김승조의_우주항공기술강좌_01

김승조의_우주항공기술강좌_01

제 5차 산업혁명은 우주항공기술에서 ?!

대한민국은 가히 제4차산업혁명 열풍을 맞고 있다. 언론보도, 서점가 서적들, 방송 특집 등에서 단골주제로 등장하고 정부 각 부처의 예산들도 대부분 4차산업혁명과 뭔가를 연결해야 빛이 나는 상황이다. 그러나 제 4차 산업혁명이라는 용어는 한국이외 몇 나라만 열심히 사용하고 있다. 국제적으로 통용되는 용어는 아니라는 얘기이다. 독일은 산업4.0 이라는 이름으로 먼저 나서기도 했고. 산업혁명은 원래 하나의 고유명사로 알고 있었는데 2차도 아니고 3차도 아닌 4차 산업혁명을 갑자기 뜬금없이 들고 나오니 일반인들에게는 얼떨떨한 상황으로 다가오는 면도 있다.

제 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution, 第4次産業革命)이란 용어는 2016년 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼에서 Claus Schwab 회장에 의해 세상에 회자되기 시작했고 우리나라에서는 당시 그 포럼을 참석해 그 연설에 감동을 받은 박근혜대통령이 큰 관심을 보이면서 한국 정부가 능동적으로 나서고 언론도 따르면서 전세계 어느 나라보다 제4차 산업혁명이라는 용어를 가장 많이 사용하는 나라가 되었다.

제4차 산업혁명은 한마디로 인공 지능, 사물 인터넷, 빅데이터, 모바일 등 첨단 정보통신기술이 경제·사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대의 혁명으로써 해당 산업기술만의 변화만이 아니라 우리가 살아가고 있는 사회의 대대적인 변화도 불가피할 것이라는 예측 이겠다. 이러한 예측 하에 정부는 대한민국이 선제적으로 이 혁명의 물결에 대응케 하기 위해 국민적인 패러다임 체인지로 이끌어 가려는 일종의 구호라는 의미도 크다고 볼 수 있겠다.

​

그럼 말 그대로 4번째의 혁명이라면 다음은?

​

4차 산업혁명이 있으면 앞으로 제5차 산업혁명도 나타날 터, 5차의 산업적 대변혁은 어느 기술에서 올까? 필자는 바로 항공우주(Aerospace) 기술로부터 올 거라고 생각한다.

​

그 산업적인 혁명을 불러올 항공우주기술들을 아래와 같이 열거해 보고자 한다.

​

1. 자율성이 극대화되고 대형화한 드론기술 – 자율성과 안전성을 확보하고 사람들 5-6인을 태울 수 있을 정도로 발전한 수직 이착륙 가능한 드론은 결국 3차원적 교통혁신을 가져올 개인항공기(Personal Aerial Vehicle)가 될 것이다. 서울 아파트에 사는 어머니가 세종시의 딸네 아파트에 손자 돌보러 매일 오갈 수 있는 세월을 상상해보자. 영화 "제5원소" 주인공이 모는 택시를 상기해도 되겠다. 20여년 후에 PAV 산업이 현재 자동차 댓 수의 5%만 차지한다고 생각해도 1대의 가격이 지금의 고급 승용차 수준은 넘어설 것이므로 그 산업의 크기는 어마어마해질 것이다.

수직이착륙 가능한 PAV의 교통 상상도

2. 로켓 엔진을 장착한 비행체를 타고 전 지구 어디에나 30-40분 내에 여행 – 안전하고 강력한 추력의 로켓엔진을 장착한 새로운 비행운반체를 타고 대기권 밖을 날아간 다음 초속 7-8Km(음속의 20배 이상) 비행 후 목적지로 강하 착륙하게 된다. 이미 미국의 Elon Musk는 상당히 구체적인 설계안을 내어 놓았다. 실제로 구현된다면 국내 먼 도시간의 당일 출장만이 아니라 서울에서 호주 시드니 정도의 거리도 당일에 일을 보고 다녀올 수 있지 않을까? 위의 PAV 출현과 함께 교통에 있어 증기기관 발명에 버금가는 혁명이 될 것이다.

대형 space 비행기가 내리고 뜨는 Spaceport 상상도

SpaceX Starship의 지구 대도시간 운항시간

3. 대규모 인공위성 혹은 상용항공기 망을 통한 전 지구의 초 연결 (Global Hyper-Connectivity) - 인공위성의 소형화와 고성능화 그리고 낮아진 발사비용을 통해 수만대의 위성을 다양한 궤도에 올려 도심지만이 아니라 심산유곡 전세계 어디서나 고속의 인터넷 데이터통신을 가능케하는 또 하나의 큰 변혁이다. 이미 SpaceX와 oneWeb 등에서 위성을 올리기 시작하고 있고 Aeronet이나 Airborne Wireless Network 등 신생 기업들은 상용기를 여러 대 상공에 띄워 초 연결을 시도하고 있다.

SpaceX Starlink 의 대규모 위성망을 통한 고속 인터넷 연결 구상도

Airbus사가 투자한 oneWeb의 인공위성망

​

4. 지구궤도의 거대 생산공장화 - 우주발사 비용이 급격히 낮아지면서 이룰 수 있는 또 하나의 변혁. 지상에서 공해를 유발하는 많은 공장들, 전력을 많이 소모하는 공장들, 무중력이나 진공상태가 유리한 산업 등이 공장 구축을 지구궤도에 하게 될 것이다. 정지궤도의 무한정한 태양에너지를 활용하게 되니 에너지 비용이 거의 안 든다. Musk와 Bezos가 이미 재사용 가능한 초 저렴한 로켓 개발에 성공하고 있으므로 멀지 않은 시기에 구현되리라 본다.지구궤도에 설치될 대형공장 상상도

​

5. 우주태양광발전을 통한 인류의 에너지 자급 구현 – 지구궤도(아마도 정지궤도)에 초대형(500톤 이상) 태양광발전위성을 올려 지구로 24시간 전력을 무선 송전하는 기술이다. 현재로는 거대위성을 궤도에 올리는 비용이 문제이지만 발사비가 현재보다 10분의1 수준으로 떨어지면 채산성이 생길 것으로 전망된다. 발사비용 저렴화에 경쟁하고 있는 선발기업들, Elon Musk의 SpaceX 그리고 Amazon 회장 Jeff Bezos의 blue Origin 등이 50회, 10회 이상 재사용 가능한 로켓 엔진 개발을 통해 조만 간에 초 저렴한 발사체를 가능케 할 것으로 예상된다. 전세계 전력 수요의 상당부분을 감당하게 되면 엄청난 크기의 산업으로 성장하게 될 것이고 공상과학소설에 묘사되듯이 우주태양광발전을 통해 인류는 에너지 공급에서 자유롭게 될 것이다.

우주태양광발전 요약 설명도

​

6. 행성, 소행성에서 자원 획득 구현 - 태양을 돌고 있는 행성이나 달, 그리고 일부 소행성 중에는 귀중한 광물이 다량 포함되어 있다고 알려져 있다. 2016년 9월 현재까지 조사된 바로는 711개의 알려진 소행성에만 대략 100조 달러 가치의 광물이 있다고도 한다. 여러 벤처 기업가들에 의해 우주기술을 이용하여 이들 광물을 캐내어 우주에서 활용하거나 지구로 가져 오려는 사업이 일어나게 될 것이다. 금, 은, 백금, 텅스텐 등은 지구로 가져오고, 철, 망간, 알루미늄, 니켈, 코발트, 티타늄 등은 우주에서 각종 부분품 제작이나 우주구조물 건설에 사용하며, 물, 산소 등은 우주인의 생존에 그리고 수소, 암모니아, 산소 등은 로켓 추진제로 사용하자는 아이디어를 내고들 있다.

행성에서의 채광 상상도

소행성에서 광물채굴 상상도

​

7. 일반인의 우주관광 우주여행 가능, 우주정착민 탄생 – 일반이들이 지구궤도나 달 화성 등으로의 관광 또는 여행을 할 수 있게 된다. 이미 Virgin Galactic, Blue Origin 등의 우주기업들이 재사용 가능한 엔진을 이용해서 지상 110Km의 대기권 밖으로 올라가 우주를 구경하고 무중력 상태를 경험해보는 준궤도 우주관광 기술을 개발하고 있다. 한편 SpaceX나 Blue Origin 등은 달이나 화성 여행을 목표로 로켓을 개발하고 있어 멀지 않은 시기에 여러 형태의 우주여행이 가능해질 것이다.

화성에 착륙한 Spaceship들 상상도

우주공간에 건설된 인류 정착지 상상도

이상 열거한 기술들은 앞으로 10년에서 30년이내에는 거의 구현 가능할 것이라고 예상하며 모두가 다 대형 산업화될 수 있는 것들이다. 이런 혁명적인 미래변화를 감지해서인지 미국의 Bank of America Merrill Lynch가 2017년에 낸 보고서에서는 30년 후 우주산업은 2.7조 달러의 시장으로 폭발 성장할 것이라고 예측하기도 했다.

​

https://www.cnbc.com/2017/10/31/the-space-industry-will-be-worth-nearly-3-trillion-in-30-years-bank-of-america-predicts.html

​

위의 보고서에는 앞에 열거한 7대 기술 분야 중 항공분야와 우주태양광발전 등이 빠져 있는 것으로 실제 전체 항공우주산업 시장크기는 더욱 커질 수도 있다고 본다. 일례로 우주태양광발전 위성망이 지구 전체 우주궤도에 설치되어 발전하게 되는 2GW 위성 2000대를 상정하면 현재 전기요금으로도 3조달러가 넘는 시장을 창출하게 것이다.