스페이스X, 로켓랩 등과의 전략적 차별화 요소는

5일 오전 11시 29분(한국 시각) 미국 플로리다주 케네디 우주센터에서 스페이스X의 발사체 팰컨9에 우주항공청, 미국 항공우주국(NASA)과 공동으로 개발한 태양 코로나그래프 '코덱스'(CODEX)가 실려 성공적으로 발사됐다. 사진=연합뉴스 

인공지능(AI)이 촉발한 산업 생태계 변화가 ‘지구’ 위 전력 인프라를 넘어 ‘우주’ 기반의 통신 네트워크로 향하고 있다. 최근 글로벌 기업들이 앞다투어 우주를 외치는 건 달이나 화성 여행과 같은 먼 미래의 꿈만을 위한 것은 아니다. 국가의 안보를 책임지는 방위 산업은 물론 향후 도래할 AI 대중화 시대에 필수적인 인프라와 자원 확보의 해답이 우주에 있기 때문이다.

현재 개발 및 고도화 단계에 있는 AI는 인프라 측면에서 ‘전력 수급’ 문제를 촉발했다. 전 세계 기업들이 AI 모델의 고도화를 위해 빅데이터를 학습할 목적으로 고전력을 요구하는 그래픽 처리 장치(GPU) 기반의 반도체 데이터센터를 확충하고 그 규모를 늘리면서 전력 확보에 비상이 걸린 것이다. 미래 AI 시대를 선점하기 위한 기업 간의 AI 경쟁이 전력 소모 문제를 해결하는 것에 달렸다는 평가가 나올 정도로 AI 산업이 인프라 전쟁으로 확전되는 양상이다.

이러한 인프라 전쟁의 차기 순서는 데이터 트래픽 인프라 경쟁으로 불붙을 전망이다. 전례 없는 생성형 AI의 출현과 전기차 및 스마트 디바이스의 확산, 그리고 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 네트워크 등의 확장이 가속화되고 있다. 이를 기반으로 미래에는 자율주행 차량부터 항공 서비스, 거리를 활보하는 로봇과 사물 등을 빈틈없이 연결하기 위해 넓은 커버리지와 높은 네트워크 처리 용량에 대한 시장 요구가 급증할 것으로 예상된다.

AI가 대중의 일상을 변모시키는 본격적인 활용 단계에 이르면, 기존의 5G 인프라는 고도로 동적이고 지능적인 서비스와 같은 높아지는 기술과 요구사항의 기준을 완벽하게 충족할 수 없다. 이에 지상과 바다와 상공을 넘나들며 IoT 시스템에 어디에나 존재하는 ‘유비쿼터스 통신’ 지원을 제공하기 위한 해결책으로 저궤도(LEO, Low Earth Orbit) 위성통신 기반의 6G 네트워크가 부상하고 있다.

저궤도 위성은 약 3만 5800km 상공에서 지구 주위를 공전하는 정지궤도 위성에 비해 낮은 400~1200km 상공에서 공전하며 6G 기반의 빠른 데이터 전송 속도를 지원한다.

삼성증권에 따르면 현재 지구 궤도 위에 활동 중인 위성은 7,700여 개 이상으로 추산되는데, 2030년에는 지구 궤도상에 약 6만 개의 인공위성이 배치될 전망이다. 특히 통신 서비스를 제공하는 저궤도 소형 위성들이 주가 될 것으로 예상되며, 이에 따라 위성을 제작하는 업체들부터 이 위성들을 활용한 서비스를 제공하려는 업체들, 이들을 실어 나르는 발사 업체들과 제반 시설과 관련된 업체들까지 다양한 관련 산업들의 성장이 예상된다.

과거 정부의 주도하에 개발되고 발전하던 글로벌 우주산업은 스페이스엑스(X)를 필두로 최근 민간 주도 개발로 그 축이 이동하고 있다. 현재 시장의 주도 기업은 대형 발사체 중심의 스페이스X와 소형 위주의 로켓랩(Rocket Lab) 등이다.

일론 머스크가 이끄는 미국의 우주기업 스페이스X는 2027년까지 1만 2천 개의 위성을 궤도에 올려 전 세계를 아우르는 위성인터넷망을 구축하는 ‘스타링크’ 프로젝트를 진행하고 있다. 사진=Pixabay

일론 머스크가 이끄는 미국의 우주기업 스페이스X는 2018년 2월 시험위성 2개를 발사하며 본격적인 저궤도 위성인터넷망 구축에 나섰다. 2019년 5월 첫 위성 발사 이후 스페이스X는 2027년까지 1만 2천 개의 위성을 궤도에 올려 전 세계를 아우르는 위성인터넷망을 구축하는 ‘스타링크’ 프로젝트를 진행 중이다. 현재 90% 이상의 스타링크 위성은 이러한 고도 400~1,200km의 저궤도에 집중되어 있으며, 대부분 530~570km 고도에서 지구를 공전하고 있다. 이 프로젝트는 지구 저궤도에 다수의 위성을 배치해 전 세계에 초고속 인터넷 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있으며, 최종적으로는 4만 2천 개 이상의 위성을 저궤도에 올릴 예정이다.

지난해 3월 국내에서도 민간기업 이노스페이스가 최초로 하이브리드 로켓 기술을 적용한 발사체의 시험발사에 성공했다.

우주발사체 기업 이노스페이스는 1999년부터 하이브리드 로켓 엔진을 연구하던 김수종 대표가 2017년 설립하고, 2024년 7월 코스닥 시장에 상장한 우주로켓 발사 서비스 전문기업이다. 특히 독자 개발한 하이브리드 로켓기술을 기반으로 소형 로켓발사체를 전문 제작 및 운영하며, 위성을 개발하는 기업과 공공기관 등을 대상으로 위성발사서비스를 공급할 예정이다.

회사는 크기 별로 제품을 세분화한 한빛-나노, 마이크로, 미니 등 3개 발사체를 준비 중이다. 지난해 3월에는 독자 개발한 시험발사체 '한빛-TLV'의 발사에 성공하며, 추력 15톤급 하이브리드 로켓 엔진 비행 성능 검증을 완료했다. 이는 통상적으로 로켓의 발사 실패의 원인 중 55%를 차지하는 1단계 엔진 실패 리스크를 통제할 수 있는 수준으로 완성했다는 것을 의미한다. 이를 기반으로 회사는 내년 3월, 첫 상업 발사체인 ‘한빛-나노’의 발사를 앞두고 있다.

김수종 이노스페이스 대표. 사진=이노스페이스 제공

김수종 이노스페이스 대표는 지난 9월 9일, 내년 3월 첫 상업 발사를 앞두고 중요한 관문인 발사체의 페어링 분리시험을 시연함과 동시에 시장의 의구심을 직접 해소하기 위해 기자들 앞에 섰다.

글로벌 소형 발사체 기업 현황과 이노스페이스의 위치에 대해 김 대표는 “전 세계적으로 소형 발사체를 개발하는 회사는 약 50여 곳에 달하며, 그중에서도 중국의 기업들이 눈에 띄는 성과를 내고 있다. 대표적으로 중국의 창정(Long March)나 원스페이스(OneSpace) 같은 기업들이 활발히 활동 중”이라고 밝혔다. 이어 “그러나 미·중 간 정치적 문제로 대부분의 국가는 중국 발사체를 사용할 수 없는 상황이다. 이를 제외하면, 이노스페이스는 현재 세계 10위권 내에 있다고 볼 수 있다”고 평가했다.

김 대표는 소형 발사체 분야에서 시장 진입을 준비하거나 이미 상업화에 성공한 기업들로 로켓랩(Rocket Lab), 렐러티비티 스페이스 (Relativity Space), 파이어플라이 에어로스페이스(Firefly Aerospace), ABL 스페이스 시스템즈(Space Systems) 등을 꼽았다.

이 가운데 이노스페이스는 “중기급 비행 시험 성과를 기준으로 상위권에 위치하고 있으며, 내년 3월 궤도 발사에 성공하면 순위는 더욱 상승할 전망”이라며, “상업화 측면에서는 로켓랩 다음으로 큰 위치를 차지할 것으로 예상된다”고 자신했다.

김수종 이노스페이스 대표가 내년 3월 발사 예정인 '한빛-나노' 발사체에 대해 소개하고 있다. 사진=이노스페이스 제공

경쟁사 대비 '빠른 고객 대응' 내세워
이노스페이스는 현재 시장을 선점하고 있는 경쟁사 대비 경쟁력으로 ‘정시 발사’와 ‘빠른 발사 대기 시간’의 경쟁력을 갖추고 있다고 밝혔다. 김 대표에 따르면 현재 소형 위성을 발사할 수 있는 주요 발사체는 스페이스X의 라이드쉐어와 로켓랩의 일렉트론뿐이다.

그러나 이들 발사체는 발사 대기 시간이 길어, 고객들이 원하는 시점에 발사하기 어렵다고 김 대표는 강조했다. 이에 비해 "이노스페이스는 최소 9개월 전에 계약을 진행하면 발사를 진행할 수 있어, 경쟁사보다 더 빠르게 발사를 제공할 수 있다"고 밝혔다.

제작 기간도 중요한 강점으로 내세웠다. 이노스페이스는 부품이 완비된 상태에서 나노와 마이크로 발사체를 한 달 이내에 제작할 수 있다고 밝혔다. 부품 제작 단계부터 시작하면 약 2개월 정도가 소요된다.

가격 경쟁력 측면에서 한빛 나노는 1kg당 3만 3천 불, 한빛 마이크로는 2만 8천 불, 한빛 미니는 1만 2천 불을 기준으로 표준 단가를 제시하고 있다. 특히 이노스페이스의 나노 발사체는 kg당 3만 3천 불로, 로켓랩의 일렉트론 발사체(kg당 약 3만 7천500불~8천 불)보다 경쟁력 있는 가격을 제시하고 있다.

이어 “현재 스페이스엑스와 로켓랩 등 대형 기업들이 시장에서 독점적인 지배력을 행사하고 있는 상황에서 과거에 비해 발사 단가를 올리는 추세”라며, “먼저 시장에 안정적으로 진입한 후, 경쟁 상황을 면밀히 살펴 가격 정책을 유연하게 조정할 계획”이라고 말했다.

다만, 현재까지 성공 이력이 없는 이노스페이스의 경우 계약 체결 과정에서 가격을 일부 협의하고 있으며, 이 과정에서 수익성 확보를 위해 로켓랩의 사례를 참조하고 있다고 밝혔다. 로켓랩은 2017년 첫 발사에서 실패를 겪고 2018년부터 성공적인 발사를 이어갔지만, 초기에 체결된 손해를 보는 계약들로 인해 현재까지도 재무적으로 수익 실현을 하지 못하고 있다. 이노스페이스는 후발주자로서 이러한 사례를 반면교사 삼아 수익 실현에 중점을 두고 계약을 체결하고 있으며, 최소한의 수익을 보장하는 조건으로 계약을 진행 중이라고 설명했다.

이 밖에도 이노스페이스는 발사장 구축 다변화 전략을 내세웠다. 이노스페이스는 브라질, 호주, 노르웨이 등지에 다양한 대륙별 발사장을 구축하고, 고객들이 인근에서 발사를 진행할 수 있도록 지원하고 있다. 이를 통해 운송 비용 절감과 고객 서비스 만족도 향상을 도모하며, 경쟁사와 차별화된 서비스를 제공할 계획이다.

이를 기반으로 이노스페이스는 내년 3월 ‘한빛-나노’ 기반의 첫 상업 발사를 필두로, 한빛-마이크로는 2025년 말부터, 한빛-미니는 2026년 말부터 매출 인식이 가능할 전망이다.

하이브리드와 메탄 엔진 등 다양한 엔진 선택지 제공
특히, 발사체 사업의 핵심이 되는 기술은 로켓 기술인데, 미사일 등 군사적으로 쓰일 수 있는 특성상 M&A나 기술이전이 법적으로 제한되어 있다. 따라서, 해당 사업을 영위하고자 하는 기업은 모든 기술을 독자적으로 자체 개발해야 한다.

이노스페이스의 로켓은 기존 스페이스X, 로켓랩(RocketLab)이 채택한 액체연료 기반 엔진과 달리 하이브리드 방식을 개발한 것이 차별점이다.

하이브리드 방식은 하이브리드 엔진은 액체 산화제와 고체 연료를 결합한 형태로, 발사체의 안정성을 높이고 연료 효율을 개선하는 기술이다. 특히 파라핀 기반 연료 특성상 폭발 위험성이 낮아 방폭 설비에 대한 비용이 절감되며, 해당 무게만큼 페이로드(로켓에 실리는 물건의 하중)가 늘어나 수익성을 확대할 수 있다는 장점이 있다.

이 밖에도 이노스페이스는 위성발사체 ‘한빛’ 상단부 엔진 포트폴리오에 기존 하이브리드 엔진에 더해 ‘메탄 엔진’을 채용하고, 엔진 다변화를 통한 고객 맞춤형 우주 수송 사업화 전략을 본격적으로 추진한다고 덧붙였다. 이노스페이스의 하이브리드 엔진은 파라핀 기반 고체연료와 액체산소를, 메탄 엔진은 액체 메탄과 액체산소를 추진제로 사용한다.

메탄 엔진은 내열성과 내구성이 뛰어난 인코넬 소재를 사용해 금속 3D 프린팅 기반의 적층 제조 방식을 적용함으로써 제조 비용 절감 및 제작 시간 단축, 복잡한 구조의 3차원 형상 구현과 경량화에 이점이 있다.

더불어 메탄 엔진은 상단 엔진으로 적용 시 하나의 발사체로 고객의 여러 위성을 각기 다른 궤도에 정확하고, 효율적으로 배치해 주는 다중 임무 수행에 장점이 있다. 다중 재점화와 정밀 추력 제어가 용이해 발사 시 우주 영역에서 엔진을 수차례 껐다 켜며 다수의 위성을 고객이 원하는 궤도에 투입하는 다중 발사 임무 수행에 필요한 기술적 솔루션을 제공한다. 이로써 증가하는 군집형 위성 발사 수요에 발 빠르게 대응하고, 고객의 다양한 임무 요구사항을 충족시키는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다.

이노스페이스는 내년부터 하이브리드 엔진과 메탄 엔진 두 가지를 발사체에 모두 적용할 계획이다. 상단 엔진에 따라 발사체의 성능이 달라지므로, 각 발사 슬롯의 코드명은 엔진의 종류와 특성에 따라 서로 다른 슬롯 코드명을 갖게 된다. 이노스페이스는 하이브리드 엔진과 메탄 엔진을 각각 적합한 슬롯에 적용하면서 발사 성능을 최적화하고 있으며, 이를 통해 다양한 발사 환경에 맞는 유연한 대응이 가능할 것으로 전망했다.

김 대표는 “이번 메탄 엔진 도입으로 고객의 요구에 따라 설계된 발사 임무의 특성에 맞춰 하이브리드 엔진 또는 메탄 엔진을 선택적으로 적용할 수 있게 되어, 고객에게 더욱 유연하고 효율적인 발사 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

김수종 이노스페이스 대표가 충북 청주 이노스페이스 청주사업장에서 발사체 엔진에 대해 설명하고 있다. 사진=이노스페이스 제공

단계별 기술 검증 완료
이노스페이스는 지난해 3월 발사체급 하이브리드 로켓 엔진 비행 시험에 성공한 첫 번째 기업으로, 이는 국내 최초로 하이브리드 연료를 적용한 발사체 시험 성공 사례로 평가된다. 김 대표는 "내년 2단형 발사체로 궤도 발사를 목표로 발사 성공 시 하이브리드 로켓을 사용한 국내 첫 궤도 발사 성공이라는 의미를 갖게 될 것"이라고 말했다.

지난해 비행에 성공한 TLV 발사와 내년 3월 발사를 앞둔 나노 발사체의 기술 수준의 차이에 대해 김 대표는 “작년 발사는 궤도 발사체가 아니었기 때문에 전체 발사체 기술의 약 70%를 적용한 수준이었다”며, “추가 개발을 통해 현재까지 나머지 30%의 기술적 요소를 거의 완료한 상태로, 내년 3월 예정된 발사를 통해 실제 궤도 발사 성공 여부를 검증할 예정”이라고 말했다.

첫 상업 발사 성공 이력을 위해 단계별 기술 관문을 검증하고 있는 이노스페이스는 지난 9월, 위성을 안전하게 궤도에 안착시키는 최종 관문으로 여겨지는 페이로드 페어링(Payload Fairing, 위성 보호 덮개) 분리 시험에 성공하며 발사체 개발 과정의 막바지에서 중요한 기술적 단계를 넘어섰다고 밝혔다.

페어링은 발사체의 첨두부에 위치하며, 발사체가 대기권을 통과하면서 겪는 공기저항, 진동, 열, 음파, 압력 등 극단적인 조건에서 고객의 위성을 보호하는 덮개 역할을 수행한다. 대기권을 통과한 후에는 공기 밀도가 더 이상 발사체에 유리하지 않으므로, 페어링은 발사체에서 분리되어 무게를 줄여줌으로써 발사체의 비행을 더 효율적으로 만들어준다.

이노스페이스는 지난 9월 9일 상업 발사체인 ‘한빛-나노(HANBIT-Nano)’ 개발과정 중 핵심 기술 단계인 ‘페이로드 페어링(Payload Fairing) 분리시험’을 성공적으로 수행하고, 시험이 진행된 청주사업장(흥덕구 강내면 소재)에서 개발모델 실물을 공개했다고 밝혔다. 사진=이노스페이스 제공

이때 페어링이 동시에 정확하게 분리되지 않고 한쪽에 치우쳐서 분리되는 경우, 비행체의 구동력에 영향을 미쳐 불균형을 초래할 수 있다. 이 경우, 치우친 쪽은 텀블링(회전)하게 되어 비행체 동체와 충돌할 위험이 있다. 이는 비행체의 안정성을 심각하게 위협하며, 비행에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 페어링은 균등하게 동시에 분리되어야 안전한 비행이 가능하다.

특히 이노스페이스는 위성 발사 시 페어링 분리 방식에서 화약을 사용하지 않고, 압력 방식으로 분리하는 기술을 적용할 계획이다. 이는 충격과 진동을 최소화하려는 목적에서 도입된 방식으로, 위성에 가해지는 충격을 줄여주는 효과가 있다.

현재 글로벌 표준은 주로 화약을 사용한 방식이 많이 채택되고 있다. 화약을 사용하면 급격한 분리가 가능하지만, 이에 따라 발생하는 소음과 진동이 위성에 악영향을 미칠 수 있다. 이에 비해, 스페이스X는 충격이 없는 기계적인 메커니즘을 이용해 부드럽게 분리하는 방식으로 기술을 적용하고 있다. 이노스페이스는 국가적 기술 이전 제한으로 인해 이러한 기술을 직접 도입하는 데 제약이 있었지만, 화약 사용을 최소화하며 충격을 줄일 수 있는 자체 기술을 개발했으며 이를 기반으로 최적의 솔루션을 찾아가고 있다.

한편, 이노스페이스는 현재 내년 3월 첫 상업 발사를 위해 고객사와 페이로드 계약을 진행 중이지만, 성공 실적 부족으로 아직 계약이 완료되지 않은 상황이다. 많은 고객이 내년 3월 발사 결과를 보고 계약을 진행하고자 하는 상황으로, 지난 9월 기준 논의된 기관 고객 약 50곳 가운데 계약이 완료된 건수는 6건 수준이라고 밝혔다.

로켓랩의 사례를 보면, 2017년 로켓랩이 첫 발사를 했을 때, 위성 1개를 실었으나 실패를 겪었다. 이후 2018년 발사에선 성공을 거두었지만, 발사체에 4개의 위성을 실으며 전체 용량을 다 채우지 못했다.

다만, 상업화 목적 달성을 위해 첫 발사에서 탑재체를 최대한 확보해 발사를 진행하고자 슬롯을 추가 확보하려는 노력도 지속하고 있다. 통상 계약 조건에는 임무 명세서 작성을 9개월 전에 하고 발사 준비에 들어가게 되는데, 9개월 전 계약 조건을 맞추지 않더라도 슬롯을 열어놓은 채 진행 중이다.

한편, 회사는 LIG 넥스원, 카이(KAI) 등과의 협력뿐 아니라 방위산업과 위성 발사 서비스 등으로 사업 다각화를 추진하며 수익 구조를 다각화할 계획이다. 방산 분야에서는 군사용 로켓 기술 개발을 통해 안정적인 수익원을 확보하고, 위성 발사 서비스에서는 중소형 위성을 대상으로 한 발사 계약을 통해 본격적인 수익 창출을 기대하고 있다. 김 대표는 “올해 방산 부문에서의 매출을 통해 회사의 기술력과 수익 잠재력을 보여줄 수 있을 것으로 기대한다”라며, 상업 발사 준비와 병행해 안정적인 수익 기반을 마련할 의지를 밝혔다.

<문화경제 김예은 기자>