지난 11월 27일 새벽 1시 13분. 고흥 나로우주센터에서 굉음과 함께 불빛이 솟아 올랐다. 한국형 발사체 최초의 야간 비행이자, 역대 최다인 13기 위성을 탑재한 누리호 4호기 발사가 시작되는 순간이었다.
힘차게 이륙한 발사체는 이후 위성 분리에 이르기까지 비행 시퀀스 전 과정을 문제 없이 수행했다. 위성 13기 모두 목표 고도 600㎞ ±35㎞ 범위 내에서 정상 분리됐으며, 주 탑재 위성인 차세대중형위성 3호(CAS500-3)는 1시 55분 남극세종기지 지상국과 교신에 성공했다.
사진 1. 11월 27일 새벽, 누리호 4호기가 고흥 나로우주센터에서 어둠을 뚫고 솟아오르고 있다. ⓒ한국항공우주연구원
최초의 야간 비행… 왜 새벽 1시였을까
그동안 한국형 발사체는 주간에 이륙했다. 야간에는 시야 확보, 비상 대응, 조명 운용 등 여러 이유로 난이도가 높아지기 때문이다. 그럼에도 항우연이 새벽 약 1시라는 이례적 시각을 택한 이유는 발사체 때문이 아니라 차세대중형위성 3호의 궤도 요구조건 때문이다.
차세대중형위성 3호는 오로라와 대기광 등 미약한 우주환경 신호를 관측하는 과학 위성으로, 태양 간섭이 적고 일정한 햇빛 조건을 유지할 수 있는 태양동기궤도(SSO)에 정확히 진입해야 한다. 이를 위한 최적의 시간을 계산한 결과 새벽 발사라는 결론이 났던 것. 이를 대비해 항우연은 야간 운용 훈련, 조명·관측 시스템 점검 등을 사전에 실시해 발사 시각을 임무 중심으로 자유롭게 조정할 수 있는 운용 능력을 확보했다.
위성 13기 탑재, 국내 항공과학기술 진보의 결정적 증거
누리호 4차 발사의 가장 큰 특징은 총 13기 위성을 동시에 실었다는 점이다. 지난 3차 발사의 8기보다 5기 늘었고, 목표 고도인 600km는 3차 때보다 약 50km 더 높게 설정됐다. 이는 누리호가 더 무거운 탑재체를 더 높은 곳까지 운반할 수 있는 성능에 도전했다는 뜻이다.
이를 가능하게 만든 핵심 장비가 새로 적용된 다중 위성 어댑터(MPA)다. MPA는 여러 위성을 층층이 고정해 발사 과정에서 진동·충격으로부터 보호하고, 궤도에서는 위성을 한 기씩 순차적으로 분리할 수 있도록 설계됐다. 분리는 약 20초 간격으로 서로 간섭하지 않도록 최적화됐으며, 실제 큐브 위성 12기가 계획된 순서에 따라 정상 사출되며 다중 위성 발사 기술의 안정성을 공식적으로 증명했다.
사진 2. 누리호 4호기에 장착된 카메라가 촬영한 위성 사출 장면. 약 20초 간격으로 12기 큐브위성이 순차적으로 분리되며 다중 위성 발사 기술의 안정성을 실증했다. ⓒ한국항공우주연구원 KARI TV 유튜브 캡쳐
우주환경 관측·줄기세포 3D 프린팅·우주 쓰레기 제거…더 풍부해진 임무
이번 발사로 한국형 발사체는 단일·소규모 위성 발사를 넘어, 한 번의 발사로 다수의 임무를 동시에 수행할 수 있는 단계에 진입했다. 즉 위성을 원하는 만큼 올리고, 필요한 만큼 나눠 운용하며, 다중 임무 수행이 가능한 우주발사체 기술을 확보하게 된 것이다.
주 탑재 위성인 차세대중형위성 3호는 이전 중형위성보다 더 복합적인 과학 임무를 수행할 방침이다. 이는 오로라, 대기광 관측을 위한 광시야 카메라를 탑재했는데, 덕분에 700km 폭 영역을 동시에 관측할 수 있어 기존 자료가 부족했던 밤 시간대 오로라 변화를 고해상도로 파악할 수 있다. 특히 태양에서 날아온 고에너지 입자들이 지구 대기에 얼마나 깊게 영향을 주는지 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
주 탑재 위성인 차세대중형위성 3호는 이전 중형위성보다 더 복합적인 과학 임무를 수행할 방침이다. 이는 오로라, 대기광 관측을 위한 광시야 카메라를 탑재했는데, 덕분에 700km 폭 영역을 동시에 관측할 수 있어 기존 자료가 부족했던 밤 시간대 오로라 변화를 고해상도로 파악할 수 있다. 특히 태양에서 날아온 고에너지 입자들이 지구 대기에 얼마나 깊게 영향을 주는지 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
사진 3. 누리호 4차 발사의 주 탑재위성인 차세대중형위성 3호. ⓒKAI
전리권 플라스마와 자기장을 동시에 측정하는 장비도 함께 탑재됐다. 전리권은 위성 신호와 지상 통신이 지나가는 핵심 공간으로, 이곳의 밀도 변화나 전기적 교란은 곧바로 GPS 오차나 통신 품질 저하로 이어진다. 해당 장비는 고도 100~1000km 영역에서 플라스마와 자기장을 연속적으로 측정, 전리권에서 에너지가 전달되는 과정을 정밀하게 분석한다.
함께 실린 12기 큐브위성은 스타트업부터 정부 출연 연구원, 대학들이 다양한 임무를 위해 제작한 것이다. 가령 우주로테크가 제작한 코스믹(COSMIC) 큐브위성의 경우 임무를 마친 뒤 스스로 궤도를 낮춰 대기권에 재진입하는 ‘자력 소멸 기술’을 시험한다. 이는 향후 위성 수가 급증할 우주 환경에서 필수적인 우주 쓰레기 감소 기술의 실증 사례로써 큰 의미를 지닌다.
국내 최초의 우주의학 실험 플랫폼인 바이오캐비닛(BioCabinet)도 주목받고 있다. 이 장치는 미세중력 환경에서 줄기세포를 자라게 하고, 이를 3D 조직으로 형성해 세포가 살아 움직이는 과정을 관찰할 수 있다. 지상에서는 구현하기 어려운 생명현상 연구가 가능해지며, 향후 심혈관 질환 연구, 재생의학, 우주 의료기술 개발 등 다양한 분야에서 응용 가능성이 크다. 이밖에도 각 위성들은 우주환경 데이터 수집, 전자부품 신뢰성 검증, 초저전력 통신 실험, 자세 제어 알고리즘 테스트 등 다채로운 임무를 수행한다. 누리호는 이제 한 번의 발사로 다양한 연구·실증 프로그램을 동시에 수행하는 ‘다목적 발사 플랫폼’으로서 자리 잡을 전망이다.
한국형 뉴 스페이스 시대의 성공적 개막
한편 누리호 4차 발사는 기술적 성과뿐 아니라 운영 체계 자체가 달라졌다는 점에서도 의미가 크다. 민간 기업인 한화에어로스페이스가 제작·조립·발사 운용 전 과정에 참여했다. 이는 탑재체도 마찬가지다. 주 위성인 차세대중형위성 3호는 한국항공우주산업(KAI)이 개발했으며, 우주 환경을 신약 개발에 활용하는 스페이스린텍, 드론 스타트업 쿼터니언 등 다양한 민간 기업이 각자의 분야에서 힘을 보탰다. 국가 주도 개발에 익숙했던 한국 우주개발이 ‘뉴스페이스(New Space)’ 흐름으로 이동하기 시작했다는 신호다.
한편 누리호 4차 발사는 기술적 성과뿐 아니라 운영 체계 자체가 달라졌다는 점에서도 의미가 크다. 민간 기업인 한화에어로스페이스가 제작·조립·발사 운용 전 과정에 참여했다. 이는 탑재체도 마찬가지다. 주 위성인 차세대중형위성 3호는 한국항공우주산업(KAI)이 개발했으며, 우주 환경을 신약 개발에 활용하는 스페이스린텍, 드론 스타트업 쿼터니언 등 다양한 민간 기업이 각자의 분야에서 힘을 보탰다. 국가 주도 개발에 익숙했던 한국 우주개발이 ‘뉴스페이스(New Space)’ 흐름으로 이동하기 시작했다는 신호다.
이미 세계 우주시장은 스페이스X, 스타링크 등 민간 중심으로 재편되고 있다. 이번 발사는 한국 역시 시대의 흐름에 동참하겠다는 본격적 선언으로 들린다. 우주항공청은 5차·6차 발사에서 민간 역할을 더 확대하고, 7차부터는 민간 단독 발사 체계를 구축하겠다는 포부를 밝혔다.
글: 김청한 과학칼럼니스트, 일러스트: 이명헌 작가
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