

췌 및 인용 (미응답 항목은 분석에서 제외)

3. 설문조사 결과

설문조사  분석은  상업우주수송산업  경쟁력 

결정요인

, 산업생태계  관점에서의  국내  수준 

및  장애요인

, 소형위성  발사체  및  발사서비스

에 대한 고객 인식으로 구성하였다

.

3.1  상업우주수송산업  경쟁력  결정요인

상업우주수송산업  경쟁력은  발사체  기술뿐만 

아니라 발사비용

, 발사장 운영역량 등 서비스적

인  요소들도  포함하고  있다

[19]. 이러한  상업우

주수송산업  경쟁력  결정요인에  대한  설문조사 

결과

, 발사비용이 전체(1차 조사; n=57)의 39.4%

로  상업우주수송산업에서  가장  중요한  경쟁력 

요인으로 선택되었다

<그림 3>.


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

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그림 3. 상업우주주송산업 경쟁력 결정요인(n=57) 

(단위: 건, %)

* 복수응답 중복처리

특히  국내에서  발사체  및  발사서비스  선택 

결정에  참여한  경험이  있거나  예정인  고객

(n=14)은 발사체 신뢰성과 낮은 발사비용이 산업 
경쟁력을 결정하는 것으로 판단하였다

. 특히 고객

은 경쟁력 

1순위 선택에서 발사체 신뢰성(52.9%),

낮은  발사비용

(35.3%), 발사궤도(5.9%), 발사장 

위치

(5.9%) 순서의  비율을  보이고  있으며, 2순

위  선택에서는  낮은  발사비용

(37.5%), 발사체 

신뢰성

(31.3%), 법/제도(12.5%), 발사 일정 유연

(6.3%), 발사궤도(6.3%), 발사보험(6.3%) 순으

로 평가하였다

<그림 4>.

한편

, <그림 4>의 고객 샘플 수는 14명으로 

통계적으로  유의미하기  위한  수치에는  부족하

지만

, 현재  국내에서  정부예산으로  개발된  공

공 부문 위성수가 

2019년 12월 기준 총 17기이

, 이 중 나로호로 발사된 3기를 제외하면 해

외 발사체를 통해 발사된 위성수가 

14기인 점,

또  사업별  발사체  및  발사서비스  선정에  참여

하는 전문가가 중복되는 점

, 퇴직한 인원 등을 

포함하면  적은  모집단  내에서  많은  전문가가 

설문에 참여하였다

.

이상의 조사결과에 미루어 상업우주수송산업 

생태계  조성  및  성장을  위해서는  발사체  기술

혁신을  통한  낮은  발사비용과  신뢰성  확보가 

중요하며

, 산업생태계가 작동할 수 있는 법/제

도 마련이 요구되고 있음을 알 수 있다

.

그림 4. 고객관점 상업우주주송산업 

경쟁력 결정요인(n=14) (단위: %)

* 복수응답 중복처리

3.2  국내  산업  경쟁력  수준

세계  최고수준

(5점) 대비 국내 우주수송산업 

인식 수준을 파악한 결과

, 평균 2.2점으로 보통

(3점) 미만으로 나타났다.

그림 5. 국내 우주수송산업 경쟁력(n=59) (단위: 점)

* 5점 척도 기준 응답자 답변 평균값으로 분석: 

매우 높음(5) ~ 보통(3) ~ 매우 낮음(1점)

특히

, 시장과  기술  및  인프라가  낮은  것으로 

인식하고 있다

. 세부항목에서 전문인력 질적 수준

은 평균 

3.1점으로 가장 높게 평가된 반면, 기업의 


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32

황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

자본조달  역량

(1.7점), 산업재산권  보유수준(1.7

), 국내 시장규모(1.8점)는 낮게 평가되었다. 정

부정책  적극성  및  실효성은  각각 

2.5점과 2.2점 

수준으로 보통보다 낮게 평가되었다

<그림 5>.

그림 6. 국내 우주수송산업 경쟁력 수준에 대한 

응답자 전문 분야별 인식 차이(n=59) (단위: 점)

* 5점 척도 기준 응답자 답변 평균값으로 분석: 

매우 높음(5) ~ 보통(3) ~ 매우 낮음(1점)

응답자 전문 분야별 국내 우주수송산업 경쟁

력  수준  평가에서  발사체  분야  응답자  평균 

2.1점인 반면, 위성분야 응답자는 평균 2.4점으
로 답변하였다

. 세부 항목에서 정책 항목이 전

문 분야별 인식 차이가 가장 큰 것으로 나타났

. 즉, 발사체  분야  응답자는  정책  적극성과 

실효성이  낮다고  인식

(2.1점)하고  있지만, 위성

분야  응답자는  상대적으로  높게  평가

(2.7점)하

였다

. 정책 부분 외, 인력, 시장, 산업, 협력 분야 

차이는 크지 않은 것으로 조사되었지만

, 발사체 분

야 응답자 평균이 위성분야 대비 모두 낮게 나타

나고  있다

<그림  6>. 이는  발사체  분야  응답자가 

산업 경쟁력 수준을 더 부정적으로 인식하고 있다

는 것을 의미한다

.

고객이  평가하는  국내  우주수송산업  기술  수

준은 미국

(100점) 대비 61.1점 수준으로 나타났으

, 발사체  제작기술보다 발사서비스 기술이 다

른 국가 대비 더 크게 뒤쳐져 있는 것으로 인식

하고 있다

<그림 7>.

국내 우주수송산업 경쟁력 수준은 주요 선진국 

대비  보통  이하로  상업화를  실현하기  위해서는 

인력

, 시장, 기술 및 인프라, 협력, 정책 등 모든 

분야에서의 투자와 노력이 지속되어야 할 것으로 

판단된다

. 또한 고객과의 인식차이가 발생하는 분

야에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다

.

        

그림 7. 국내 우주수송 기술 수준에 대한 

고객 평가 결과(n=14) (단위: %)

3.3  우주수송산업  생태계  장애요인

국내 우주수송산업 생태계 태동과 성장의 장애

요인을  조사한  결과,  장애수준  매우높음(5.0점)을 

기준으로 평균 3.6점으로 나타났다<그림 8>. 

그림 8. 국내 우주수송산업 생태계 태동과 성장의 

장애요인(n=40) (단위: 점)

* 5점 척도 기준 응답자 답변 평균값으로 분석: 

매우 높음(5) ~ 보통(3) ~ 매우 낮음(1점)


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

33

특히

, 국내  시장규모  협소와  발사체  가격경

쟁력 부족

, 자금 확보 어려움, 발사 및 기술 검

증기회  부족

, 정부정책  부족이  장애수준  4.0점 

이상으로  답변하였다

. 이러한 높은 장애수준을 

낮추기 위해서는 지속적 기술혁신과 더불어 국

내  수요의  확대와  해외시장  진출  노력

, 끈기 

있는 정책 추진이 필요할 것으로 판단된다

.

3.4  고객 인식: 소형위성 발사체와 발사서비스

3차 우주개발 진흥 기본계획상 정부에서 계획하

는 

2030년 소형위성 발사서비스 제공 가능성에 대해 

고객에게 질의한 결과

, 현재 국내 우주수송산업 수준 

고려시

, 국내에서  발사체  및  발사서비스  선정에 

참여한 경험이 있거나 예정인 고객 

14명 중 응답

자의 

64.3%가 긍정 평가하였다. 구체적으로 2030년까

지 민간기업의 소형위성 발사서비스 제공 가능성

에  대해  매우  가능하다고  평가한  응답자는 

21.4%(3건), 가능하다고 평가한 응답자는 42.9%(6

)으로  나타났다. 불가능을  선택한 응답자는 국

가 역량 확보 후 기업체 

Spin-off 관점에서 2030년

까지 시간이 부족한 것으로 응답하였다

<그림 9>.

그림 9. 2030년 국내 소형위성 발사서비스 제공 

가능성에 대한 인식(n=14) (단위: %)

위성 발사 계획이 있는 고객

(응답자)은 13명으

로 파악되었으며

, 이 중 46.2%가 2020년 하반기에 

발사  계획이  있었다

. 30.8%는  2022년  이후  발사 

계획이 있는 것으로 나타났다

<그림 10>. 발사 계

획이  있는  위성에서 

500kg미만  위성이  약 

61.6% 수준이며, 계획  위성  규모별  비율은 

150kg 미만  30.8%, 150kg 이상  500kg 미만 
30.8%, 500kg 이상  비중은 38.4%로  확인되었다.
투입 궤도는 

13건 중 12건이 태양동기궤도(이하 

SSO)이며, 1건이  달궤도  전이방식(BLT/WSB)이
었다

.

그림 10. 고객 조사에 따른 위성 발사 계획(n=12) 

(단위: 기)

위성 

12기의  궤도별  비율은  Sub-orbital

25.0%(3기), LEO 66.7%(8기), GEO 8.3%(1기)이

, 위성  재방문  주기는  30분  1기, 90분  4기,

90분  초과  ~ 120분이하  5기, 정지궤도  1기로 
확인되었다

.

국내 소형발사체 서비스와 관련하여 응답자의 

40.0%가 비용이 중요하기 때문에 국내외에서 낮
은 가격의 발사서비스 이용을 선택할 것으로 답

변하였으며

, 그  외 ‘해외보다 비용(kg당)이 높더

라도 국내 소형발사체 서비스를 이용하겠다

’는 의

견이 

26.7%, 소형위성  운송비를  포함한  비용이 

해외보다 낮으면 국내 발사서비스 이용을 선호한

다는 의견이 

27.6%를 차지했다<그림 11>.

그림 11. 국내 소형발사체 서비스 이용에 대한 고객 

의견(n=15) (단위: %)

* 복수응답 중복처리


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

발사체  선정시  중요  고려요인은  발사서비스  비

(9.4점), 발사성능(8.4점), 용적(8.2점) 등의 순으로 

조사되었다

. 발사장  근접성과  위성  운송비  포함 

해외반출 편의성은 각각 

5.6점, 6.1점으로 나타났

. 본  조사는  <표  1>의  3차  설문조사  결과의 

일부로 

<그림 3>에서 도출된 발사비용, 법/제도,

발사 신뢰성의 결과와 다소 차이가 있다

. 즉, 실

제 발사서비스 선택 결정에 참여한 경험이 있거

나 예정인 국내 전문가들의 관점에서 발사 신뢰

성보다  발사체의  성능과  용적이  중요한  요인이

, 우주 분야 전체 관점에서는 향후 상업우주수

송산업  경쟁력을  위해  법과  제도가  중요하다는 

점에서 인식의 차이를 보였다

<그림 12>.

그림 12. 발사체 선정시 고객의 중요 고려요인(n=14) 

(단위: 점)

국내 소형발사체 이용 시

, SSO 발사서비스에 

대한  고객의  최소  수준  지불가격은  평균  약 

15,308달러/kg이며, 응답자(고객; 위성 분야 전
문가

)의 61.5%가 최소 수준 범위를 10,000달러 

이상 

~ 20,000달러 미만으로 선택하였다. 동일 

조건에서  고객의  최대  수준  지불가격은  평균 

약 

35,643달러/kg이며, 응답자의 57.1%가 최대 

수준 범위를 

30,000달러 이상 ~ 40,000달러 미

만으로 선택하였다

<그림 13>.

그림 13. 국내 소형발사체 kg당 SSO 발사서비스 

이용에 대한 고객의 지불의향 가격 범위(n=13) 

(단위: %)

 

과거에 발사했던 위성을 다시 발사하거나

, 현

재 계획  중인 위성을 발사하는 것으로 했을 때 

응답자는 

Dedicated와 Rideshare/Cluster 발사서

비스 방식을 공동 

1순위로 선택하였다. 2순위로 

Rideshare/Cluster 방식을  선택하였으며, 3순위
로 적합한 방식은 

Piggyback 방식으로 확인되었

. 이는 응답자가 주로 초소형위성보다 규모가 

큰 

150kg급 이상의 단독 정부위성을 만들고 있

는 고객들  비중이 높기  때문에 

Piggyback 발사

를 선호하지 않았을 것으로 예상된다

<그림 14>.

그림 14. 발사서비스 방식에 대한 

고객 선호(n=13) (단위: %)


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

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고객 인식 조사 결과 정부 계획인 국내 민간

기업 중심의 

2030년 소형위성 발사에 대해 긍정

적으로 인식하고 있는 것으로 나타났다

. 따라서 

이를 현실적으로 실현하기 위해서는 소형발사체 

개발  및  제작과  더불어  민간  발사서비스  운영 

고려사항

(발사비용, 발사장, 발사서비스  방식 

)과 민간으로의 기술이전에 대한 계획과 실천

이 병행되어야 할 것으로 판단된다

.

4. 시사점 및 결론

지속적으로  늘어나고  있는 

(초)소형위성  수

요에 대응하기 위해 제

3차 우주개발 진흥 기본

계획에서도  한국형발사체  기술을  기반으로 

2030년에  소형발사체를  개발하고  서비스하는 
것을 목표로 하고 있다

[10].

이를 위해 기술적으로는 발사비용과 성능

, 신

뢰성  확보를  위해  우리나라가  빠른  추격자로서

의 이점을 최대한 활용하여

[20] 타 국가 혹은 기

업의  모범사례와  혁신적인  기술을  종합적으로 

학습하고

, 단시간 내 적용하는 것이 필요하다.

정책적인 관점에서는 장기적으로 우리나라가 

상업우주수송산업  생태계를  형성할  수  있도록 

기술

, 인력, 시장, 인프라, 협력, 정책, 자금 등

의  관점에서  적시에  올바른  성과물이  나올  수 

있는  추진과제들을  발굴하고

, 선제적  준비와 

대응이  필요한  상황이다

. 특히  장애주순이  높

은  분야로  지적된  시장과  자금에  대한  정책적 

지원과 노력이 우선적으로 필요한 상황이다

.

다행스럽게도  시장  관점에서는 

2030년까지 

국내 소형위성 개발 수요가 

<그림 1> 내 보수

적 시나리오와 낙관적 시나리오 사이에서 전개

된다고  가정할  경우  일정  수준  이상으로  확보

될  전망이다

. 다만, 시기적으로  2024년부터  국

내 소형위성 발사수요가 본격적으로 시작될 것

으로  예측되기  때문에  국내  소형위성  전용  발

사 역량이 빠르게 확보될수록 유리한 상황이다

.

전문가 설문 결과

, 현재 국내 우주수송 산업

생태계의 수준에 대해서는 여러 측면에서 부족

한 점이 많고 태동기로 보는 시각이 우세하나

,

향후  소형위성  발사체  제작  및  서비스  가능성

에 대해 설문 응답자의 

64.3%가 긍정적으로 평

가하였다

. 특히 공공부문의 소형위성과 초소형

위성  군집에  대한  수요가  향후  꾸준히  발생할 

것으로  전망되어  이러한  미래  공공  부문의  소

형위성 발사수요 충족을 위해 한국형발사체 기

술을  기반으로  소형발사체로의  플랫폼  확장이  

빠르게  진행될  경우

, 국내에서  2020년대  중반

부터  발생하는  소형위성  발사수요를  흡수하여 

국내  위성  부문과  발사체  부문이  모두  상생발

전할  수  있는  선순환  구조를  형성할  수  있을 

것이다

. 아울러, 향후  개발될  미래  소형위성과 

군집의 공공수요를 레버리지로 잘 활용할 경우 

신뢰성을  확보하여  해외  위성의  발사서비스도 

가능할 수 있을 것으로 전망된다

.

마지막으로  국내  소형위성  발사서비스를  통

해  얻을  수  있는  또  다른  파급효과는  다음과 

같다

. 이는  소형위성  전용  발사서비스가  갖는 

장점인  잦은  발사빈도를  활용하여  현재  국가 

우주기술  로드맵상

[21] 국산화가 진행 중인 위

성을  포함한  다양한  우주부품들의  우주궤도상 

검증을  수행하고

, 검증이  완료된  부품의  실제 

미션에의  적용과  지속적  활용을  통해  국내  우

주기술의 자립과 산업규모의 확대로 이어질 수 

있다는 점이다

.

후 기

본  연구는 

2019년  한국항공우주연구원  자체

연구사업  재원으로  지원을  받아  수행되었으며

,

자체사업 내 경제성 및 상업화 방안 관련 연구

과제를 기획하신 한국항공우주연구원 기술사업

화실  조항석  선임행정원과  연구결과의  검토와 

자문을  도와주신  한국항공우주연구원  박정호 

정책총괄팀장

, 박주웅 선임연구원께 감사의 말

씀을 드립니다

.


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황신희 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 28~36

참고문헌

1. Wall, M. “First ‘Cubesats’ in Record-Breaking

Fleet Launched from Space Station”,
Space.Com, 2014. 2. 11

2. Euroconsult, “Prospects for the Small Satellite

Market”, 2019, pp.6

3. http://newspace.im (접속일: 2020. 6. 1)

4. Freeman, A. “Exploring our solar system with

CubeSats and SmallSats: the dawn of a new
era”, CEAS Space Journal, 2020, pp.1-12

5. Morse, J., “Enabling Space Science with

Smallsats”, AAS, 271-05.

6. Weissman, I., “Smallsat Surveillance

Constellations Using MIMO Radar”, IEEE
International Symposium on Phased Array
System & Technology, 2019, pp. 1-5

7. Euroconsult, “Prospects for the Small Satellite

Market”, 2019, pp.24-25

8. Euroconsult, “Prospects for the Small Satellite

Market”, 2019, pp.53

9. 최남미, 정호진, 박준우, 장태진, 정영진,

김종범

, “글로벌 항공우주 트렌드”,

한국항공우주연구원

, 2017, pp.76-77

10. 관계부처 합동, “제3차 우주개발 진흥 

기본계획

”, 과학기술정보통신부, 2018

11. 과학기술정보통신부, “초소형위성 

군집운용으로 국민의 안전 지킨다

”,

정책브리핑

, 2020. 2. 11

12. 허상천, “부산시, ‘해양나노위성’제작 본격 

추진한다

”, 뉴시스, 2019. 12. 10

13. 황봉규, “진주시, 관‧학‧연 힘 모아 초소형 

위성개발 나서

”, 연합뉴스, 2019. 11. 14

14. 조승한, 고재원, “‘우주산업 돈 된다’

민간기업들 우르르

”, 동아사이언스, 2019. 7. 8

15. 한상혁, 최연주, 조동현, 최원섭, 공현철,

김해동

, 최기혁, “한국의 큐브위성 개발 현황 

분석

”, 한국항공우주학회지, 제45권, 제11호,

2017, pp.976-979

16. 김시균, “美·中이 꽉 잡은 우주패권…한국은 

소형 위성으로 공략해야

”, 매일경제, 2019. 11.

27

17. Curiel, A.S., “The Changing Launcher

Landscape-A Review of The Launch Market
for Small Satellites”, 68th International
Astronautical Congress, 2017, pp.1-2

18. Patterson, J., “Rocket Lab’s first launch of

2020 to be for US military agency”, RNZ,
2020. 1. 22

19. Federal Aviation Administration, “Selecting

a Launch Vehicle: What Factors Do
Commercial Satellite Customers Consider?”,
FAA Quarterly Report, pp.1-7

20. Ankney, K.R. and Hidding, G. J.,

“Fast-Follower Advantages and Network
Externalities in I.T-Driven Markets”, Journal
of Information Science and Technology, Vol.
2, No. 2, 2005, pp. 7-8

21. 과학기술정보통신부, “국가 중점우주기술 

개발 로드맵 

2.0”, 2018


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항공우주산업기술동향 18권 1호 (2020) pp. 37~48

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에서 보실 수 있습니다.

산업·정책동향

도심  항공  모빌리티  산업  동향

전용민*, 오경륜*

1 )

, 이장호*, 정기훈*

Urban  Air  Mobility  Trend

Jun, Yongmin*, Oh, Kyung-ryoon*, Lee, Jangho*, Chung, Ki Hoon*

* 전용민, 오경륜, 이장호, 정기훈, 한국항공우주연구원, 항공연구소 스마트항공모빌리티선행연구담당

ymjun@kari.re.kr, bigoh@kari.re.kr, jh7677@kari.re.kr, khchung@kari.re.kr

ABSTRACT

Civilization has deepened the urban concentration of population, leading to the side effects of

traffic congestion and environmental problems. This has caused enormous social overhead costs and
degradation of urban residential environment. In order to overcome these, the development of urban
air traffic systems in connection with existing land transportation, which has been longed for, is
becoming possible through technological development in power electronics, distributed propulsion,
energy storage, and autonomous flight control. In order to preoccupy the Urban Air Mobility (UAM)
market, leading countries in the aviation industry are concentrating on investments in industries,
technology, and regulatory frame. In case of Korea, it is attempting to take an opportunity to build
a domestic industrial ecosystem that responds to preemptive investments by some industries. This
paper intends to review the expansion of UAM, which grows rapidly within a short period of time,
by region and sector, and share trends of domestic related industries and governments.

초  록

현대 문명의 발달은 인구의 도시집중화를 심화시켜 도심 교통 혼잡과 환경악화라는 부작용을 

초래하게 되었고

, 이로 인해 막대한 사회간접비용과 도심 주거환경 파괴의 원인이 되었다. 이를 

극복하기 위해 오랜 숙원이던 기존 육상교통과 연계한 도심 항공교통체계 개발이 전기식 동력

,

분산형 추진

, 에너지저장, 자율비행제어 분야의 기술발달로 가능해지고 있다. 항공산업 선두 국

가들은 태동기 단계에 있는 도심항공모빌리티

(UAM)를 선점하기 위해 산업체 투자, 정부·산업계 

기술개발 및 제도 정비에 집중하고 있다

. 국내의 경우, 일부 산업체의 선제적 투자에 호응하는 

산업생태계 구축의 기회로 삼으려 하고 있다

. 여기서는 단시일내에 급격히 커지는 도심항공모빌

리티의 팽창을 지역별

·분야별로 점검하고 국내 관련 산업과 정부의 동향을 공유하고자 한다.

Key Words : Urban Air Mobility(UAM), electric Vertical Take-Off and Landing(eVTOL), Urban Air

Traffic Management(UATM), Vertiport, UTM Service Provider(USP), NASA AAM
(Advanced Air Mobility)-NC(National Campaign), USAF Agility Prime


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

1. 서 론

문명의 발달과 인구증가에 따라 대도시의 인

구집중이  심화되고  있으며

<그림  1> 대도시를 

넘어  메가시티로  발전하고  있다

. 이러한  대도

시 및 메가시티는 기존 도심교통의 

2차원적 수

용 한계로 지상교통 혼잡 등에 의한 경제적 손

실이 크게

(‘15년도 도로교통혼잡으로 인한 국내 

사회적 손실 

33조원, 한국교통연구원) 발생되고 

있고  이로  인한  환경문제가  심각해져  새로운 

형태의  교통혁신의  필요성이  대두되고  있다

.

특히  지구온난화의  주범인  이산화탄소  발생의 

약 

16%를  차지하는  지상교통체계의  배출량 

절감을  위한  새로운  기술과  교통혁명이  필요

하다

.

그림 1. 도시인구 증가 추세(UN)[1]

이러한  새로운  교통혁신의  필요증대와  전기

동력

, IT, 무인항공기  등의  기술개발로  전기동

력 수직이착륙 비행체를 활용하여 도심의 공중

을  비행하며  화물  및  승객을  운송할  수  있는 

도심항공 모빌리티

(UAM: Urban Air Mobility)

가 대안으로 제시되었다

.

미국의  호출형  승객운송  서비스업체 

UBER,

유럽의  국제적  항공기  제작업체인  에어버스

,

스타트업인  릴리움

, 볼로콥터  등이  도심항공 

모빌리티의 일환인 에어택시 사업화 계획을 발

표하며  전세계적으로  기술개발

, 관련법규/제도 

정비 및 사업화 준비에 박차를 가하고 있다

.

도심항공모빌리티는  기체

(eVTOL), 교통관리

(UATM), 서비스, 건설, 전문인력, 금융, 보험 
등의 산업전반의 이슈를 포함하는 거대 규모의 

미래유망  신시장으로  미국  최대  투자전문사인 

모건스탠리는 

2040년 전세계 도심항공모빌리티 

총시장

(TAM: Total Available Market)을 1천 8

백조원으로  전망하고  있으며

<그림  2>, 이러한 

미래  신시장  선점을  위하여  기술선진국의  항

, 자동차, 스타트업, 서비스  기업  등이  경쟁

적으로 개발 및 투자를 진행하고 있다

.

그림 2. UAM TAM(Base case, 모간스탠리[2])

2. 주요 정책 현황

UAM 분야에  대한  글로벌  정책지원은  항공

산업의 미래 시장 선점이라는 관점에서 적극적

으로 추진 중이다

. 기존 민수항공의 양대 축인 

미국과 유럽이 각기 다른 방식으로 

UAM 분야 

기술개발과 필요한 인프라 구축을 지원하고 있

으며  민수항공산업화를  위한  인증체계  구축에 

우선적으로 정책지원이 집중되고 있다

.

기존 항공과 다른 항공기 형상

, 운용방식 및 

인프라 등을 지원하기 위해서 전방위적인 정책

지원 현황을 주요 국가별로 정리해 보았다

.

2.1  미국

백악관과 미 의회가 중심이 되고 

FAA, NASA,

산업표준화기구  및  관련  산업체가  합동으로  신

개념 항공기 인증 및 신시장 선점을 위한 노력

을 국가차원에서 집중하고 있다

.<그림 3>


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

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그림 3. 미국의 국가적 eVTOL 시장 선점 노력

- 백악관은 `21년 미국 R&D 예산 우선집행 대상

으로  미래  산업  선점  분야의

“eVTOL (electric

Vertical Take-Off and Landing) 인증[3]”을  지

(`19.7)하고, `20년 관련 예산 소요 및 집행 

방안 구체화에 착수함

.

- FAA(Federal Aviation Authority)는 eVTOL 인

증기술기준으로  이미 

`17년  성능기반요구도 

형태로  개정한 

FAR 23[4] 기반으로  FAR

21.17(b) 적용을  공식화하고  다수의  eVTOL
기체에 대한 감항인증절차를 진행 중임

.

- 미국 주도의 국제 표준화 기구(ASTM: American

Society for Testing and Materials, SAE :
Society of Automotive Engineers, RTCA :
Radio Technical Commission for Aeronautics)
와 

미국 

소형항공산업협의회

(GAMA

:

General Aviation Manufacturers Association)가 
기체인증기술기준  적합성  입증을  위한  산업

표준 형태의 기준을 수립 중이며

, `20년내 우

선 순위가 높은 기준부터 발표 예정임

.

그림 4. NASA-FAA 협력구도 (NASA)

- NASA는  `14년이후  Transformative Vertical

Flight 사업을 통해 eVTOL 기체 연구에 착

수하여  과거  회전익기  개발에  투자하던  역

량을  시험

·시뮬레이션을  통한  인증기술기준

의  정량화에  필요한  기술지원을  수행하고

,

UAM 활성화를  위해  다분야에서  <그림  4>
와 같이 

FAA와 협력구도를 구축함.

2.2  유럽

유럽 민간 감항당국

(EASA: European Union

Aviation Safety Agency)이  중심이  되고  유럽 
표준화기구

(EUROCAE: European Organisation

for Civil Aviation Equipment)가 실무를 담당
하여  유럽  산업체  요구에  발빠르게  대응하고 

있으며

, 기존  항공분야와  달리  미국  FAA보다 

빠르게 

UAM 인증체계 구축 중이다.

[sg1]Process  Standard 
for  crash-  worthiness 
test  of  battery  systems 
for  eVTOL  applications 

[sg3]Information  security 
guidance  for  VTOL  and 
collaborative  systems 

[sg1]Guidance  on 
determination  of  SoC  and 
SoH  applied  to  the 
battery  for  eVTOL 
applications 

[sg3]Guidance  on  Hazard 
and  Safety  Assessment 
from  Aircraft  down  to 
system  level  for  VTOL 

[sg1]Technical  Standard 
on  Rechargeable  Lithium 
Batteries  in  eVTOL 
applications 

[sg3]Specific  Risks 
Assessments 

[sg1]Guidance  on  use  of 
high-  voltage  electrical 
distribution  for  eVTOL 
applications 

[sg3]Guidance  on  the 
demon  -stration  of 
acceptable  occupant 
safety  -  injury  prevention 
measures 

[sg2]Guidance  on 
designated  fire  zone  for 
VTOL 

[sg3]Guidance  on 
Emergency  Landing 

[sg2]Guidance  for 
Common  mode  analysis 
for  lift  -  thrust  system 
for  VTOL  enhanced 
category 

[sg4]VTOL  mission 
profile  definition 

[sg2]Guidance  for 
rotorburst  analysis  for 
VTOL  enhanced  category 

[sg4]VTOL  FBW  control 
systems 

[sg5]VTOL  landing  sites 

[sg4]Environmental 
Conditions  and  Test 
Procedures  for  Airborne 
Equipment  -requirements 
for  VTOL  in  Urban 

[sg5]VTOL  charging 
infrastructure 

VTOL  ConOps  for 
standard  operating 
scenarios 

표 1. EUROCAE가 우선 완성하려는 AMC 목록

- EASA는 신개념 eVTOL에만  적용 가능한 기

체인증기술기준 

“SC-VTOL-01[5]”을 공식화하


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

(`19.7) 이를  기반으로  인증에  착수하였고,

eVTOL 업체로는  최초로  Volocopter에  DOA
(Design Organization Approval)를  승인하여
(`19.12) 유럽 산업체 지원 중임.

- EUROCAE는 EASA와 협업하여 SC-VTOL-01

의 적합성 입증 기준이 될 수 있는 산업표준 

중  우선순위가  높은 

17종을  `20년  중반까지 

공식화 예정임

.<표 1>

- EASA는 상용 eVTOL에 적용해야 하는 중요 기

술목표 

4가지를  제안: ①시스템  고장율  10-9

/DAL A, ②Common mode failures 적용, ③
No single failure lead to catastrophic, ④카테
고리별  비상착륙  요구도를  분리

(Basic: 긴급안

전착륙

, Enhanced: 인근 착륙장 비상착륙) 제시

2.3  기타

싱가폴 항공당국은 

UAM 운용 및 서비스 실

현을 위하여 

EASA, Airbus 등 EU권의 기관들

과  공동으로  기술공유협정

, 시범사업을 진행하

며 상용서비스에 대비한 운용인프라 구축에 주

력하고  있다

. 싱가폴은  특히  ATM과  UTM의 

통합을  주  관심영역으로  두고  솔루션  개발을 

위해 자체기술연구와 해외기관과의 기술공유를 

병행하고 있다

.

중국 항공당국은 

UAM 산업육성의 핵심이슈

인  감항인증  분야에  집중해서

, 감항인증  발행,

민간기업이 참여하는 감항표준 및 인증방법 연

구 등을 진행하고 있다

. 중국 항공당국은 적격

한  감항관리시스템을  구축하고  제품이  감항표

준을  충족하면  감항인증서를  발급할  예정이며

,

첫  수혜자는 

EHang사가  될  것으로  전망된다.

Ehang사는  광저우시에  UAM 운용을  위한  기
본인프라를 구축하고 운항안전규칙을 개발하는 

등 

UAM 시장 선점을 위한 노력을 민관 합동

으로 추진 중이다

.

일본은 경제산업성 주도로 산업구조심의회에

서 미래항공기 산업에 대한 연구개발을 지원하

도록  법제도  규제를  개선하고

, 경제산업성/국

토교통성이 민관협동으로 항공이동혁명을 위한 

로드맵

(‘18.2)<그림  5>을  민관협의회를  구성하

여 도출하였다

. 도요타, 후지쯔 등 15개 기업이

출자한 

‘카티베이터(CARTIVATOR)’는  UAM의

공동 기술개발

, 스타트업 기업 지원 등에 이르

는 다양한 활동들을 전개하고 있다

.

그림 5. 일본 항공모빌리티 혁신 로드맵

(일본 경제산업성)

3.  산업분야별  현황

3.1  비행체  (eVTOL)

3.1.1 분산 전기식 추진시스템

분산  전기식  추진시스템

(Distributed Electric

Propulsion System: DEPS)은 UAM이 실현화되
는데 가장 중요한 기술이다

. 이 기술은 전기관

련  기술

(전기동력, 전기에너지  저장, 전기관리 

)이  발달하면서  전기만으로  비행에  필요한 

충분한  동력을  발생시킬  수  있으면서

, 다수의 

추력장치를  분산시켜  추력장치별  부하를  절감

하여 효율과 소음의 이득을 가질 수 있게 하였

. 전기식 추진시스템(EPS)의 하위 계통 구성

은 

ASTM 기준[6]을 참조로 <표 2>과 같이 구

성할 수 있다

.

전기식  추진시스템의  일종으로  두  가지  이상

의 에너지원을 사용하는 하이브리드 방식이 있으

, 수소연료전지  또는  엔진과  배터리를  함께 


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

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사용하는  경우가  대표적이다

. 두  가지  에너지

원을  병행  사용하는  방식은 

<그림  6>과  같이 

다양하여 항공기의 목적에 따라 결정한다

.

전기  추진  계통  (EPS)

전기추진 

계통관리  (EPmS)

DEP  추력  통합제어  및 
재형상  기술  등

전기식  추진장치 

(EPU)

모터,  Powerelectronics, 
발전기  관련  기술

에너지  저장장치 

(ESS)

배터리,  패키징,  BMS  관련 
기술

에너지분배장치 

(EDS)

전력분배  및  전력관리  장치 
관련  기술

추력장치 

(Thruster)

로터,  프로펠러,  기어박스 
관련  기술

표 2. 전기추진계통 기술 구성도

그림 6. 다양한 하이브리드 개념도[7]

수소연료전지  드론은  최근

(`20년  4월) 두산 

모빌리티이노베이션이  제주도에서  실증비행을 

수행한 바 있으나

, 수소연료전지 기반의 하이브

리드 추진시스템을 장착한 항공기 비행이 보고

된 바는 없다

. 다만 지속적인 연구개발로 단기

간내 

eSTOL(electric

Short

Take-Off

&

Landing)에 적용될 수 있으리라는 기대가 있다.

가스터빈엔진 기반 하이브리드 추진시스템은 

기술 완성도는 높으나 중량 및 시스템 복잡도가 

증가하는 단점이  있어  소형

(5인승급) 단거리용

(수십km 이내) eVTOL 보다는  장거리 비행이 
필요한 

eCTOL(electric Conventional Take-Off

& Landing)에  더  적합할  것이다. Bell社의 

NEXUS 6HX나 E-FAN X 사업 중단은 하이브
리드 기체 시장화의 난점을 보여준다

.

그러나 

eVTOL이라는 신개념 비행체의 대중

수용성  향상을  위해  선제적으로  공공서비스용

(응급구조, 재난지원 등) eVTOL을 단시간내 개
발하고자 할 경우 배터리 에너지밀도의 한계로 

하이브리드 형태가 적합한 대안이 될 수 있다

.

3.1.2 저소음화 기체

Uber는 UAM 시대에 필요한 에어택시 기체 

기준으로 기존 동급 회전익기 대비 

15dBA이상

의 소음저감을 제시하였다

. eVTOL의 도심운용

을  가능하게  하는  블레이드  소음  저감  기술로

, <그림 7>과 같이 미래 도심항공모빌리티의 

시장형성을  위한  저소음  요구도  충족을  위해 

기존 회전익기 대비 블레이드 저소음화가 필요

하고

, 대중수용성  확보를  위한  많은  요소  중 

소음저감은 대중수용성 확보 이외에 민원 발생

의 여지를 줄이고 도심 내 다양한 장소에서 운

용이 가능하게 하는 필수적인 요소기술이다

.

그림 7. 소음과 사업성의 관계(UBER)

3.1.3 자율비행제어

Morgan Stanley 등이 미래 UAM 시장 활성

화 필수 요건 중 하나로 제시하는 기술이 조종

사가  없는  완전  자율비행이  가능한  기체의  실

용화이다

. 4~5인승급  eVTOL이  도심  교통문제 


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

해결에  기여하고  대중이  택시처럼  이용할  수 

있기  위해서는 

eVTOL 운용규모가  수천대/일 

수준이어야  하며  이를  위해  많은  조종사가  필

요한데

, eVTOL 조종사  인건비와  에어택시의 

운임

(일반 택시보다 조금 더 비싼 수준)을 고려

하면 수익성을 기대하기 어렵다

. 따라서 경제성 

확보를  위해  조종사가  필요  없는  자율화된 

eVTOL 개발이  필요하다. 자율화  기술은  정부
의  관련  제도  수립과  병행되어야  하며  나아가 

사회적  수용성  역시  중요하다

. eVTOL 운용에 

필요한  다양한  제어를  인간이  아닌  기계가  자

율적으로 제어할 수 있는 기술

, 제도 및 사회적 

분위기를 단계적으로 조성해가고

, 이를 위해 센

, 알고리즘 등의 기술적 개발 요소와 관련 법

, 감항인증기준 등의 제도적인 요소들에 대한 

정의를  명확히 할 필요가  있다

. EASA는 `20년

초 자율비행제어의 중심이 되는 인공지능 기술

인증을  위한  인공지능인증  로드맵을 

<그림  8>

과 같이 발표하였다

.

그림 8. EASA 인공지능 로드맵(EASA)

3.2  도심항공교통관리  (UATM)

3.2.1 UATM 개발 가이드라인

Embraer X社는  에어택시  운용에  필요한 

UAM

교통관리시스템

(UATM:

Urban

Air

Traffic Management) 설계 시 고려해야 할 사
항으로  운항상황정보  공유

, 공역사용의 동등권

, 운용안전 위험 최소화, 공역사용의 최적화,

공역구조의 유연성 및 적응성 등 

5가지 원칙을 

제시하고

[8], 공역 및 절차설계(도시 공역 항로,

회랑 및 절차 생성

), 정보 교환(모든 이해 관계

자간의 공역

·비행 정보 교환 체계 구축) 2가지 

서비스를 

UAM이  운용을  시작하기  전에  설정

해야  하는  기본  서비스로서  정의하였다

. 비행

승인

(등록된 항공기 및 조종사 UATM 공역 내 

비행  승인

), 교통흐름관리(UATM 운용의  무결

성을 유지하기 위한 항공기 간 간격 유지

), 공

역 동적 관리

(항로, 회랑 및 공역 경계를 동적

으로 관리

)[9], 비행계획 대비 운항궤적 모니터

(비행계획 항로 준수 모니터링 및 비공식 상

황에서  조종사  지원

) 등  4가지  서비스를  공역 

및  항공편  관리를  위해  매일  제공되는  운영서

비스로 구분하여 제시하였다

.

- 모든  이해당사자  운항상황정보  공유 : 모든 

이해당사자가  동일

·정확·시의적절한  정보에 

접근하여  안전운용을  유지하기  위한  정보에 

입각한 결정을 내릴 수 있도록 해야 함

.

- 모든 이해당사자 균등한 공역 접근권 : 적절

한  장비를  갖추고  등록된  항공기가 

UATM

공역에 균등하게 접근할 수 있도록 해야 함

.

- 안전운용 위험 최소화 : UATM 안전 성능이 

현재의  도시  공역  운영  상황

(UATM 공역은 

고도 

150m 이하의  소형무인기  운용  공역과 

유인기  관제  공역  사이에  위치

)을  만족하거

나  초과함으로써  안전운용  위험을  최소화하

거나 완화해야 함

.

- 공역 사용의 최적화 : 전략적으로 배치된 공

역 구조 및 교통 관리 절차를 적용하여 도시 

공역 용량을 설계해야 함

.

- 유연하고 융통성 있는 공역구조 : 교통 수요, 기

상 조건 및 기타 조건의 변화에 대응하여 활성

, 비활성화 할 수 있고 또는 이동할 수 있는 

공역 구조

(경계, 항로, 회랑 등)를 개발해야 함.

기술적 진화는 

UATM 시스템을 강화하고 공

역의  수용능력  증대를  지원할  것이며

, 이렇게 

진화한 

UATM 시스템은 결국 도심 비행의 출

발부터  착륙까지의  모든  단계에서의  모니터링

,

관리

, 정보 소통을 위한 기술들이 어우러진 역

동적인 생태계가 될 것이다

.


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그림 9. UATM 서비스 간 상호작용 및 상호의존성

3.2.2 ATM과 UTM의 관계

공역은 한정자산으로서 그 활용을 극대화해야

한다

. 공역의  새로운  사용을  촉진하는  발전이 

필요하며

, 모든  공역층을  가로지르는  상업적 

운영과 공역 운영에 영향을 주지 않는 임무 변

동성을  관리해야  하고

, 사용  계층마다  상이한 

정보  요구사항을  수용할  수  있어야  하다

.

UAM을  위한  교통관리시스템  동향을  살펴보

, 미국의 경우 NASA가 개발했던 UTM의 운

영고도를  확장하여 

NASA의  AAM

NC

(Advanced Air Mobility National Campaign)
에 활용할 예정이며

, 유럽의 경우 U-space Gulf

of Finland 시연 프로젝트를 통해 U-space에서 
UAM 운용을  관리할  수  있다는  결론을  내렸

. 도심형 UTM을 개발하고 있는 싱가폴의 경

우도 

UAM을  싱가폴  UTM의  관리  대상으로 

보고 개발하고 있다

.

그림 10. UTM/UAM 간 정보 흐름구조

• 

ATM 통합 및 UTM 간 상호 운용성 [10]

- 표준에 의해 상호운용성 보장 : 자동화 정보 

통합을  위해  디지털  기술을  기반으로  각  기

술 계층 표준을 조정해야 하며

, 운용 및 서비

스 지향의 이벤트 중심 구조를 구성해야 함

.

- 핵심 정보 신뢰성 유지 : 비행의도, 공역제한,

운용제약

, 운용계획수정, 운용편차 등의 보안

등급

, 식별정보 등 핵심정보 신뢰도 유지 중요

•  협력 기관으로서의 

USP와 ANSP [10]

ANSP(항행업무제공자, Air Navigation Service

Provider) 운영 및 인증 표준은 유인항공교통의 

서비스 

분류

기본기술  구현

기초/요소기술

공역

  및 

절차 
설계

공역  및  절차  설계는  다음
의  항목들에  의해  구현됨.
•  Big  Data  분석  툴
•  그래픽  시현  툴
•  시뮬레이션  툴
•  공역  구조  데이터베이스

Big  Data  분석  툴  지원
을  위해  다음의  요소기
술들이  필요
•  교통정보  시스템
•  기상  정보  시스템
•  기타  정보  시스템(데모 

그래픽  정보시스템)

정보 
교환 

서비스

정보교환  서비스는  다음
의  항목들에  의해  구현됨.
•  첨단  네트워크  기술 

기반  지대지  UASP 
네트워크

•  무선통신(탑재항공전

자장비와  지상  통신장
비  간)  지대공  UASP 
네트워크

•  외부  네트워크와  상호 

연결된  보안  게이트웨이

외부  정보  교환의  지원
을  위해  다음의  요소기
술들이  필요
•  ANSP  네트워크
•  UTM  네트워크
•  인터넷

비행
승인

비행승인은  다음의  항목
들에  의해  구현됨
•  정보교환  통해  접근할 

수  있는  서버

•  비행승인  데이터베이스

비행승인  지원을  위해  다
음의  요소기술들이  필요
•  추적/교통  정보  시스템
•  기상  정보  시스템
•  교통흐름관리  시스템
•  공역구조  데이터베이스
•  정보  교환  시스템

교통
관리

교통관리는  다음의  항목
들에  의해  구현됨
•  빅  데이터  분석  툴
•  수동관리  상황을  위한 

비행관리  프로그램

교통흐름관리  지원을  위해 
다음의  요소기술들이  필요
•  추적/교통  정보  시스템
•  기상  정보  시스템
•  비행승인  데이터베이스
•  정보교환  네트워크

동적 
공역 
관리

동적공역관리는  다음의 
항목들에  의해  구현됨
•  의사결정  지원  능력이 

있는 공역관리 프로그램

•  빅  데이터  분석  툴
•  공역구조  데이터베이스

동적공역관리  지원을  위해 
다음의  요소기술들이  필요
•  기상  정보  시스템
•  비행승인  데이터베이스
•  교통흐름관리  시스템
•  정보교환  네트워크

부합성 

모니
터링

부합성  모니터링은  다음
의  항목들에  의해  구현됨
•  자동화  된  비행  모니

터링  프로그램

부합성  모니터링  지원을 
위해  다음의  요소기술들
이  필요
•  추적  정보  시스템
•  비행승인  데이터베이스
•  정보교환  네트워크

표 3. UAM 공역관리 설계의 요소기술


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안전하고  효율적인  흐름을  보장  위해  지속적으

로 개발되어 왔다

. 현재 중앙 집중식 ANSP 모

델은 강력하지만

, 비용도 많이 들고 확장하기에 

복잡한  구조를 가지고  있다

. 반면 UTM 개발의 

역사는 불과 

10년이 되지 않았으나, USP(드론교

통관리시스템  사업자

, UTM Service Provider)

관련 서비스는 빠르게 진화하고 있으며

, 이에 뒤

이은 표준화 작업이 뒤따를 것으로 예상된다

. 이

중 

USP는 구조 유형별로 중앙집중형, 자유연합

, 연합형으로 구분할 수 있다.

그림 11. 중앙집중형 구조

•  중앙집중형 

[10]

- 중앙집중화 구조 : 1개의 중앙 플랫폼.
- 중앙 플랫폼이 모든 서비스 수행
- ANSP 및 기관이 중앙 플랫폼에 연결
- 제한된 개방 시장에서 경쟁

그림 12. 연합형 구조

•  연합형

- ATM, 공공치안  등 중요한  서비스와의 단일 

인터페이스를 갖춘 

1개의 중립 중앙 플랫폼

- 중요하지 않은 서비스는 독립의 USP서 수행
- 신규 사업자의 시장에 대한 공정한 접근 가

능한 오픈 마켓

•  자유연합형 

[10]

- 비행정보관리시스템(FIMS) 역할
- USP가 수행하는 중요한 서비스 
- USP 간 조정 플랫폼
- 공통정보제공업체와의 제한된 상호 작용

그림 13. 자유연합형 구조

3.3  인프라

UAM은  eVTOL을  이용하여  도심에서  화물

과  승객을  안전하게  운송하기  위한  미래  공중

교통  서비스를  구축하는  것으로

, 기술, 규제,

사회적 수용성

, 인프라 등 각 분야에서 미해결 

이슈들을 안고 있다

. UAM 인프라는 Vertiport,

요금체계

, 환승체계, 항공교통관제시스템  등이 

있으며

, eVTOL은 특히 대중교통과의 효율적인 

연계  속에서  시장정착이  가능하므로  인프라의 

중요성이 특히 크다

.

BIS 리서치는  UAM 인프라를  vertiport, 충

전소

(Charging

Stations),

교통관리시스템

(Traffic Management Systems) 등 크게 세 가
지로 구분하고 있다

.


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그림 14. Uber Vertiport 개념도

-

Vertiport : eVTOL 기체를 위해 특별히 설계

된 공항과 동일하며 

UAM 시장에서 사용됨.

승객  탑승

, 이륙  및  착륙  지점, 충전  지점,

유지  보수  직원  및  주기  공간을  위한  영역

. Uber Elevate 프로그램  제안에  따르면 

vertiport는 최대 12대의 eVTOL 항공기를 위
한  공간을  가질  수  있다고  예측

. 하나의 

vertiport를 만드는 데  약 300~400만 달러의 
비용이 들며

, 이는 크기에 따라 비용이 증가

할 것으로 예상됨

.

- 충전소 : eVTOL은  배터리를  에너지원으로 

추진하는  방식으로서  특정  시간  간격  내에 

충전해야하므로 인프라 필수 요소임

. 본격적

인 에어택시

(Air Taxi) 서비스가 시작되면 도

시간

(Intercity) 장거리로  이동하는  에어택시

는 도심내

(Intracity) 단거리를 이동하는 에어

택시와  비교하여  배터리를  재충전하는데  더 

많은  시간이  걸릴  것으로  예상됨

. 리튬이온 

배터리는 효율과 전력이 더 높고 

20-30분 내

에 최대 

80%까지 충전할 수 있어 eVTOL에 

사용하기에  적합할  것으로  예상하며  충전소

를 설치하는 데 약 

10만 달러의 비용이 소요

될 것으로 예측

.

- 교통관리시스템 : 종합적인 서비스를 제공하

기  위해  함께  작동하는  여러  서브시스템의 

시스템으로  정의

. 교통관리시스템은  기상정

, 공역교통, 드론등록, 드론사업자  자격증 

등 실시간 정보를 수집하기  위해 다양한 데

이터 제공업체와 연계될 것으로 예상

.

그림 15. 상파울루에 대한 Vertiport 인프라 구축 

시뮬레이션 [Porche Consulting]

한편

, Porche Consulting(2018)은 도심항공모

빌리티의  상용서비스  초기에  필요한 

vertiport

를 도시당 

5개 안팎으로 추정하며, 메가시티의 

경우 

40~100개 정도로 충분한 서비스가 가능할 

것으로 예상하고 있다

. vertiport의 효율적인 운

용과  구축을  위해서는  도심지  빌딩  옥상의  헬

리포트 인프라가 매우 중요하며

, 그 밖에 고속

충전인프라

, 항공교통관리  인프라와의  결합을 

주요  요소로  꼽고  있다

. 도심내  및  도시간 도

심항공모빌리티  실현을  위해서는  도시별로  적

정한 규모와 수준의 인프라가 필요하지만 현재 

대부분 도시에는 항공운항 인프라가 거의 없는 

실정이며 이런 점은 미래 도심항공모빌리티 분

야의 큰 이슈 중 하나로 작용된다

.

- CNS(통신·항법·감시) : 안전하고  효율적인 

에어택시  운항관리를  위한  통신

·항법·감시 

인프라로서

, 현재의 공항과 상용항공기 중심

의 

CNS에서 촘촘한 네트워크형 도심 내 및 

도시  간  항공교통을  위한  무선

·지상 CNS로

의 전환이 필요

.

- 연계 교통체계 인프라 : 도심항공모빌리티 서

비스를  일반  시민들이  대중적으로  사용하기 

위해서는  기존  교통  결절점

(Node)과의 연결

성이  중요하며

, 그  연결  수준에  따라 

vertiport가  기존  교통체계에  융합되어  새로
운 교통 허브로  자리매김할 수 있을지가 결

정됨

- MRO (Maintenance/Repair/Overhaul) : 안전

한  도심항공모빌리티  서비스  제공을  위해서


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

는  에어택시의  감항성  유지가  필수적이며

,

이를  위해서는 

MRO 조직, 자격기준, 장소 

및  정비등급

, 감독기관  등의  제반  MRO 감

독 및 관리 체계 필요

- 인프라 투자 및 회수 : 도심항공모빌리티 인

프라의 신규 구축 또는  개축 등을 위해서는 

대규모 투자가 요구되는데

, 투자 주체(중앙정

, 지방자치단체, 민간사업자 등)의 투자 및 

회수를  규제하는  법

·규제  부재로  규제의  범

위와 수준을 가늠할 수  없어 실질적인 투자

계획 수립에 변동성이 높은 리스크 보유

4.  주요  프로그램

4.1  AAM-NC  (NASA)

미국 

NASA는  `18년  11월  UAM Grand

Challenge Industry Day를  열고  180여개  산학
연 기관들과 

UAM 안전도 확보와 운영 통합시

나리오 구축을 착수하였다

. 그후 도심과 더불어 

지방지역의  물품  및  승객  배송을  포함하고  전

기동력 수직이착륙 비행체와 더불어 

eCTOL 및 

하이브리드 전기추진을 포함하는 

AAM으로 대

상을 확대하여 현재 

AAM National Campaign

을 추진 중이다

.

총 

6단계의  UAM

성숙도

(UML:

UAM

Maturity Level) 확보를 목적으로 하고 있으며 
UML

1~4의  초기  4단계의  실증시나리오

(NC-1~4) 설정 및 요구도 등을 주도하고 있다.

그림 16. NASA UAM 성숙도(UML)

그림 17. NASA NC-1 시나리오

 

`22년  중반까지  NC-DT(Development Test),

NC-1를  통해  기체  안전성  시험  및  운영통합 
시험평가를 수행할 예정이며 

NC-1 시험평가는 

7개의 시험 시나리오로 구성되어 있다.
NASA는 기체개발자의 비행체와 운영서비스제
공자

(USS)의  교통관제시스템을  통합하는  운영

시험을  준비하기  위하여  비행체  및  공역의  가

상  시뮬레이션  검증

, HILS (Hardware in the

Loop Simulation)등과의  통합, 기존  헬리콥터
를  이용한  비행시험  데이터  처리시스템  준비 

등 사전준비를 수행할 예정이다

.

NC-1 이후에는 감항인증을 받은 기체와 운영

시스템을 사용한 사업모델의 순차적 검증을 수

행할 예정으로

, NC-2(`22년 중반~`24년 초)에서

는  공항과  도심외곽  간의  공항셔틀

(Ex-Urban

Airport Transfer)을, NC-3(`24년  초~`25년  중

)에서는  도심의  고정항로  여객서비스

(Air-Metro Operation) 및  항공  엠블런스(Air
Ambulance)를, NC-4(`25년 중반~`27년 초)에서
는  호출형  도심택시

(On Demand Air-Taxi)의 

성숙도를 평가할 예정이다

.

4.2  Agility  Prime  (USAF)

미국은  드론산업의  중국  독과점을  경험하면

서  항공시장  장악력을  놓치지  않기  위해  민수

분야이나  민군겸용  활용도가  높은 

eVTOL 분

야 지원을 결정하고

, 기존 군 획득사업과 다른 

방안을  제시하였다

. 기존  군  획득사업이  군용 

규격에  따라  군  전용장비로  개발  및  시험평가


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

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를  거치는  방식과  달리 

Agility Prime 사업은 

군이 필요한 요구도를 제시하고 이를 만족하는 

기체에  대해  미군이  갖는  역량

(시험인프라, 인

증인력 및 경험

)을 지원하여 민수인증 및 시장

진출을 가속화한 뒤

, 민수사양 그대로 군이 일

정물량을  구매하는  방식으로  진행된다

. 민수인

증용  비행시험이  여러  단계의  인증을  거치고 

제한된  지상  및  비행  인프라를  사용해야  하는 

것과  비교하여  미군의  인프라  및  전문인력을 

지원  받으면  개발일정

(비용)을  크게  단축시킬 

수  있을  것으로  기대하고  있다

. 특히  미군  지

원하의 시험평가는 그대로 

FAA 인증 데이터로 

인정받을 수 있다는 커다란 장점이 있다

. 다음

은 

Agility Prime에 미군이 예상하는 기대효과

와  요구도이며 

20년 12월까지 실기체 초도 비

행이 요구된다

기대

①기계적  단순함에  따른  낮은  유지비
②자율화로  높은  안전성,  적은  인력
③대량생산  가능
④분산추진으로  인한  저소음화
⑤수직이착륙으로  인한  활주로  불필요

요구도

유효하중:  3~8명
작전반경:  100  mile  이상
비행속도:  100  mile/hr  이상
비행시간:  1시간  이상

표 4. Agility Prime 요구도

5.  국내  현황

5.1  산업계  현황

최근 국내에서는 정부

, 산업계, 연구소, 학계 

등이  포함된  협의체를  구성하여 

UAM 로드맵 

마련

, 핵심기술 및 각종 제도마련 등 UAM 상

용  서비스  시장을  위한  준비를  활발하게  진행

하고  있다

. 특히, 현대자동차와  한화시스템  등 

대기업을  중심으로  미래  신산업  선점을  위한 

전략을 수립하고 해외 선진기업과의 전략적 제

휴를 포함한 제품기술 개발과 사업화를 추진하

고 있다

.

5.1.1 현대자동차

현대자동차는 

CES 2020에서  5인승급  eVTOL

(S-A1) 및 모빌리티 환승거점을 포함하는 미래 모빌리
티 비전을 공개하고 

UBER와의 협업을 발표하는 등 글

로벌 

UAM 상용화 시장 선점을 위해 적극적인 투자와 

개발을 진행하고 있다

.

- Smart Mobility Solution: PAV, Hub, PBV를 결합

한 통합 플랫폼으로 설계

.

- eVTOL(S-A1): 전기추진, Hybrid 기체, 조종사 포

함 

5명 탑승. 최고속도 290km/hr. 비행고도 1천~2

ft. 1회 충전으로 100km 비행. 충전시간 5~7분.

- PBV: 목적기반 이동형 지상 모빌리티 솔루션. 도

심 셔틀기능에 식당

/카페/호텔/병원/약국 등의 

부가기능을 모듈형태로 제공

- HUB: UAM과 지상의 PAV를 연결하는 모빌리티 

환승 거점

. PBV 결합에 따라 다양한 형태로 구성

그림 18. 현대자동차 UAM 비전 및 솔루션 개념

5.1.2 한화시스템

한화시스템은 미국 

Karem社 자회사인 Overair

社의 

5인승급  eVTOL(Butterfly) 공동개발에 

$25MN을 투자해 지분 30%를 획득하였다. 기체는 
전방 주로터 

2개와 후방로터 2개로 구성되며 4개 

로터가 모두 틸팅되는 형태이다

.


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전용민 외 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 37~48

그림 19. 한화시스템이 투자한 Overair사의 Butterfly 

에어택시 개념도

5.2  정부  현황

전 세계적으로 

eVTOL을 이용한 여객 운송까

지  포괄하는  도심항공모빌리티  신시장이  태동

하고 있으며

, 각국 정부의 이 시장을 선점하기 

위한  경쟁  강화  중인  상황에서  정부부처

(산업

, 국토부 각각) 주관으로 eVTOL 국내 도입에 

대한  기획이 

`19년  하반기부터  `20년  상반기까

지 한국항공우주연구원 주관으로 수행되었으며

,

국정현안점검조정회의

(`19.10)에서 미래비행체 상

용화  대비  수송

·교통분야의  새로운  제도  마련 

및 수송능력 점진적 확대를 통해 

`25년 이후 사

람이  탑승하는 

UAM에  대한  제도를  마련하고,

유상하중  기준 

200㎏이상  수송능력을  확보하기 

위한 「드론 분야 선제적 규제혁파 로드맵」이 확

정되었다

. 또한 `30년까지 20대 유망기술을 선정

한 

20-Wonder 프로젝트가  확정  발표되었다.

(`20.5)

6. 결  론

UAM에  대한  시도들은  현대  기술발전과의 

융합과 대중교통에 대한 사회적 변화에 힘입어 

멀지  않은  미래에    주문형  단거리  교통서비스 

시대를  구현  할  것이다

.

UAM 비행시연  및 

시범운용들은  낮은  위험수준의  도전들을  해결

해  가는  지속적인  발전을  통해  고밀도  자율운

항의  최종  단계와  관련된  고위험  도전들을  점

진적으로 해결해 나갈 것으로 전망된다

.

현재의 

UAM 산업적 투자 규모, UAM 기

체개발  업체  수

, UAM 서비스  제안자  수  및 

지금까지의  진행  상태와  기술  개발  현황  등으

로  미루어  볼  때

, 언제 UAM 시대가 도래 할 

것인가에 대한 문제는

, 언제 실현  가능한지에 

대한 문제가 아니라 

UAM 생태계에 대한 규제

환경과  운영정책이  얼마나  신속하게  전면적인 

UAM 서비스를 허용하느냐 문제로 귀착된다.

참고문헌

1. World Urbanization Prospects, UN, 2018

2. Flying Cars: Investment Implications of

Autonomous UAM, Morgan Stanley, 2018

3. FY2021 Administration R&D Budget

Priorities, Office of Science & Technology
Policy, White House, 2019

4. Title 14 Code of Federal Regulations, Part 23,

amendment 64, 2016

5. SPECIAL CONDITION Vertical Take-Off and

Landing (VTOL) Aircraft, EASA, 2019

6. Standard Specification for Aircraft Electric

Propulsion Systems, ASTM F3239–19, 2019

7. C.Bowman, J.Felder, “Turbo-and Hybrid-

Electrified Aircraft Propulsion Concepts for
Commercial Transport”, AIAA EATS, 2018

8. Flight Plan 2030, Embraer X, 2019

9. Urban Air Mobility Landscape Report - Initial

Examination of a New Air Transportation
System, MITRE, 2018 April

10. Drone Enable 3rd Symposium, ICAO, 2019


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항공우주산업기술동향 18권 1호      

기술동향


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항공우주산업기술동향 18권 1호 (2020) pp. 51~64

https://www.kari.re.kr/

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에서 보실 수 있습니다.

기술동향

드론용  하이브리드  동력시스템  설계  특성  및  개발  동향

김근배*

1 )

Overview  of  Development  and  Design  Characteristics 

of  Hybrid  Power  System  for  Drone

Kim, Keun-bae*

ABSTRACT

Hybrid power system is applied for drone to increase flight endurance by combining

engine-generator with battery. Hybrid power system consists of engine-generator as a main power
source, battery as an auxiliary power source and power management unit to control and
distribute the whole power. Design characteristics of hybrid power system can be determined
according to the drone configuration and the operating conditions. The important elements are
power distribution between engine-generator and battery, control stability of system voltage, high
efficiency rated performance, stability and reliability of system power unit. Currently, technology
development status and trends of engine, generator and hybrid power system for drone and the
hybrid powered drones are presented.

초  록

드론의  체공시간을  늘리기  위해서  배터리에  엔진-발전기를  조합한  하이브리드  동력시스템이 

적용되고 있다.  하이브리드 동력시스템은 주전원으로 사용되는  엔진-발전기와  보조전원용 배터

리  그리고  전체  동력을  분배하고  제어하기  위한  제어기로  구성된다.  하이브리드  동력시스템의 
설계 특성은 드론의 형상 및 운용조건에 따라서 결정될 수 있다. 엔진-발전기 및 배터리의 동력 

분배방식, 시스템전압의 안정적 제어, 고효율 정격 성능 및 시스템 전력계통의 안전성과 신뢰성 

확보가 중요한 요소이다. 현재 드론용 엔진과 발전기, 하이브리드시스템 기술개발 현황 및 하이

브리드 동력시스템을 적용한 드론 개발동향을 제시하였다.

Key Words : Drone(드론), Hybrid Power System(하이브리드 동력시스템), Engine(엔진), Generator(발

전기

), Battery(배터리), Power Management Unit(제어기)

* 김근배, 한국항공우주연구원, 항공연구소 항공추진연구부

kbkim@kari.re.kr


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

1. 서 론

일반적으로  배터리를  사용하는  소형  드론의 

경우  체공시간이  최대 

30분 내외로 짧기 때문

에  운용범위에  많은  제약이  존재한다

. 드론용

으로  사용되는  배터리의  에너지밀도는  휘발유

를  사용하는  엔진에  비해  아직까지  매우  낮아

서  앞으로도  상당  기간  배터리동력  드론의  체

공시간은  크게  개선되지  않을  것으로  전망된

. 자동차의 경우 기존 엔진만 사용하는 방식

에서  에너지  효율을  높이기  위해  엔진과  배터

리를  조합한  하이브리드  방식으로  발전했듯이

,

드론에서도 짧은 비행시간을 늘리기 위해서 배

터리와 엔진을 조합한 하이브리드 방식으로 진

화하고  있다

. 특히  출력  10kW급  이하  영역에

서  하이브리드  시스템을  적용한  소형  드론이 

많이  개발되고  있다

. 이러한  하이브리드  방식

은 드론의 운용조건 및 임무에 적합한 설계 특

성을  부여함으로서  체공시간을 

2배  이상으로 

연장하여  드론의  운용범위를  확장하고  전체적

인  에너지  효율을  높여주는  효과를  제공한다

.

이를 통해 드론을 경제적이고 실질적으로 다양

한 영역에서 운용할 수 있게 됨으로서 여러 분

야에  걸쳐  장기적으로  많은  활용이  기대되고 

있다

. 최근에는 연료전지를 적용하여 체공시간

을  증대시키는  드론도  출시되고  있으나

, 기술

적 성숙도와 신뢰성 향상이 필요하고 가격경쟁

력에서  불리한  실정이다

. 향후  상당기간은  배

터리

-엔진  하이브리드  방식이  장기체공  또는 

장거리 운항을 필요로 하는 드론시장을 주도할 

것으로 전망된다

.

드론용 하이브리드 동력시스템은 기본적으로 

엔진과  발전기

, 배터리  그리고  제어기로  구성

되며

, <그림  1>과  같이  드론의  모터-프로펠러 

추진장치로  전기동력을  공급한다

. 고정익 드론

의  경우  엔진으로만  구동할  수도  있지만  이륙

시  요구되는  큰  출력과  순항비행시  요구되는 

적은 동력을 하나의 엔진으로 운용해야 하므로 

비행조건에  따라서  엔진의  비효율적인  영역이 

존재한다

. 이에  반해  하이브리드  방식은  다양

한  요구동력조건에서도  엔진을  효율적인  작동

영역에서 운용할 수 있는 장점이 있다

. 반면에 

자동차용 하이브리드시스템은 감속조건에서 회

생동력에  의한  충전이  가능하지만  드론에서는 

회생동력을  사용하기  어려운  단점이  있다

. 그

러나 하이브리드 방식은 엔진의 복잡한 기계적

인  구동방식을  단순한  전기동력  공급방식으로 

전환해줄  수  있기  때문에  멀티콥터  방식의  드

론은  물론  미래형  분산추진  방식  비행체에  적

합하다고 볼 수 있다

. 현재 대부분의 소형드론

은 멀티콥터 형식을 적용하기 때문에 하이브리

드 전기동력 방식을 적용할 경우 중량 대비 체

공시간  및  동력운용  효율  면에서  기존  배터리 

또는 엔진만 사용하는 방식보다 유리하다

.

그림 1. 드론용 하이브리드시스템 구성

멀티콥터  방식  소형 드론은  비행  중 요구동

력  변화가  크지  않기  때문에  하이브리드  동력

시스템의  성능과  효율이  비행체의  운용성능에 

결정적  영향을  미칠  수  있다

. 반면  고정익 방

식의  소형  드론에서는  비행  중  비행체의  요구

동력  변화에  따른  에너지의  효율적  사용을  위

해서  하이브리드  동력시스템에서  엔진과  배터

리의  적절한  동력  분배  및  제어가  중요하다

.

여기서는  일반적으로  널리  사용되는  출력 

10kW급 이하의 소형 드론에 적용 가능한 하이
브리드 동력시스템의 설계 특성을 분석하고 전

반적인 개발 동향을 제시하였다

.


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

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2. 하이브리드시스템 설계 특성

2.1  시스템  개요

드론용 하이브리드 동력시스템

(이하 “하이브

리드시스템

”)은 높은 에너지밀도의 연료(대부분 

휘발유

)를 전기동력으로 변환하여 드론에 제공

한다

. 하이브리드시스템의 구성은 드론의 형식 

및 임무에 따라 직렬방식과 병렬방식으로 구분

할  수  있다

. 대표적인 드론용 직렬-하이브리드 

및  병렬

-하이브리드  구성방식을  <그림  2>와 

<그림 3>에 예시로 나타냈다[1-7].

직렬

-하이브리드  방식은  엔진-발전기  출력과 

배터리의  저장에너지를  통합한  전기동력  출력

을  프로펠러  구동모터에  공급한다

. 경우에  따

라서  배터리  출력  위주로  사용하고  엔진

-발전

기는  배터리를  충전하는  용도로  사용할  수도 

있다

. 이때  엔진은 최대효율을  낼  수  있는  영

역에서  정속  운용함으로서  연료소모율을  낮출 

수 있다

. 이 방식은 요구동력에 따라서 발전기

와 배터리의 출력 에너지를 조절할 수 있고 시

스템  구성이  단순하지만  동력전달과정에서  손

실이  큰  편이다

. 병렬-하이브리드 방식은 전기

동력과 엔진의 기계적 동력을 병행하여 사용하

는  방식이다

. 여기서  발전기는  모터와  겸용으

로  사용되거나  또는  엔진에  부가적인  힘을  제

공하도록 구성될 수 있다

. 병렬 방식은 시스템 

설계가 복잡하고 무거워지는 반면 엔진의 기계

적  동력을  직접  사용할  수  있기  때문에  직렬 

방식보다 효율을 높일 수 있는 장점이 있다

.

그림 2. 직렬-하이브리드 구성방식(예시)

(a) 고정익 추진방식

(b) 헬리콥터 추진방식

그림 3. 병렬-하이브리드 구성방식(예시)

대부분의  멀티콥터방식  드론에는  시스템이 

단순하고  경량화에서  유리한  직렬

-하이브리드 

방식이 적용되며

, 고정익 또는 헬리콥터 추진방

식의  드론에는  병렬

-하이브리드  방식의 적용도 

가능하다

. 또한  고정익  드론과  회전익  드론의 

요구동력  특성이  다르기  때문에  하이브리드시

스템의 운용방식도 달라질 수 있다

. 높은 양항

비를  갖는  고정익  드론의  경우  순항비행시  에

너지효율을 높이는 방향으로 접근할 수 있으며

,

이륙출력과  순항출력  비율을  고려하여  하이브

리드시스템  최적설계를  수행한다

. 여기서  드론

의  순항비행  요구동력과  배터리가  낼  수  있는 

연속적  출력에너지

(연속방전조건)을  일치시킬 

수 있을 경우

, 순항비행에 필요한 에너지는 기

본적으로  배터리가  제공하며  엔진

-발전기는  배

터리 충전 및 이륙할 때 필요한 부가출력을 제

공할 수 있다

. 이때 엔진은 연료소모율을 최소


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

화할 수 있도록 대개 스로틀 

60~75% 영역에서 

정속으로  작동함으로서  드론의  비행시간을  효

율적으로 증대시킨다

. <그림 4>는 하나의 사례

로서

, 한국항공우주연구원에서  개발한  QTP1)

드론의  미션프로파일을  예시로  보여주는  것으

로 정속 순항

/선회비행 임무를 나타낸다[5].

그림 4. QTP Mission Profile(예시)

멀티콥터 방식의 회전익 드론은 고정익 드론

과  달리 제자리비행

(호버링) 또는 저속의 임무

비행에  적합한  형식으로서

, 이륙출력과 제자리

비행시  요구동력의  차이가  크지  않기  때문에 

하이브리드시스템의 운용방식도 고정익 드론과 

달라져야 한다

. 이때 엔진-발전기의 정격출력은 

제자리비행시 요구되는 동력에 맞출 필요가 있

으며

, 배터리는  임무형상에  따라  변화되는  동

력을  보완하고  아울러  엔진

-발전기  고장  등의 

비상시에  드론을  안전하게  착륙시키는  용도로 

사용될  수  있다

. <그림  5>, <그림  6>은  각각 

고정익  드론과  멀티콥터  드론의  비행시나리오

에  따른  직렬

-하이브리드시스템  동력운용방식

을  개념적으로  나타낸  것이다

. 비행모드는  드

론 형상에 따라 시동

, 이륙/상승, 순항 또는 호

(제자리비행)모드로  구분할  수  있다. 고정익 

드론에서는  배터리가  우선적으로  동력을  공급

하고  발전기는  주기적으로  배터리를  충전한다

.

반면에 멀티콥터 드론에서는 발전기 출력을 위

주로 사용하고 배터리가 보조적으로 사용된다

.

1)  Quad-Tilt  Prop  :  QTP(약어)

그림 5. 고정익 드론-동력운용방식

그림 6. 멀티콥터 드론-동력운용방식

2.2  시스템  설계  특성

2.2.1 시스템 설계요소

기본적으로  드론용  직렬

-하이브리드시스템의 

설계는 드론이 요구하는 동력운용 시나리오를 토

대로 동력원 사이징에서 시작한다

. 시스템의 출력

요구조건이 설정되면 그에 따라서 엔진과 발전기 

그리고 배터리의 사이징 결과로 형상을 도출할 수 

있다

. 아울러 엔진과 발전기의 냉각방식을 검토하

여 냉각손실을 분석하고 시스템 동력전달 효율에 

따른 동력손실을 반영해야 한다

. <그림 7>은 멀티

콥터 형식의 드론에 적용할 수 있는 전형적인 공

랭식 직렬

-하이브리드시스템의 설계 구성요소를 

나타낸다

. 각각의 구성품 효율은 현재의 대표적인 

수준을 나타내며 냉각손실은 시스템의 설계과정

에서 확정될 수 있다

. 결과적으로 시스템의 동력

은 

(엔진  출력)×(발전효율)×(변환효율)×(배선효

)×(냉각효율)로 산출되어 최종적으로 프로펠러 

구동모터에 전달된다

. 실제 드론에 탑재되어 운용

될 때는 하이브리드시스템 자체의 배터리 충

/방


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

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전과정에서 발생할 수 있는 손실도 추가적으로 고

려해야 한다

[4].

그림 7. 공랭식 직렬-하이브리드시스템 설계

일반적으로

, 드론용 하이브리드시스템에서 최

종적으로 구동모터

(인버터)에 전달하는 동력은 엔

진의 최대연속출력 기준 

70~75% 수준으로 알려

져 있다

. 기본적으로 엔진은 사이징을 통해 도출

된 엔진 요구동력의 최소 

1.5배 이상의 최대출력

을 낼 수 있도록 선정되어야 한다

. 모터와 프로펠

러  효율을  고려할  경우  드론에서  실제  추력으

로  변환되는  엔진의  동력은  대략 

50% 수준에 

불과하다

. 이러한  손실을  줄이기  위해서는  발

전기와 컨버터

, 인버터 그리고 모터의 효율 증

대가  필수적이다

. 냉각손실은 공랭식과 수랭식 

적용에 따라 달라질 수 있으며

, 드론의 운용방

식에 따라서 최적의 냉각시스템을 선정하는 것

이  중요하다

. <그림 8>은 시스템 설계점을 중

심으로 엔진과 발전기의 운용영역을 예시로 나

타낸 것이다

.

그림 8. 하이브리드시스템 동력운용 영역

2.2.2 운용 특성 및 적용사례

하이브리드시스템을 드론에 적용하기 위해서

는 시스템의 안전성 확보 및 효율 증대를 위해 고

려할 사항들이 있다

. 기본적으로 드론의 프로펠러 

구동모터는 전압에 의해 출력이 제어되기 때문에 

시스템전압의 안정적 유지 제어가 중요하다

. 출력

이 일정할 경우

, 엔진-발전기는 정속조건에서 적

절한 냉각성능을 유지하고 최대 효율을 발휘할 수 

있어야 한다

. 또한 드론 운용과정에서 다양하게 

변화될 수 있는 부하 특성을 고려해서 제어기가 

발전기의 출력과 배터리의 저장에너지를 적절하

게 제어함으로서 

Surge 등의 영향으로부터 전력

변환에 관련되는 컨버터

/인버터와 배터리의 안전

한 운용범위를 유지하고 신뢰성을 확보할 수 있어

야 한다

. 또한 배터리의 잔여에너지수준(SOC)은 

드론의 안전성에 직접적인 영향을 미치므로 최소 

필요수준 이상으로 관리할 수 있어야 한다

.

<그림 9>는 일반적인 멀티콥터 드론의 비행

시나리오에  따른  하이브리드시스템  동력운용 

프로파일을 예시적으로 나타낸 것이다

.

그림 9. 드론 동력운용 프로파일(예시)

멀티콥터의 경우 대부분 제자리비행 내지 저

속으로 비행하기 때문에 소요동력이 대개 완만

하게  변화하나

, 운항중  외부환경이  급격히  변

할  경우  동력요구조건도  급격하게  상승  또는 

하강할 수 있다

. 이때 제어기는 시스템의 안전

한 운용을 보장하도록 

<표 1> 예시와 같이 전

체적인  정보를  모니터링하고  시스템을  제어할 

수  있어야  한다

. 시스템전압은  가능한  일정하


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

게  유지하되  전압변동에  따른  배터리의 

SOC

적정수준  관리  및  충전전류  제한에  따른  안전

성을 확보할 필요가 있다

.

표 1. 하이브리드시스템 동력운용방식(예시)

한국항공우주연구원은 정격연속 

6kW급 드론

용 하이브리드 동력시스템

(HPSD)2)을 개발하고 

있다

. <그림 10>은 시스템의 다양한 동력운용 시

뮬레이션 결과의 하나로서 

2시간 연속운용에 따

른 배터리 

SOC 변화 추이를 보여주고 있다.

그림 10. 시스템 동력운용성능(분석사례)

<그림 11>은 HPSD 시스템의 적용사례로서 대

표적인 운용시나리오를 나타낸 것이다

. 여기서 시

스템의 출력전압은 

50V로 설정되며 스로틀 자동

제어를 통해 전압을 관리할 수 있고

, 이륙 및 상승

단계에서 요구되는 부가적인 출력은 배터리가 공

급한다

. 드론의 비행과정에서 갑작스런 환경조건 

변화 또는 출력의 급격한 변화로 초래될 수 있는 

시스템 전압과 전류의 변동 발생시 제어기의 상태

정보 모니터링 및 자체적인 제어로직으로 대응할 

수 있으며

, 드론 조종사는 통신을 통해 시스템의 

모든 정보를 확인할 수 있다

.

2)  민군겸용[드론용  하이브리드  전원장치(6kW급)  개발]:  HPSD(약어)

그림 11. 시스템 동력운용 시나리오(예시)

하이브리드시스템의 이러한 모든 제어는 엔진

-

발전기와 배터리 전력을 통합하는 제어기

(PMU3))

에서 수행하며

, 하이브리드시스템이 드론에 탑재

되면 드론의 비행제어컴퓨터는 

PMU를 통해 비행

에 필요한 동력을 감시 제어할 수 있다

.

3. 하이브리드시스템 기술개발 현황

3.1  엔진

3.1.1 기술 동향

드론용 엔진은 가볍고 경제적이며 취급이 용

이한 

2-Cycle 방식의  왕복엔진이  널리  사용된

. 로터리엔진의 경우 왕복엔진보다 비출력(출

/중량)이 높은 장점이 있으나 상대적으로 가

격이 비싸고 운용유지가 까다롭기 때문에 제한

적인  사용에  그치고  있다

. 현재  드론에  많이 

사용되고 있는 엔진으로는 

3W, DA, MVVS 제

품이  대표적이며

, 냉각방식은  드론의  형식에 

따라서  공랭식과  수랭식  모두  적용  가능하다

.

또한  기존  기화기

(Carburetor) 방식의  단점인 

연료소모율을  개선하기  위해서  전자식  연료분

사장치

(EFI)를 적용하는 추세도 확대되고 있다.

최근에는 기존의 휘발유만 사용하는 엔진에 더

해서 케로신 계열의 항공유

(Jet A-1, JP-8 등)를 

사용할  수  있는  왕복엔진들이  개발되고  있다

.

대표적인 사례로 

<그림 12>와 같이 독일 Hirth

3)  Power  Management  Unit  :  PMU(약어)


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

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에서  개발  중인  동사의 

4201 엔진모델  기반 

4202 Heavy Fuel 엔진이  있으며  휘발유  대비 
포화증기압이  낮은  케로신  연료의  무화성능을 

향상시키는데 초점을 맞추고 있다

.

그림 12. Hirth 4202 HF Engine

3.1.2 국내 개발현황

국내에서는 현재 드론용 엔진을 전량 해외에서 

구매하여 사용하고 있다

. 한국항공우주연구원의 

6kW급 HPSD 시스템 개발과 관련하여, ㈜테너지
는  국내최초  본격적인  드론용으로  정격연속 

8.2kW급의 2-행정, 공랭식, 2기통-수평대향형 왕
복엔진을 개발하고 있다

[8].

<표 2>는 엔진의 주요 목표제원을 나타내며,

2021년 6월까지 개발을 완료할 계획이다. 이 엔진
은 해외의 동급수준 엔진 대비 비출력은 

5% 이상 

높이고 전자식 연료분사장치

(EFI) 적용으로 연료

소모율 개선을 목표로 하고 있다

. 또한, FAR 33을 

준용하여 

150시간 이상의 내구성을 검증할 계획

이며

, MIL-STD-810 환경조건을 준용하여 고도 

1km 이상, 저온/고온, 진동, 충격, 가속도, 모래/
먼지 환경에서 구동성능을 검증할 계획이다

. <그

림 

13>은 엔진의 형상과 크기를 보여준다.

그림 13. ㈜테너지 개발 왕복엔진

3.2  발전기

3.2.1 기술 동향

발전기는 엔진과 더불어 주전력을 공급하는 핵

심 구성품으로서

, 경량화와 효율 관점에서 접근할 

필요가 있다

. 드론용으로 사용되는 발전기는 대부

분 영구자석 방식의 시동

-발전기를 적용한다. 국

내에서는 

2017년 ㈜삼현에서 처음으로 5kW급 드

론용 내전형 발전기를 개발하였으며 출력밀도는 

1.6kW/kg 수준이다. 발전기는 고정자와 회전자 
배치 및 구동형식에서 내전형

(In-runner)과 외전

(Out-runner)으로 구분할 수 있다. 드론용의 경

우 통상 외전형이 중량과 효율 관점에서 유리하기 

때문에 외전형 방식이 널리 적용된다

. 현재 국내

에서 사용되는 드론용 발전기는 대부분 해외에서 

항목

단위

제원

Type

-

2  stroke

No.  of  Cylinder

-

2  cylinders  with  horizontal

Bore  x  Stroke

mm

50  x  45

Stroke/Bore  ratio

-

0.9

Displacement

cc

176.7

Compression  ratio

-

10

Fuel  Injection

-

EFI

Ignition

-

1  s/plug  per  cylinder

표 2. HPSD 엔진 주요제원


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김근배 / 항공우주산업기술동향 18/1 (2020) pp. 51~64

수입하고 있다

. 미국의 Sullivan 발전기가 외전형 

방식의 대표적 사례로서 출력밀도는 

2.3kW/kg

수준이다

. <그림 14>는 영국 Electronica의 5.5kW

급 외전형 발전기로서 직경 대비 두께를 매우 얇

게 만들었으며 출력밀도는 

Sullivan과 비슷한 수

준을 나타낸다

.

그림 14. Electronica 외전형 발전기

  

최근에는  출력밀도를  더욱  높이기  위해서 

Axial-Flux 방식의 발전기가 개발되고 있다. 대표
적으로 

<그림 15>과 같이 미국 LaunchPoint에서 

개발한 드론용 

6kW급 발전기가 있다. 출력밀도는 

5kW/kg 수준으로 기존 발전기의 2배 이상 제시
되고 있다

[9].

그림 15. LaunchPoint Axial-Flux 발전기

  

Axial-Flux 방식은 자석과 코일을 축방향으로 

순차적 배치하여 중량을 최소화할 수 있으나 상대

적으로 진동과 충격에 취약하기 때문에 소형드론

에 적용하기 위해서는 고도의 기술적 성숙도 확보

가 필요하다

. 고출력 대형 발전기 분야에서는 이

미 출력밀도 

10kW/kg 이상의 제품들이 시장에 

나오고 있기 때문에 기술적 잠재력은 충분한 것으

로 보인다

. 향후 드론용 소형 발전기 시장에서도 

Axial-Flux 방식은 효율 향상과 더불어 발전기의 
출력밀도를 극대화할 수 있는 방식으로서 폭넓게 

활용될 것으로 기대된다

.

3.2.2 국내 개발현황

한국항공우주연구원의 

6kW급 HPSD 시스템 

개발 관련하여 ㈜삼현에서 국내최초 외전형 방식

의 드론용 발전기를 개발하고 있다

. 삼현은 2017

년에 수행한 

5kW급 내전형 발전기 개발 경험을 

토대로 최대출력 

7.5kW@7,000rpm의 경량 외전형 

발전기 개발을 

2021년 6월까지 완료할 계획이다.

전자계 설계에는 

Halbach Array가 적용되었으며 

최대효율 

90% 이상 출력밀도는 3kW/kg 이상을 

목표로 하고 있다

. <그림 16>은 현재 개발 중인 발

전기의 형상을 보여주며

, <그림 17>은 발전기의 

전체적인 성능을 나타낸다

.

그림 16. ㈜삼현 개발 발전기

그림 17. ㈜삼현 발전기 성능


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3.3  하이브리드시스템  통합

3.3.1 기술 동향

엔진과 발전기

, 배터리 그리고 제어기로 구성된 

하이브리드시스템을 실질적으로 드론에 적용하

기 위해서는 시스템의 효율적 통합 제어와 더불어