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“우리는 우주로 가기로 했다
그것이 쉽기 때문이 아니라 어렵기 때문이고, 도전할 가치가 있기 때문이다”

-2022년 6월 21일, 한국형 발사체 ‘누리호’ 2차 시험 발사 성공!
-2022년 8월 5일, 한국형 달 궤도선 ‘다누리’ 발사 성공!
-2023년 황정아 박사가 만들고 있는 군집위성 ‘도요샛(SNIPE)’ 발사 예정!
-2025년 발사 예정인 나사의 유인 달 탐사 국제협력 프로젝트 ‘아르테미스 미션’ 참여!

‘누리호’와 ‘다누리’의 연이은 발사 성공으로 우리는 이제 우리나라 땅에서, 우리나라가 만든 인공위성을, 우리나라가 만든 발사체에 실어 우주로 보낼 수 있는 ‘우주 주권’을 지닌 일곱 번째 나라가 되었다. 또한 독자 개발한 위성과 로켓을 발사함으로써 우주 강국이라는 한국의 이미지를 세계에 각인시켰다.
이제 우리나라에서도 많은 사람이 우주를 동경하고 호기심을 품게 되었지만, 실제 인공위성과 로켓을 제작하고 발사하여 우주를 탐사하는 데 어떤 기술과 과정이 필요한지 제대로 이야기하는 책은 없었다. 우주 선진국들이 우주개발을 진행해온 과정과 현재의 추세, 그리고 우리나라의 우주개발사를 종합적으로 짚어주는 책도 많지 않았다.

인공위성을 만드는 물리학자 황정아 박사가 집필한 《우주미션 이야기》에는 그동안 잘 알려지지 않은 ‘우주 개발 미션’의 모든 과정이 담겨 있다. 우주로 나아가는 데 필요한 제작 과정과 기술을 차근차근 설명해준다. 우리나라의 우주개발 초창기부터 현장에서 헌신한 황정아 박사가 직접 경험한 이야기와 지식을 처음으로 풀어낸 책이기 때문에 독자들은 더 쉽고, 재미있게 읽을 수 있을 것이다.

인공위성에 대한 소양을 높이기 위해 지금 당장 읽어야 할 교양서
- 이정모(국립과천과학관장)

지구인의 삶, 나아가 나의 삶을 이해하는 데 도움을 주는 책
- 이지유(과학저술가)

우주를 꿈꾸는 사람이라면 가장 먼저 읽어야 할 ‘우주 개발의 정석’
- 곽재식(작가, 숭실사이버대 환경안전공학과 교수)

‘달을 넘어 화성으로’ 한국의 우주탐사 미션
새로운 도전의 시대가 열렸다!

2022년은 우리나라 우주개발 역사에 기념비적인 해다. 2022년 6월 21일, 우리나라 독자 기술로 개발한 한국형 발사체 ‘누리호’의 2차 시험 발사가 성공했기 때문이다. 또한 8월 5일에는 한국형 달 궤도선 ‘다누리’가 발사에 성공하여 달로 가는 여정을 시작했다. 그 밖에도 이 책 《우주미션 이야기》의 저자 황정아 박사가 만들고 있는 군집위성인 ‘도요샛’도 2023년 초 우주로 떠날 예정이다. 또 2025년 발사 예정인 나사의 유인 달 탐사 국제협력 프로젝트 ‘아르테미스 미션’에 우리나라도 참여하고 있다. 지금까지 지구 저궤도와 정지궤도에만 머물렀던 우리나라의 우주 영역이 달까지 넓어지고 있는 것이다.
이처럼 연이은 성과 덕분에 우리나라는 이제 우리나라 땅에서, 우리나라가 만든 인공위성을, 우리나라가 만든 발사체에 실어 우주로 보낼 수 있는 ‘우주 주권’을 지닌 일곱 번째 나라가 되었다. 사실 우리나라도 그동안 많은 인공위성을 발사해왔지만 최근의 상승세는 여러모로 뜻깊다. 독자 개발한 위성과 로켓을 발사함으로써 우주 강국이라는 한국의 이미지를 세계에 각인하는 계기가 되었기 때문이다. 그러므로 우리나라의 인공위성과 로켓 제작, 그리고 우주개발의 현황을 짚어보기에 적절한 시점이다.

“시대가 변했다. 대한민국은 이제 남의 우주 잔치를 구경만 하는 나라가 아니다. 독자 발사체, 인공위성, 심지어 달 궤도 탐사선도 소유한 나라다. 이제 인공위성에 대한 시민들의 소양도 달라져야 한다. 훨씬 구체적이어야 한다. 인공위성 전문가 황정아 박사가 인공위성에 대한 구체적인 정보를 속속들이 보여준다. 당장 읽어야 할 책이다.” -이정모(국립과천과학관장)

황정아 박사가 들려주는 ‘인공위성과 로켓 만드는 법’
제작부터 발사, 지상국 운영의 모든 것을 알려주는 현장 보고서

많은 사람이 우주를 동경하고 호기심을 품지만, 실제 현장에서 인공위성과 로켓을 제작하고 발사하여 우주를 탐사하는 데 어떤 기술과 과정이 필요한지 제대로 이야기하는 책은 없었다. 우주 선진국들이 우주개발을 진행해온 과정과 현재의 추세, 그리고 우리나라의 우주개발사를 종합적으로 짚어주는 책도 많지 않았다.
우리나라 우주개발 초창기부터 지금까지 24년째 우주개발 현장에서 헌신하고 있는 황정아 박사가 집필한 《우주미션 이야기》에는 그동안 잘 알려지지 않은 ‘우주 개발 미션’의 모든 과정이 담겨 있다. 우주 선진국들의 우주 개발 과정과 우리나라 우주 개발의 역사, 인공위성, 탑재체, 로켓(발사체), 추진제(연료), 인공위성의 우주환경 시험 과정, 그리고 우주에 떠 있는 위성과 지상국과의 통신 등 과학적 지식과 개발 현장의 이야기를 생생하게 전달한다.

“우주를 꿈꾸는 사람이라면 가장 먼저 사 보아야 할 책이 바로 이 책이다. 이 책은 우주로 나가고 우주를 탐험하기 위해 알아야 하는 기술을 기초부터 차근차근 설명한다. 로켓과 우주선의 뜻과 그 의미의 차이를 비교하는 간단한 내용에서, 중력과 인공위성의 궤도에 관한 지식까지 우주 개발을 이해하기 위한 기본 지식을 충실히 정리한다. 그러면서도 그저 재미없고 따분한 내용을 나열하는데 그치지 않고, 직접 인공위성을 개발하며 살아 온 저자의 경험과 감상이 착실히 정리된 지식의 흐름 속에 함께 버무려져 있다. 예를 들면, 우주선을 개발하기 위해 어떤 시험을 차례로 통과해야 하는지, 하나하나 설명하는 기술적으로 귀중한 내용과 그 실험을 하기 위해 얼마나 고생을 해야 했던가 하는 인간적인 고민이 함께 흘러간다. 그 덕분에 귀중한 정보와 자료를 고스란히 담고 있는 책이면서도 동시에 읽기 편하고 재미있다.” - 곽재식(작가)

1~3장에서는 초기의 인공위성에 관한 이야기부터 냉전 시대 우주 선진국들의 경쟁에 얽힌 일화, 임무와 궤도에 따라 달라지는 위성의 종류에 관한 구체적 지식, 개발에 필요한 핵심 부품과 기술을 살펴본다.
4~6장에서는 인공위성의 꽃이라 할 수 있는 탑재체의 종류, 그리고 개발 과정에 필요한 여러 시험 단계들을 설명한다. 또한 사용하는 연료와 목적에 따라 달라지는 로켓에 관해 이야기한다.
7~8장에는 발사 이후 인공위성과 통신하는 지상국, 한국의 우주개발사와 현황, 미래 전망 등에 관한 내용을 담았다. 전체 이야기 속에서 우리나라 인공위성과 로켓에 얽힌 이야기뿐 아니라 세계 각국 우주개발의 흐름도 폭넓게 들려준다.

우리는 우주로 가기로 했다
그것이 쉽기 때문이 아니라 어렵기 때문이고, 도전할 가치가 있기 때문이다

1957년 소련이 인류 최초의 인공위성 스푸트니크호를 발사했고, 1969년 미국이 처음으로 인간을 달에 보냈다. 이후 여러 우주 선진국이 경쟁적으로 위성을 발사하고 우주를 탐사했다. 우주기술은 국방 기술에 활용될 수도 있고, 과학적 목적뿐만 아니라 국가의 자존심이 걸린 정치적 문제이기도 했기 때문이다.
최근에는 우주산업이 비약적으로 성장하면서 민간 기업이 주도하는 상업적 우주개발 분야가 두각을 나타내고 있다. 지금까지 공공의 영역이었던 우주가 이제 민간이 주도하는 뉴스페이스 시대로 진입하고 있다. 예컨대 민간 기업으로는 최초로 우주인을 우주로 보내는 데 성공한 스페이스X는 1단 로켓을 재사용하는 기술을 개발하는 한편 수많은 인공위성을 발사하고 있다. 또한 조만간 인간의 화성여행을 실현하겠다는 계획을 발표했다.
우리나라는 1992년에 한국 최초의 인공위성 우리별 1호를 발사한 후 기술력과 경험을 차근차근 쌓아왔다. 이제 한국은 다른 나라들의 우주개발을 구경만 해야 하는 나라가 아니다. 일각에서는 굳이 천문학적 비용을 들여 우주탐사를 하며 달이나 화성에 갈 필요가 있느냐는 의문을 제기한다. 이러한 질문에 관해 《우주미션 이야기》의 저자 황정아 박사는 이렇게 대답한다. 우주탐사의 역사는 도전과 실패의 역사이기도 하다고. 오늘날 현대인이 누리는 모든 과학 문명의 결실은, 우주로 가기 위해 경쟁적으로 노력하여 비약적으로 발전시킨 과학의 결과물이라고. 또한 실용적, 경제적 이용 가능성을 제외하더라도, 인간이 갈 수 있는 더 넓은 세상을 보여주는 일은 많은 사람에게 영감을 주고, 미래 세대가 미지의 세계에 대한 도전을 꿈꿀 수 있도록 해주기 때문이라고 설명한다.
그동안 우주에 관한 교양 과학서가 많이 출간되었지만 단편적 사실이나 과학사적 내용을 나열하는 경우가 많았다. 이 책은 수많은 밤을 새워가며 직접 부딪쳤던 인공위성 제작에 헌신적인 실제 개발자의 육성을 생생히 들을 수 있는 좋은 기회다. 책을 읽으며 알 수 있는 것은 과학적으로 중요한 정보뿐만 아니라 우주에 대한 꿈을 현실화하는 연구자와 개발자들의 고민이다. 그런 의미에서 이 책은 인공위성과 로켓, 세계 우주개발의 역사와 현황에 관한 지식을 전달하는 것은 물론 한국이 나아가야 할 우주개발의 방향을 다시 생각하게 만드는 재미있는 과학책이다.

“인공위성은 인간의 감각기관입니다. 인간은 인공위성과 결합된 포스트휴먼이 되어 지표를 내려다보고, 낯선 곳에서 들려오는 소리를 들으며, 다른 대륙을 향해 소리칩니다. 그 덕에 넓은 선택지를 가지게 되었지요. 인공위성이 없는 삶은 생각할 수 없습니다. 그러니 인공위성을 알아야 지구인의 삶, 나아가 나의 삶을 이해할 수 있습니다. 이 책이 큰 도움이 될 것입니다.” -이지유(과학 저술가)

들어가며

1장 인공위성은 로켓을 타고 날아간다
인공위성과 우주선은 어떻게 다를까
인공위성을 둘러싼 경쟁
인공위성을 발사하려면 무엇이 필요할까
우리나라의 인공위성과 로켓

2장 우주탐사 미션
많은 나라가 로켓을 개발하는 이유
액체연료와 고체연료
새로이 떠오르는 우주산업
인공위성과 로켓을 개발하는 과정

3장 인공위성
임무 또는 탑재체에 따라 나누기
모양에 따라 나누기
궤도에 따라 나누기
무게에 따라 나누기
우리나라의 위성
인공위성의 핵심 부품
개발 단계의 모델

4장 인공위성의 꽃, 탑재체
탑재체 선정과 개발
과학기술위성 1호의 탑재체
우리나라 위성의 탑재체

5장 우주 환경 시험
조립 시험
우주 환경 시험

6장 로켓과 연료
로켓은 어떻게 작동할까
로켓의 종류
우리나라의 로켓
급성장하는 세계 우주시장
세계 발사체 시장의 현황
스페이스X의 스타링크 위성
재사용 발사체
소형 우주발사체가 필요한 이유
가장 거대한 로켓
달 착륙에 필요한 로켓
화성 착륙에 필요한 로켓

7장 인공위성과 지상국
우주와의 통신
지상국은 어떻게 구성할까
우리나라의 지상국 개발
안테나의 원리
한국천문연구원의 지상국 안테나
다중 위성 관제 시스템이 필요한 이유
데이터 처리 시스템
뉴스페이스 시대의 전문 인력
도요샛위성 프로젝트의 지상국 개발
심우주 지상국

8장 우리는 왜 우주로 가야 할까
한미 미사일 지침 해제의 의미
우리나라의 우주산업, K-스페이스 시대
한국형 발사체 누리호
화성 탐사 레이스
후발주자 아랍에미리트의 도약
미래를 위한 우주탐사

소련이 인공위성 발사에 연이어 성공하자 화들짝 놀란 미국은 자국의 첫 인공위성 발사를 서둘렀다. 그렇게 해서 스푸트니크 1호 발사 이후 3개월여 만인 1958년 1월 31일 최초의 미국 인공위성 익스플로러 1호가 발사되었다. 익스플로러 1호는 단순한 전파 신호만 보낸 소련의 스푸트니크 1호와 차별화할 수 있는 점이 있었다. 바로 과학 연구를 위한 ‘과학 탑재체’가 실려 있었던 것이다.
-20쪽

물체가 지구 대기권을 탈출하는 데 필요한 최소한의 초기 속도를 탈출속도라고 한다. 물리적 측면에서 탈출속도는 물체의 운동에너지가 중력에 의한 위치에너지와 같아지는 속도다. 즉, 로켓이 지구 중심에서 잡아당기는 중력을 벗어나는 데 필요한 최소한의 속도인 것이다. 지구 주변에 있으며 질량을 갖는 모든 물체는 지구의 중력장에 묶여 움직인다. 그러므로 지구의 중력장을 빠져나가기 위해서는 어느 방향이냐가 아니라 얼마나 빠르냐가 중요하다. -25~26쪽

액체연료는 고체연료보다 다루기가 매우 까다롭다. 그래서 액체연료로만 발사체를 만드는 나라는 거의 없다. 액체연료를 사용하는 로켓 내부에는 연료와 산화제가 들어 있어서 추진제를 구성하는 연료와 산화제의 양을 조절하면 추력을 조절할 수 있다. 액체연료는 추력뿐 아니라 시동과 정지를 제어할 수 있다는 장점 때문에 대부분의 우주발사체에 사용된다. -40쪽

화성은 지구와 같은 영구자기장이 존재하지 않기 때문에 강한 방사선이 지상에 그대로 내리꽂힌다. 이 우주방사선이 화성 표면의 위치마다 어떻게 달라지는지, 상공으로 올라가면 고도별로 어떻게 달라지는지도 알아야 한다. 만일 일주일, 1개월, 6개월, 1년, 10년 동안 생명체가 화성에서 살아야 한다면 방사선에 피폭되면서 누적되는 방사선량도 알아야 한다. 누적되는 최대 방사선 피폭량을 알면 인간에게 필요한 우주복의 소재와 두께를 정할 수 있고, 주거 시설의 방사선 차폐막을 어떤 물질로 얼마나 두껍게 만들지도 정할 수 있다. -46쪽

인공위성을 만들 때는 단계별로 매우 엄격하고 까다로운 절차를 지켜야 한다. 우주의 환경은 전자 제품이 견뎌내기에는 매우 가혹하기 때문이다. 수많은 반도체로 구성된 인공위성은 우주 공간에서 오래 살아남기 힘들다. 따라서 위성이 본래의 임무를 완수하며 설계 수명 동안 무사히 작동하도록 하려면 지켜야 할 조건이 매우 많다. 예를 들어 우주방사선을 차폐하기 위해 표면에 알루미늄이나 티타늄을 두껍게 도포해야 한다. 또한 차갑고 뜨거운 극한 온도 범위에서 살아남을 수 있는 전자 부품을 사용해야 한다. 이런 이유로 우주에서 사용할 수 있는 반도체(space parts)의 가격은 부르는 게 값인 경우가 많다. -55~56쪽

우주로 발사된 인공위성이 마음대로 돌아다닐 수 있는 것은 아니다. 갈 수 있는 자리들이 정해져 있고, 자리싸움도 치열하다고 할 수 있다. 위성이 갈 수 있는 자리를 임무 궤도라고 한다. 이 궤도에 따라 위성이 움직이는 고도가 달라진다. 우리나라의 다목적 실용위성(아리랑) 3A호는 528km 높이에서, 통신해양기상위성(천리안) 2A호는 3만 6,000km 높이에서 지구 주변을 움직인다. GPS 위성 같은 항법위성은 2만 2,000km 근처에서 수십 개의 위성이 일정한 간격으로 궤도면을 만들면서 움직인다. -66쪽

보통 하나의 발사체가 한꺼번에 우주로 보낼 수 있는 무게가 정해져 있기 때문에 한 번에 위성 여러 대를 모아서 발사한다. 이때 1등급 손님에 해당하는 중대형위성의 발사 비용은 무게만큼 비싸고, 2등급 손님에 해당하는 소형위성이나 초소형위성의 발사 비용은 좀 더 싸다. 1등급 손님의 일정 때문에 발사 일정이 지연되거나 바뀌는 경우도 많다. 비싼 발사 비용을 내는 나라는 발사 날짜와 시간 등 중요한 변수를 결정할 수 있고, 계약할 때도 자국에 유리한 조건을 제시할 수 있다. -86~87쪽

고체연료 로켓은 추진제를 보관한 채 오랫동안 대기할 수 있고 구조가 단순하며 비용도 저렴해서 경제적으로 장점이 있다. 하지만 우주발사체로서는 큰 단점이 있다. 추진제에 한 번 불을 붙이면 중간에 추진되는 연료의 양을 조절하는 것이 불가능하고, 시간에 따라 균일하게 연료를 태우기도 힘들기 때문이다. 즉, 한 번에 큰 추력을 얻기에는 좋으나 비행 도중 추력을 미세하게 조절할 수 없고, 균일하게 추력을 얻을 수도 없다. 따라서 우주발사체로 고체연료 로켓을 사용하는 경우는 드물고, 액체연료 로켓이나 액체와 고체를 혼합한 하이브리드 로켓을 주로 사용한다. -163쪽

인공위성을 만들고 우주로 발사했다고 해서 모든 일이 끝난 것은 아니다. 사실 인공위성의 가장 중요한 임무는 지금부터가 시작이다. 많은 사람이 오랫동안 공들여 만들고 우주로 보낸 인공위성들이 임무 수행에 실패하는 가장 큰 원인이 되는 마지막 고비가 남아 있다. 바로 인공위성과 지상의 통신이다. -185쪽

위성은 지상국과의 교신이 가능해지면 우주에서 획득한 날것의 자료를 그대로 보낸다. 이렇게 방대한 분량의 1차 데이터를 처리하는 것이 바로 지상국의 데이터 처리 시스템이다. 위성 탑재체는 광학 센서, 고해상도 합성개구레이더 센서, 적외선 장비 센서, 기상 센서 및 해양 센서 등으로 매우 다양하다. 데이터 처리 시스템은 다양한 탑재체의 자료를 처리해야 하며, 처리한 자료의 정확도를 높이는 보정 기능도 갖추고 있어야 한다.
-198쪽

2017년에 개발이 시작된 도요샛위성은 2023년에 발사될 예정이다. 위성 본체를 개발한 경험이 많은 한국항공우주연구원이 본체 개발을 맡고, 탑재체 개발 경험이 많은 한국천문연구원이 탑재체와 지상국 개발을 맡았다. 지상국과 관제 시설은 위성을 발사하기 전에 미리 완성해야 한다. 지상국 시스템은 한국천문연구원 본원 건물에 구축되었다. -202쪽

2021년이 우리나라 우주개발 역사에서 중요한 이유 중 하나는 바로 한미 미사일 지침이 폐기되었기 때문이다. 2021년 5월 21일 한미 정상회담 결과, 42년간 이어진 한미 미사일 지침이 완전히 종료되었다. 1979년 10월 한국과 미국은 미국이 미사일 기술을 이전해주는 대가로 한국이 개발하는 미사일의 사거리와 탄두 중량을 제한하는 데 합의했다. 탄두 중량과 거리를 제한한 이유는 우리나라의 국방력이 강해지는 것을 미국이 원하지 않은 까닭이 크다. 그런데 한미 정상회담에서 미사일 지침 해제를 전격 발표한 것이다. 이로써 한국의 미사일 개발을 가로막고 있던 사거리 제한과 탄두 중량 제한, 고체연료 사용 제한이 사라졌다. -208쪽

우리나라 발사체로, 우리나라 인공위성을, 우리나라 땅에서 발사하는 것을 ‘우주 주권을 갖는다’라고 말한다. 지금까지 우리나라는 우주 주권이 없었다. 그렇지만 누리호 발사에 성공하면서 드디어 우주 주권을 확보하게 되었다. -213쪽

우주기술 불모지였던 아랍에미리트는 단기간에 달 탐사를 건너뛰고 바로 화성 탐사에 도전했다는 점에서 세계의 주목을 받고 있다. 건국 50주년인 2021년 2월에 탐사선을 화성 궤도에 진입시킨 아랍에미리트는 2100년대에 화성 이주를 추진하려고 하는 등 전 세계에서 가장 파격적인 우주 탐사를 실행하고 있다. 이러한 성공은 우리에게 시사하는 바가 매우 크다. 아랍에미리트의 화성 탐사의 발판이 된 것이 바로 우리나라였기 때문이다. -216쪽