▲ 소형발사체 개발역량 지원사업 개념도

정부가 추진하는 민간 주도 소형발사체 개발역량 지원 사업의 성공적인 기술개발을 위해 터보펌프, 밸브·배관류, 엔진 구조계 등 우주 부품 경량화 및 제조비용 절감이 가능한 금속3D프린팅 기술도 함께 개발된다.

업계에 따르면 과학기술정보통신부가 한국형 스페이스X를 육성하기 위해 추진하는 ‘소형발사체 개발역량 지원 사업’에 대한항공, 이노스페이스, 페리지에어로스페이스 등 3개 컨소시엄이 주관기관으로 선정됐다.

올해부터 2027년까지 6년간 총 139억원의 국비가 투입되는 이번 사업은 누리호의 2단(75톤 엔진 등)을 1단으로 활용하는 소형발사체 개발을 위해 기술적 난이도가 높은 상단 QM(Qualification Model:인증 모델)급 엔진을 개발하는 사업이다.

소형발사체는 500kg급 위성을 지구 저궤도(SSO, 500km 이상)로 발사 가능한 운송수단을 말한다. 민간우주업체 스페이스X가 전 지구에 초고속 인터넷망을 구축하기 위해 저궤도 소형위성을 2020년대 중반까지 1만2,000개 쏘아 올린다는 스타링크 프로젝트를 추진하면서 중대형 발사체에 이어 소형발사체에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있다.

국내에서도 소형 위성의 발사수요는 증가하고 있으나, 소형발사체의 부재로 해외 중대형 위성의 발사 일정에 따라 우리 위성의 발사 일정이 정해지는 실정이다. 이에 과기정통부는 스페이스X를 혁신적 우주기업으로 육성한 미 항공우주국의 상업용 궤도 수송 서비스 프로젝트(COTS)와 같은 지원을 통해 경제성을 갖춘 소형발사체 기업을 육성하는 사업을 기획하게 된 것이다.

이번 사업은 선정된 3개 컨소시엄이 소형발사체 2단에 사용 가능한 고성능 상단 엔진을 설계·제작하고 두 차례의 단계평가를 통해 최종 1개 컨소시엄이 남아 설계·제작한 엔진의 성능시험을 진행하는 경쟁형 연구개발 방식으로 진행된다.

특히 상단 엔진의 기획부터 설계까지 민간기업 주도하게 되는데 필요시 1단부(누리호 75톤 엔진)의 설계를 일부 개선하거나, 자체 개발·보유한 엔진·기술도 1단부에 활용이 가능하다. 신규 발사체를 새롭게 설계하기 때문에 제작비용 절감을 위한 경량화와 에너지 효율 향상에 필요한 복잡한 부품 제작 및 제작기간 단축에 기여할 수 있는 3D프린팅 기술이 같이 개발된다. 선진 우주산업계에서는 이미 터보펌프, 밸브·배관류, 엔진 구조계 등 부품을 제작하는데 있어 금속 3D프린팅이 널리 적용 중이다.

이노스페이스 컨소시엄에 참여하는 금속 3D프린팅 서비스 기업 ㈜스타코는 금속 3D프린팅으로 제작한 산화제 펌프 등을 적용할 계획이다. 스타코는 지난 2020년부터 과학기술정보통신부의 ‘2020년 3D프린팅 제조혁신 실증지원 사업’의 주관기관을 맡아 수요기업인 이노스페이스와 함께 우주의 극저온, 고압 등 극한 환경을 견딜 수 있는 물성 요구기준을 만족하는 산화제펌프 제작 공정기술을 확보하는데 성공했다. 이 제품은 이노스페이스가 오는 12월 브라질 알칸타라 발사센터에서 발사하는 15톤엔진이 장착된 ‘한빛-TLV’ 시험발사체에 실제 장착된다.

대한항공 컨소시엄에 참여하는 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터는 소형발사체 부품의 경량화 및 일체화를 위한 금속 3D프린팅 기술을 개발할 계획이다. 센터는 최근 항공우주연구원과 협력을 통해 DED(Directed Energy Deposition, 에너지제어용착) 방식 금속 3D프린팅 기술로 우주 발사체용 추진제 탱크의 시제품 제작에 성공하는 등 우주항공산업의 경쟁력 강화와 적층제조 시장 활성화를 위해 고온을 견딜 수 있는 니켈 합금 및 경량화 요구 부품 제작이 가능한 티타늄 합금 등 특수 부품의 적층제조 공정을 개발 중이다.

권현준 거대공공연구정책관은 “2030년까지 예정된 공공위성 170기 발사의 원활한 수행을 위해서는 경제성 있는 소형발사체 개발이 필수”라며, “이번 소형 발사체 개발 역량지원 사업을 통해 산업체의 우주개발 역량을 높이고, 국내 우주발사체 기업이 스페이스X 같은 혁신적 기업으로 성장하는데 필요한 지원을 아끼지 않을 것”이라고 밝혔다.

▲ ㈜스타코가 금속 3D프린팅으로 제작한 ‘산화제펌프’

▲ 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터는 금속 3D프린팅으로 우주 발사체 부품 제작 공정을 개발 중이다.