[이데일리 김관용 기자] 최근 뉴스에 자주 등장하는 키워드 중 하나가 인공위성이다. 인공위성은 로켓(발사체)을 이용해 대기권 밖으로 쏘아 올려진 뒤 정해진 우주 궤도를 따라 비행하는 인공 물체다. 용도에 따라 과학위성, 통신위성, 군사위성, 기상위성 등으로 분류한다. 궤도에 따라서도 저궤도 위성, 극궤도 위성, 정지 궤도 위성 등으로 분류하기도 한다.

그간 대한민국은 군사적 목적의 전용 위성을 갖고 있지 않았다. 이에 따라 미군 자산에 의존하고 있는 실정이었다. 군은 민간위성인 무궁화5호(통신)와 지상관측위성인 아리랑 3A호(정찰) 등의 일부 기능을 사용하고 있을 뿐이다.

첫 軍 전용 위성 발사…세계 10번 째

그러나 지난 달 21일 군 전용 통신위성인 ‘아나시스 2호’를 성공적으로 발사하면서 우리는 세계 10번째 군 전용 위성 보유국가 반열에 올랐다. 아나시스 2호는 위성의 공전 주기와 지구의 자전 주기가 같아 지상에서 관측 시 정지한 것처럼 보이는 정지궤도위성이다.

현재 중간궤도 변경을 진행하고 있는데, 최종적으로 고도 3만6000㎞의 정지궤도에 위치하게 된다. 정지궤도 안착 후에는 약 1개월간 위성의 성능과 운용성을 확인한 후 약 3개월간의 점검을 통해 올해 10월께 우리 군에 인도될 예정이다.

한국군 첫 전용 통신위성 ‘아나시스(Anasis) 2호’를 실은 팰컨9 로켓이 지난 달 21일 오전 미국 플로리다주 케이프커내버럴 공군기지에서 발사되고 있다. [사진=방위사업청]

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아나시스 2호의 임무가 시작되면 우리 군 통신 속도는 비약적으로 증대되고 네트워킹 능력 등이 향상될 전망이다. 이를 통해 우리 군은 감시정찰, 지휘통제, 정밀타격 체계를 하나의 네트워크로 연결해 지·해·공 통합의 입체 기동작전 수행 능력이 한 차원 더 격상될 것으로 기대된다.

특히 아나시스 2호는 적의 ‘재밍’(Jamming) 공격에도 통신을 유지할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 기존 민군 겸용 위성이 적의 재밍 공격에 당하면 군은 미군 위성의 통신망을 빌려 쓸 수밖에 없었다. 하지만 아나시스 2호를 통해 의도적인 전파 방해 환경에서도 군 지휘소뿐만 아니라 장갑차, 함정, 잠수함 등과의 신뢰성 있는 통신이 가능해졌다.

2022년 최초의 軍 정찰위성 발사

이와 함께 우리 군은 최초의 정찰위성 확보 사업도 추진하고 있다. 이른바 ‘425 사업’이다.

425는 ‘사(SAR)’ 위성과 ‘이오/아이알(EO/IR)’ 위성의 영어 발음을 딴 합성어다. 고성능 영상 레이더인 사(SAR) 레이더 탑재 위성 4기와 전자광학(EO) 및 적외선장비(IR) 탑재 위성 1기를 국내 연구개발하는 사업이다. SAR 위성은 국방과학연구소가, EO/IR 위성은 한국항공우주연구원 주관으로 개발하고 있다. 2022년께 1호기 발사를 목표로 하고 있다.

425 위성은 해상도 0.3~0.5m 수준의 고성능 중대형급 위성 개발을 목표로 하고 있다. 현재 한국이 보유한 1톤급 이상 다목적실용위성과 500kg급 차세대 중형위성의 중간수준인 800kg급 위성이 될 전망이다.

425 위성은 북한의 도발 징후를 미리 탐지해 대응하는 선제타격체계, 이른바 ‘킬체인’(Kill-Chain)의 ‘눈’ 역할을 담당할 것으로 예상된다. SAR 위성은 북한을 2시간 마다 정찰할 수 있는데, 주야간과 비가오는 때에도 들여다 볼 수 있다.

한국군 첫 전용 통신위성 ‘아나시스(Anasis) 2호’를 실은 팰컨9 로켓이 지난 달 21일 오전 미국 플로리다주 케이프커내버럴 공군기지에서 발사를 기다리고 있다. [사진=방위사업청]

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초소형 위성으로 北 30분마다 정찰

이에 더해 우리 군은 초소형 SAR 레이더 개발도 진행하고 있다. 현재 국방과학연구소(ADD)는 초소형 영상레이더(SAR) 위성군 체계 개발의 지상시험용 모델을 개발 중으로 2023년 11월까지 완료를 목표로 하고 있다.

초소형 레이더는 원통형 본체에 날개형 태양전지판이 달린 일반 위성과 다르게 가로 3m, 세로 70cm 크기의 직사각형 형태다. 앞면은 레이더, 뒷면은 태양전지판으로 이뤄진다. 무게는 66kg 이하다. 개발 성공 시 현재까지 개발된 초소형 정찰위성 중 제원이 가장 우수한 것으로 꼽히는 핀란드(무게 85kg) 위성보다 더 가벼운 수준이 될 전망이다.

초소형 위성의 장점은 기존 중·대형 위성 보다 가격이 저렴하고 기동성이 뛰어나 궤도진입이 용이하다는 것이다. 북한의 이동식 미사일 발사대(TEL)나 적성국가의 군사적 이상징후를 탐지하기 위해서는 위성이 주기적으로 자주 들여다봐야 하는데 초소형 위성이 적합하다는 얘기다.

이론상 초소형 SAR 위성 32대를 띄우면, 30분 간격으로 북한 등 한반도 주변을 정찰할 수 있다. 주·야간 악천후에도 높이 510㎞ 저궤도에서 지상에 있는 1m 크기의 물체까지 관측할 수 있다. 425 위성과 함께 운용할 경우 사실상 북한을 손바닥 들여다 보듯 할 수 있다는 의미다.

군 전용위성의 활용 예시 [사진=방위사업청]

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우주발사체 개발 걸림돌도 사라져

이같은 다양한 저궤도 군사위성을 쏘아올리기 위한 발사체 개발의 걸림돌도 해제됐다. 지난 7월 28일부로 우주발사체 고체연료 사용제한을 완전히 해제하는 2020년 한·미 미사일 지침을 새롭게 채택한데 따른 것이다. 저궤도 위성에는 고체 연료가 더 유용한 것으로 알려져 있다.

그간 발사체의 고체 연료 추력은 미사일 지침에 따라 ‘100만 파운드·초’에 묶여 있었다. 그렇다 보니 관련 연구도 2013년 발사된 한국형 우주발사체 나로호(KSLV-Ⅰ)의 2단 킥모터에서 한발짝도 나가지 못하고 있다. 당시 나로호의 1단은 액체 연료 추진체로 구성하고 2단부가 고체 연료 기반 킥모터였는데, 고체 연료 추력이 ‘100만 파운드·초’에 맞춰 개발됐다. 선진국 고체 연료 로켓의 10분의 1 수준이다. 발사체를 우주로 보내기 위해서는 ‘5000만 또는 6000만 파운드·초’가 필요하다.

앞서 누리호의 경우에는 고체연료가 아닌 액체연료 기반으로만 개발이 진행됐다. 액체 연료 기반 발사체는 발사체의 제어와 조종이 용이하고 액체 추진제가 갖는 고밀도성으로 저장탱크를 소형화 할 수 있기 때문에 발사체 중량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

그러나 가격이 비싸고 비교적 복잡한 구조로 돼 있다. 산화제로 독성이 강한 질산을 쓰기 때문에 취급이 어렵다. 이 때문에 발사체를 쏘아올리기 전 액체 추진제를 따로 보관해야 하며 연료 주입 후 일주일 이내에 발사하지 않으면 엔진이 부식될 가능성이 크다. 최근 북한이 대륙간탄도미사일(ICBM)급 발사체 개발에 고체 추진시스템 기술을 활용하고 있는 이유다.

2018년 11월 전남 고흥 외나로도 나로우주센터에서 한국형발사체 ‘누리호’의 시험발사체(KSLV-II TLV)가 날아오르고 있다. [사진=한국항공우주연구원]

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전작권 전환 이후에도 독자적 작전

물론 425 위성이나 SAR 위성은 저궤도 위성이라 북한의 탄도미사일 발사나 핵실험 징후만을 포착할 수 있다. 원거리인 3만6000㎞ 상공의 정지궤도 위성과는 임무가 다르다. 북한 미사일을 탐지하고 추적까지 하려면 미국의 조기경보위성(DSP)이나 우주 적외선 시스템 위성(SBIRS) 같은 정지궤도 위성이 필요하다. 우리 군도 장기적으로 군사용 정지궤도 위성을 확보한다는 계획을 세워놓고 있다.

이같은 노력을 통해 우리 군은 독자적으로 북한의 핵·미사일에 대응할 수 있는 능력을 확보하고 감시정찰 능력을 향상시킨다는 구상이다. 하늘·바다·우주에서 작은 움직임도 놓치지 않고 군사정보를 획득·분석하는 역량을 키워 전시작전통제권 환수 이후에도 독자적인 작전권 행사를 가능케 한다는 목표다.