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전문리포트 3

우주 시대 전망 및 우주제품 품질보증 추진방안

글. 한국우주기술진흥협회 김영민 사무국장
스토리

최근 스페이스X·블루오리진 등 미국의 기업들을 선두로 민간 주도의 우주개발 트렌드인 뉴 스페이스(New Space) 시대의 도래, 국가 안보를 위한 우주 전력의 강화 등 우주 공간에서 인류의 활동이 확대되는 추세에 있으며 향후에도 증가할 것이라고 전망된다.
본 기고에서는 우주 개발의 미래를 전망해 보고 인공위성 등 우주기기 제조에 사용되는 우주부품들에 대한 품질보증을 국가차원에서 어떻게 추진할 것인지 제안해보고자 한다.

뉴 스페이스 시대, 세계는 우주 경쟁 중

최근 뉴 스페이스(New Space)의 등장으로 세계 우주산업 생태계가 급격하게 변화하고 있다. 뉴 스페이스란 기존에 국가안보, 기상예측 등 정부의 수요가 주가 되는 우주개발에서 글로벌 위성통신 서비스, 우주관광, 우주자원 탐사, 지구관측 데이터 분석 서비스 등 미국기업을 중심으로 상업적 목적의 우주개발 참여가 확대되는 현상을 말한다.

민간 우주개발이 확대될 수 있었던 밑바탕에는 위성 제작분야와 발사체 분야의 비용 경쟁력 확보를 위한 기술혁신이 있었다. 인공위성 제작 분야에서는 고신뢰도의 고가 우주급 전자부품(EEE parts) 위주에서 고성능 상용 우주부품의 확대를 통한 제작 비용 절감과 대량 생산 시스템이 선진 위성체 기업을 중심으로 도입되고 있다. 발사체 분야에서는 재사용 발사체를 이용한 발사 비용 절감, 초소형 발사체 개발 능력의 향상으로 저가의 민간 발사 서비스 기업이 증가되는 추세이다. 이를 통해 우주 진입장벽이 낮아지면서 민간투자를 통한 새로운 우주서비스 시장이 대두되고 있는 상황이다.

우주여행 산업을 향한 장밋빛 전망도 넘쳐난다. 미국 시장조사기관인 ‘리서치 앤 마켓’에 따르면 오는 2027년까지 우주여행 시장이 17억 달러(약 1조 9,100억 원) 규모로 성장할 것으로 내다봤다. 또한 미국 투자은행 모건스탠리는 전체 우주산업의 시장 규모가 2020년 3500억 달러에서 2040년엔 1조 달러로 커질 것이라고 전망했다. 국내의 경우 과학기술정보통신부는 ‘제3차 우주개발 진흥 기본계획’에서 2040년까지 차세대 소형위성 8기, 차세대중형위성 73기, 다목적실용위성 8기, 정지궤도급 위성(천리안, 통신방송, 조기경보, 자료중계, 항법) 21기 등 총 110기의 위성을 개발할 예정이며, 2022년까지 한국형발사체를 2회 발사할 예정으로 과거의 개발 규모와 비교하여 보았을 때 큰 폭으로 확대될 것으로 보인다.

소련 붕괴 후 한동안 소강상태를 보였던 우주 국방 투자가 2000년대부터 우주 세계 선진국을 중심으로 다시 치열해지고 있는 상황이다. 미·소 냉전시기 우주 군비 경쟁이 최근 중국의 위성 격추 시험 성공(2007) 등을 시작으로 미·중·러 간에 가열되고 있다. 러시아는 1992년부터 항공우주군을 운영해 왔으며, 중국은 2016년에 우주·사이버·전자전 분야를 통합한 전담 전략지원군을 조직하였다. 이어서 미국은 2019년에 우주군을 창설하였으며, 일본은 2020년에 항공우주자위대를 창설하여 우주 안보를 위한 체계를 마련하였다.

그림1. 세계 우주군 조직 발전 현황

또한 미국은 2001년부터 우방국인 영국, 호주, 캐나다, 뉴질랜드와 ‘우주안보 가상훈련’을 실시하여 왔으며, 2018년부터 일본이 새로 참여하였다. 이 훈련은 미국 인도태평양군의 관할지역에서 미국 정찰위성과 통신위성이 경쟁국으로부터 공격과 전파방해를 받아 군사작전에 필수적인 위성항법시스템(GPS)을 이용할 수 없는 상황을 가정해 진행된다. 또한 미군이 작전을 계속하기 위해 유럽연합(EU)의 위성항법시스템인 ‘갈릴레오’, 일본의 GPS 위성 ‘미치비키’를 통해 받을 수 있는 지원 방법 등과 관련한 가상훈련이 이루어진다. 최근 한미 정상회담에서 ‘한미 위성항법 협력 공동성명’에 서명한 것도 위와 같이 군사적인 목적의 일환으로 추진된 것이다. 따라서 현재 구축을 추진 중인 한국형 위성항법 시스템(KPS, Korean Positioning System) 개발도 탄력을 받을 전망이다.

최대 우주개발국인 미국의 2017년 우주분야 총 예산 433억 달러(약 52조)에서 국방예산은 약 48%인 207억 달러(약 25조)에 달하는 것으로 조사되어(The Space Report 2018) 우주개발에서 국방의 비중이 높다는 것을 확인할 수 있다. 미국은 인공위성 등 우주자산을 이용하여 정찰임무, 군 통신, 정밀 위치정보, 미사일 공격 경계, 적대국 우주자산 제어 등 다양한 군사임무를 수행하기 위한 투자를 진행하고 있다. 우리나라도 주변 강대국으로부터 자주국방을 유지하기 위해 우주 국방전력 강화가 시급한 상황이며, 군에서는 북한과 주변국의 도발 징후를 사전에 취득하여 전략적으로 전술에 활용하기 위해 소형위성의 활용을 계획 중이다.

조기경보위성 운영, 위성 격추 및 나포 기술, 위성 무력화 기술 등 미래 우주전을 대비한 전력을 확보하는 것 또한 필요한 상황이다.


해외의 우주부품 품질보증

과거 우주개발에서 제일 중요한 관점은 우주부품의 국산화 보다는 개발 프로젝트의 성공이었고, 그런 이유로 우주 성공 이력이 있는 해외 부품을 선호하게 되었다. 그러나 자주적 우주개발, 우주부품 개발 능력 향상, 국부 유출 방지, 국가 우주 프로젝트 확대 등의 이유로 국산화의 중요성이 확대되고 있다. 국산화를 위해서는 우선 국내 기업이 해당 부품을 개발할 수 있는가와 그 다음 요구되는 품질을 충족할 수 있는지가 핵심 사안이다. 향후 확대되는 우주개발의 흐름에서 국산화 확대 및 우주부품의 품질을 향상시키기 위해 주 고객인 정부에서 품질을 보증하는 정책방안에 대해 논의해보고자 한다.

항공분야와 우주분야는 산업분류에서 유사 분야로 분류되고 있는데, 항공분야는 인증제도가 법제화되어 운용되고 있으나, 우주분야에서는 인증제도로 발전하지 못하고 제품에 대한 품질보증과 임무보증 및 시스템 엔지니어링 요건이 계약에 의한 요구사항으로 부여되어 공급자와 사용자 간의 2자 인증 형태로 운용되는 것이 일반적이다. 예외적으로 미국이 전 세계적으로 유일하게 발사체의 등급을 나누어 인증(Certification)을 발급하고 있다. 이는 자국 시장 수요가 충분하고 임무페이로드의 중요도에 따라 미 항공우주국(NASA)이 발사체 서비스를 구매하기 위하여 도입한 것이다. 그러나 일반적으로 우주분야는 2자 인증제도를 품질보증으로 하여 고객의 품질을 만족시키기 위한 활동을 수행하고 있다고 이해할 수 있다.

우주분야 인증제도가 발전할 수 없는 근본적인 이유는 우주분야가 갖는 시장규모가 너무 작아서 제조업자의 관심과 참여를 이끌어내기 어려운 경제적인 이유와 양산개발이 아닌 수요자의 요구에 따른 일회성 개발이라는 우주기술의 특성이 함께 작용하고 있기 때문이다.

그림2. NASA의 품질보증 체계

우주분야 주요 선진국의 품질보증 상황을 살펴보면 NASA의 경우 OSMA(Office of Safety and Mission Assurance)라는 청장 직속의 독립적인 안전 책임조직이 NASA의 모든 프로그램에 대한 안전 및 임무보증 정책과 절차를 개발·이행하고 감독하는 책임을 가지고 있다. NASA 본부의 인원은 약 30여 명 정도로 NASA 내의 10개 센터별로 SMA 인원을 유지하고 있으며, 전체적인 품질보증 체계는 그림2와 같이 구성되어 있다.

미국에 비해 후발주자인 유럽은 미국에 비해 상대적으로 우주산업의 규모가 작아 각국의 우주기관(영국의 UKSA, 프랑스의 CNES, 독일의 DLR 등)이 독립적으로 품질인증 체계를 운영하기 보다는 ESA(European Space Agency)를 중심으로 진행되고 있다. ESA는 1993년 유럽 우주 표준 협회(ECSS, European Cooperation for Space Standardization)를 출범시키고, 유럽이 개발하는 우주 제품의 기술을 표준화 하고 있다. ECSS 우주 기술 규격은 크게 사업 관리(Program Management), 제품보증(Product Assurance), 엔지니어링(Engineering), 생존성(Sustainability) 체계로 구성되어 있다. 각 분야마다 전문위원을 두고 표준화의 방향 및 표준화가 필요한 분야를 선정하며, 표준화가 필요한 분야가 결정된 경우에는 실무위원회(Working Group)를 구성하여 표준을 작성한다. 이와 별도로 1982년에 ESA, NASA, CBES(프랑스 국립 우주연구소)가 함께 CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)를 구성하여 유럽 우주기술 표준화의 단초를 마련하였다. 현재 CCDSD에는 일본의 JAXA를 포함하여 약 10여 개국의 우주기관이 참여하고 있다.

일본은 1971년 NASDA 인정부품(QPL 부품) 제도를 시작하여 저항, 콘덴서, 재료 등 약 200개 품목 인증을 지속하고 있다. 그러나 고비용 · 진부화로 제조 설비 유지에 어려움을 겪게 되면서 NASDA 이외에서는 거의 사용되지 않고 있으며, 국제적인 평가 또한 낮아 다른 나라의 위성에 사용되지 못하였다. 이를 타계하기 위해 국제협력을 추진하여 일본 국산 부품의 국제적인 인지도를 높이는 동시에 외국 부품의 정보를 적극적으로 입수하여 프로젝트를 지원하고 있다. 또한 중요 부품의 이용을 촉진하기 위해 부품 품목별 업체를 통한 개발협의체를 개최하여 프로젝트에서 국산 부품의 우선적 사용·사후 관리 등의 지원 체제의 내실화를 도모하였으며, 생산 라인마다 인정하는 QML(Qualified Manufacturers List) 인정 제도를 적극적으로 수용함과 동시에 각종 부품 데이터를 데이터베이스화 하는 부품정보시스템 정비를 촉진하였다.


우리나라의 우주부품 품질보증

국내의 우주분야 품질인증은 항공우주연구원이 국가우주 프로그램을 추진하면서 참여기업 및 부품을 선정하는 과정에서 이루어져 왔다.

분야별로 살펴보면 위성체 제작분야에서는 표준화된 품질보증 및 인증 제도는 구축되어 있지 않으며, 우주 프로그램에 따라 우주선진국의 체계 및 제도를 활용하여 개발 및 검증요건을 계약요건으로 부여하고 있다. 위성부품 레벨에서 품질보증 요구기술은 부품의 설계, 제작, 장비 조립 및 시험, 프로젝트 관리, 제품보증, 시스템엔지니어링 기술을 요하고 있다. 위성체 연구개발사업 제품보증 요구조건의 세부내용을 살펴보면 아래의 표와 같다.

발사체 제조분야의 경우 국내의 발사체 개발 이력은 그리 길지 않아 발사체 기술을 확보하고 안정화하는 단계이다. 현재는 대부분의 부품을 직접 설계, 제작, 시험, 검증하고 있어 표준화된 요구조건에 맞추어 규격의 기성품(혹은 규격품)을 구매하여 시스템을 구현하는 것은 불가능하다. 현재 국내 발사체 개발 수준에 알맞은 적절한 수준의 제품보증 활동을 유지하는 것이 필요하며, 이러한 개발 철학이 한국형 발사체의 SPAR 제도에 반영되어 있다. SPAR은 ISO9001이나 AS9100 수준의 인증을 받은 능력 있는 업체를 주요 계약 업체로 선정하고, 현 단계에서 반드시 지켜야하는 제품보증의 원칙을 지키도록 요구하되 사업본부의 개발 철학과 맞지 않는 부분은 적절히 조정하는 것을 기본개념으로 삼고 있다. SPAR에 의거하여 참여기업의 제품보증이행계획 검토, 품질시스템 감사, 제품검사, 입고검사 등의 활동을 발사체 개발에 참여하는 항공우주연구원과 업체 간에 진행하고 있다. 향후에는 민간주도 우주개발의 정책적 기조에 의해 민간기업이 우주사업 주관기관이 되면 항공우주연구원은 감리기관으로 참여하여 품질보증을 담당할 계획이다.

표. 항공우주연구원의 위성체 연구개발사업 제품보증 요구조건


우주부품 품질보증 발전 방안

국내에서 우주부품 품질보증제도를 시행하기 위해서는 국내 우주산업 규모와 현황을 가늠해 보아야 한다. 2020년 우주산업실태조사에 352개 기업이 참여하였으며, 점차적으로 증가하는 추세인 것으로 조사되었으나 우리나라 우주 산업 기반은 아직까지 선진국에 비해 취약하다. 우주부품 품질보증의 주요 대상인 위성체 분야는 58개사, 발사체 분야는 75개사가 응답에 참여하였으나 제작 우주부품의 수와 규모를 감안하면 주요기업은 소수이다. 주요기업으로 위성체 제작 사업에 참여하여 우주 인증을 받은 제품을 보유하고 있는 기업은 대한항공, 한국항공우주산업, 한화, 한화시스템, LIG넥스원, 두원중공업, AP위성, 쎄트렉아이 등이 있으며, 발사체 사업에는 두원중공업, 한화, 한국화이바, 단암시스템즈, 네오닉스, 한양네비콤, 이노컴, 퍼스텍, 와이티테크날러지, 세트렉아이, 대한항공 등이 참여하고 있다.

과학기술정보통신부의 국가우주개발계획 및 국방부의 우주전력 확보 방안 등의 향후 사업규모를 감안해 보면 참여기업의 증가가 예측되기는 하지만 품질보증제도의 도입은 산업규모와 우주개발 특수성에 맞게 단계적으로 추진해야 될 것이다. 일본의 사례를 보면 산업계의 수요 및 인프라가 작으면 인증제도를 유지하는 것에 대한 실효성이 부족해지고 실질적인 운영이 어렵기 때문이다.

인증제도의 도입 및 성공적 운영을 위한 단계적 추진방안을 4단계로 구분하여 제시하고자 한다.

첫 번째로는 위성체 제작분야에 참여기업을 인증하는 제도가 필요하다. 품질보증 대상기업의 수가 적고 표준 규격을 규정하기 어려운 우주 연구개발 사업의 경우에는 주로 제품이 아닌 회사(조직)가 인증하나 현재는 계약시 일회성으로 검토하는 상황이다. 이 인증제도의 부재로 우주부품 개발 역량이 부족한 기업이 참여하여 국가우주개발 프로그램의 안정적 추진을 저해한다는 의견이 지속적으로 제기되어 왔다. 해외 우주선진국에서는 QML(Qualified Manufacturers List) 인정 제도를 운영하고 있으며, 국내에서는 항공우주연구원 발사체 사업단의 SPAR제도가 그 예이다.

두 번째로는 제품보증, 프로젝트 관리, 시스템엔지니어링 3가지 부문으로 나누어 국가 우주기술 표준 규격을 마련하고, 그에 따른 인증 또는 보증 업무를 추진해 나가야 할 것이다. 이를 위해 선진국의 우주부품 및 시스템 관리 규정(문서)에 대한 문서체계와 절차에 대한 각 분야별 자료 수집과 더불어 규정화가 수행되어야 하며, 이를 바탕으로 우리나라 실정에 맞는 한국형 기준과 규정, 그리고 절차를 마련해야 한다.

세 번째로는 위성체 제작에 소요되는 부품의 국산 제품의 수가 확보되면 전기전자부품(EEE Parts), 소재, 공정, 일솜씨(Workmanship)에 대한 인증을 추진한다. 전 세계적인 우주시스템 개발에서 우주 제품의 인증범위를 볼 때 우주 시스템을 구성하는 기본단위인 유닛 레벨에 대한 인증제도는 운영되고 있지 않고 있다.

마지막으로는 NASA, ESA 등의 우주 선진국 기관과 국가 우주기술 표준 규격을 상호공유하여 발전시켜나가고 인증된 부품들을 상호 인정하는 체제를 만들어 국산 우주부품의 수출을 지원하는 것이다.

우주산업은 주요고객이 정부수요가 대부분을 차지하고 있고, 개발주체 역시 정부의 지원이 필수적이며, 산업의 특성상 단기간에 육성될 수 있는 산업이 아니므로 기술축적에 오랜 시간과 자금부담 능력이 요구되는 매우 어려운 산업 중 하나이다. 정부 연구기관 중심의 개발에서 나아가 산업체 역할을 강화하는 세계적인 추세에서 국내 우주산업 역량을 강화해 달라는 대내 · 외 요구에 능동적으로 대응하기 위해서는 우주 산업체가 개발하는 제품에 대한 표준적인 품질보증 또는 인증을 할 수 있는 정책의 추진을 요구하는 바이다.