지구 대기에서 공기를 직접 빨아들여 추진력으로 활용하는 새로운 위성 기술이 시험을 앞두고 있다. 별도로 연료를 탑재하지 않고도 지구 초저궤도(VLEO)에서 장기간 운용할 수 있을지 주목된다.
우주과학매체 스페이스닷컴은 스페인 우주기업 크레이오스 스페이스(Kreios Space)가 세계 최초로 대기 중 공기를 흡입해 추진력을 얻는 위성 발사를 준비하고 있다고 보도했다.
크레이오스 스페이스가 개발 중인 기술은 ‘공기흡입식 전력추진(ABEP·Air-Breathing Electric Propulsion)’이다. 위성이 지구 대기에서 공기를 직접 흡입한 뒤 이를 가열하고 이온화해 고속으로 배출하면서 추진력을 얻는 방식이다. ABEP를 활용하면 지구 상공 약 100~400㎞의 VLEO에서 액체 연료를 별도로 소모하지 않고도 대기 저항을 상쇄하며 위성을 운용할 수 있다.
아드리안 세나르 크레이오스 스페이스 최고경영자(CEO)는 4일 “크레이오스는 초저궤도에서 지속적인 작전을 가능하게 하는 위성을 제작하고 있다”며 “위성을 더 낮고, 더 오래, 더 효율적으로 비행할 수 있도록 함으로써 더 높은 해상도의 지구 관측과 훨씬 향상된 위성 통신, 더 신속하고 정확한 임무 수행, 더욱 지속 가능한 궤도 인프라를 가능하게 할 것”이라고 밝혔다.
크레이오스 스페이스는 ABEP 시스템을 실제 우주 환경에서 시험하기 위한 위성 본체 공급업체로 리투아니아 위성 제조기업 콩스버그 나노아비오닉스(Kongsberg NanoAvionics)를 선정했다.
아틀레 볼로 콩스버그 나노아비오닉스 CEO는 “크레이오스는 우주에서 가장 까다로운 운용 환경 중 하나에 도전하고 있다”며 “이번 임무는 유럽에서 진행되는 극소수의 초저궤도 탐사 계획 가운데 하나가 될 것”이라고 말했다.
양사는 정확한 발사일은 공개하지 않았다. 다만 “초저궤도 기술에 대한 관심과 개발이 가속화되는 시점에 발사할 것”이라고 밝혔다. 다만 크레이오스 스페이스는 자사 웹사이트를 통해 첫 우주 임무의 목표 시기를 2027년으로 제시하고 있다.
VLEO, 낮은 고도 덕분에 관측 성능·운용 효율 기대
지구 저궤도(LEO)는 일반적으로 고도 약 160~2000㎞의 영역을 의미한다. 이곳에서 운용되는 위성은 대기 저항이 상대적으로 작기 때문에 기존 추진기를 간헐적으로 작동시키는 방식으로 궤도를 유지할 수 있다. 이를 위해 위성에는 일정량의 추진제가 탑재된다.
반면 VLEO는 대기가 여전히 존재하는 훨씬 낮은 고도에서 운용되기 때문에 대기 저항이 크다. 위성이 이 고도에서 궤도를 유지하려면 지속적으로 추진력을 발생시켜 항력을 상쇄해야 한다. 기존 방식으로는 추진제가 빠르게 소모될 수밖에 없는 이유다.
이 때문에 VLEO 위성을 장기간 운용하려면 기존의 화학연료 기반 추진 방식과 다른 새로운 기술이 필요하다. ABEP는 이러한 문제를 해결할 수 있는 후보 기술로 꼽힌다.
VLEO는 기존 LEO에 비해 여러 장점도 갖는다. 지구에 더 가까운 만큼 같은 크기의 센서를 사용하더라도 더 높은 해상도의 지구 관측이 가능하며, 통신 지연을 줄이고 신호 품질을 높이는 데도 유리할 수 있다.
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특히 VLEO의 가장 큰 장점 중 하나는 상대적으로 덜 혼잡하다는 점이다. 현재 LEO에는 수천 개의 위성이 운용되고 있으며, 스페이스X의 스타링크 위성군을 비롯해 위성 수가 빠르게 증가하고 있다. 반면 VLEO는 아직 상업용 위성의 활용이 제한적이어서 상대적으로 넓은 운용 공간이 남아 있다.
ABEP 기술이 실제 우주 환경에서 성공적으로 검증되고 관련 기술을 적용한 위성이 본격적으로 등장할 경우, 위성이 지구에 매우 가까운 초저궤도를 비행하면서 대기 중 공기를 직접 활용해 궤도를 유지하는 새로운 시대가 열릴 수 있다는 전망이다.
