KARI 한국항공우주연구원

태양돛은 태양에서 방출되는 빛 입자인 광자의 미세한 힘을 추진력으로 사용하는 신개념 우주 추진 방식이다. 반사 효율이 90%인 경우 100m²당 약 0.0009N의 추진력이 발생하며, 이 힘은 작지만 별도의 연료 없이 장기간 지속적 추진이 가능한 점이 장점이다.

일본은 2010년 IKAROS 탐사선을 통해 200m² 규모의 태양돛을 실험하였고, 미국은 최근 2022년 ACS3 위성을 통해 80m²급 태양돛 기술을 검증하였다. 한국은 충남대학교에서 9m²급 큐브샛을 발사한 바 있으며, 항공우주연구원은 회절형 태양돛 연구와 10m×10m급의 지상 전개 시험을 성공적으로 수행하였다. 향후 저궤도 우주쓰레기 처리와 소행성 탐사 등 다양한 임무에 적용하기 위한 기초 연구를 진행 중이다.

우주에서의 데이터 전송 방식은 기존 RF(Radio Frequency) 방식에서 레이저 기반의 광통신으로 빠르게 전환되고 있으며, 다가오는 우주 인터넷 시대를 대비하여 레이저 기반 광통신은 위성과 위성, 그리고 위성과 지상국을 연결하는 핵심 인프라로 부상하고 있다.
레이저 기반 우주 광통신은 높은 데이터 전송 속도, 좁은 빔폭에 따른 우수한 보안성, 전력 효율성, 그리고 주파수 대역 제약이 없어 유연한 운용이 가능하다는 장점을 바탕으로, 향후 군집위성 운용이 필요한 대규모 위성군 시대에 필수적인 통신 기술로 주목받고 있다.

한국항공우주연구원 우주탐사연구센터는 우주항공청 "차세대 군집위성 간 연결기술(ISL) 검증 플랫폼 구축사업 기획" 과제를 통해, 차세대 군집위성 간 연결기술 확보 및 이를 검증할 플랫폼 구축을 위한 선행연구를 수행하고 있다. 아래는 현재 중점적으로 추진 중인 연구항목이다.

한국항공우주연구원 내 전문가 그룹을 중심으로 자체 TFT를 구성하였으며, 국내외전문가 자문, 관계기관 및 산업체 의견 수렴 등을 통해 바탕으로 기술 요건을 정교화하고 있다.
특히 올해 4월에는 국내 주요 산업체들과 "ISL 기술관련 요구조건 검토/발표 및 국내 산업체 전문가 의견 청취 및 수렴"을 위한 간담회를 개최했으며, LIG 넥스원, 한화시스템, (주)컨텍, 스페이스빔, 레오스페이스, 인세라솔루션 등 주요 관련 기업들과 우주항공청 관계자가 참여하여 의견을 공유하고 협력 기반을 조성하고 있다.
앞으로도 국내 산업체들과의 긴밀한 협력을 통해 레이저 기반 우주 광통신 기술을 우주 기반 데이터망의 핵심 인프라로 자리매김 시킬 예정이다. 이를 통한 국가 우주 역량 강화는 물론 향후 산업화, 우주 탐사, 다층궤도 운용, 우주 인터넷 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다.

초저궤도(250~350km)에서의 고해상도 위성 운용은 최근 전 세계적으로 전략적 주목을 받고 있는 분야다. 낮은 고도에서 위성을 운용하면 동일한 광학계 조건에서도 지상 해상도를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 통신 지연이 짧고, 발사체 활용 측면에서도 효율성이 높아진다. 무엇보다 고도가 낮아질수록 궤도상 우주물체 밀도가 급감하기 때문에, 충돌 위험성이 현저히 줄어든다는 이점도 있다.

이러한 기술적·운용적 강점을 기반으로, 한국항공우주연구원은 2022년 초저궤도 인공위성에 대한 기초연구를 수행한 바 있으며, 2025년 고해상도 광학위성 개발을 위한 시스템 개념설계를 착수할 계획이다. 특히 초저궤도는 높은 대기 항력으로 인해 위성의 고도 유지가 어려운 영역이지만, 이를 극복하기 위한 핵심 기술로 고효율 전기추진 시스템 적용을 계획했다. 더불어, 저고도 운용에서 미약하게 고려되었던 고농도 원자 산소(Atomic Oxygen)에 의한 표면 침식 문제에도 대응하기 위한 소재 적용 및 보호 코팅 기술을 고려할 예정이다.

초저궤도는 국내외적으로 경험과 운용 사례가 부족한 영역이며, 극심한 대기 항력 환경에서의 운용이라는 난제가 존재한다. 그러나 이러한 기술적 도전 과제를 극복한다면, 고해상도 영상 시장 선점을 통한 산업적 파급 효과도 기대할 수 있다. 본 연구는 초저궤도 위성 개발의 실현 가능성을 검토하고, 향후 독자적인 저궤도 영상위성 체계 구축을 위한 기술 기반을 마련하는 데 중요한 이정표가 될 것이다.