[저멀리 우주로: 민간 우주개발] 궤도 운반선, 우주 유통업

• Chanson sur ma drôle de vie - Véronique Sanson

https://www.youtube.com/watch?v=GTiTBIRhrLA

유별난 내 인생에 대한 노래 - 베로니끄 상송

 

 

 

• 가까운 듯 먼 지구 궤도

지표면에서 100km 위에 있는 카르만 선을 경계로 대기와 우주를 나눈다

지구는 지표면과 공기가 있는 대기로 구성되어 있습니다. 그리고 대기가 존재하는 영역을 대기권이라고 하고, 대기권 외각부터 우주로 칩니다. 그럼 어디부터가 우주일까요? 지구 지표면으로부터 100km 이상의 높이를 카르만 선이라고 부르며 이 카르만 선 윗부분을 대기권에서 벗어난 우주로 간주합니다.

지구 궤도

그리고 100km 높이의 카르만 선 위 우주로 나아간다 해도 지구로부터 완전히 벗어난 건 아닙니다. 여전히 지구의 중력이 작용하고 있으며 그 상태에서 에너지 추진을 멈추면 지구 주변을 도는 위성이 됩니다. 그 지구 주변을 도는 구역을 지구 궤도라고 부르며, 지구 궤도에도 여러 단계가 있습니다. 지구 대기에서 가장 가까운 지구 저궤도Low Earth Orbit, 중간 지점인 지구 중궤도Medium Earth Orbit, 가장 멀리 떨어져 지구의 힘이 가장 적어 지구 자전과 동일한 속도로 공전하는 정지궤도Geostationary Orbit 세 궤도로 구성되어 있습니다.

지구 저궤도로 가는데 에너지의 99%를 소모한다

문제는 지구 저궤도LEO까지는 가도 그 이상의 궤도로 이동하는 것은 힘들다는 점입니다. 우선 지구 중력이 매우 강해 그 중력을 이겨내고 지구 저궤도LEO로 이동하는데 로켓 에너지의 99% 이상을 소모해버립니다. 그래서 정작 인공위성이 지구 저궤도LEO에 도달하면 그 이상으로 갈 추진력이 없는 상태가 됩니다. 물론 인공위성에 강한 추진 엔진을 탑재하면 되는데 그러면 중량이 늘어 그 인공위성을 지구 저궤도LEO로 보내기 위해 로켓이 더 크고 강해져야 하고, 결국 예산이 비약적으로 증가하니 현실적으로 실현이 어렵습니다.

먼 궤도 사이를 왕복하며 인공위성을 목표 궤도로 운반하는 궤도 운반선

민간 기업들은 이를 보고 한번에 목표 궤도로 가는 것 대신, 큰 돈을 들여 미리 궤도로 인공위성을 운반하는 추진 엔진을 가진 궤도 운반선을 발사한 후, 그 궤도 운반선이 인공위성을 목표 궤도로 운반하는 유통 서비스를 제공할 수 있겠다는 생각을 했고, 이를 사업화하기 위해 개발에 뛰어들었습니다. 이렇게 지구 저궤도에서 목표 궤도로 인공위성을 보내주는 궤도 운반선 사업이 시작되었습니다.

 

 

 

• Momentus, 물로 추진하는 궤도 운반선

https://www.youtube.com/watch?v=eSIbwONGjx8

Momentus의 Vigoride 궤도 운반선

우주 단위의 유통 임무 중 가장 거리가 짧고 쉬워 처음 시도하기 좋은 사업은 지구의 여러 궤도 간 운반 임무를 수행하는 사업입니다. 그래서 민간 기업은 궤도 운반선 사업부터 시작했습니다. 그 궤도 운반선 사업에 가장 먼저 뛰어든 민간 기업은 미국의 Momentus라는 기업으로, 물을 기화시켜 추진력을 얻는 마이크로파 전기열 추진기를 궤도 운반선의 동력원으로 선택했습니다. 그 궤도 운반선이 Vigoride로 2023년 Vigoride-5가 처음으로 우주에서 물의 기화만으로 궤도 간 이동에 성공했습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=g2tJlktsORg

Vigoride-6

그리고 같은 해 Momentus는 여러 CubeSat을 우주로 보내는 SmallSat 플랫폼 사업을 진행하는 SpaceX와 사업 방향이 일치함을 파악하고 계약을 맺어 SpaceX의 발사체와 SmallSat 플랫폼에 Vigoride-6 궤도운반선을 탑재해 우주로 보냈습니다. Momentus는 이렇게 궤도 운반 사업을 진행하며 기업 경쟁력을 키우고 있습니다.

 

 

 

• 정지궤도 운반선에 도전하는 프랑스의 Exotrail

Spacevan 001 정지궤도 운반선

프랑스의 스타트업 Exotrail 역시 궤도 운반선에 도전해 SpaceX와 손을 잡았습니다. Exotrail은 정지궤도 인공위성을 목표 궤도까지 운송하는 플랫폼 서비스를 비즈니스 모델로 하고 있으며 2024년 첫 정지궤도 운반선인 Spacevan 001을 발사해 임무를 성공적으로 완수했습니다. 그리고 2026년 새 정지궤도 운반선을 발사해 운용할 계획임을 밝혔습니다.

 

 

 

• OsmosX, 다용도 궤도 운반선을 개발하다

https://www.youtube.com/watch?v=6RaBmh6sYOg

OsmosX

프랑스의 또다른 스타트업 OsmosX는 여러 용도로 사용하는 다용도 궤도 운반선 사업에 뛰어들었습니다. OsmosX는 우주 트럭을 컨셉으로 잡아 우주 궤도에 올려진 인공위성을 직접 찾은 후 그 인공위성과 랑데뷰한 상태로 목표 궤도로 직접 운송해주는 능동 궤도운반선을 개발했습니다. 그리고 이를 2025년에 발사할 예정이라고 합니다.

 

 

 

• 궤도운반선 사업과 우주 클라우드 데이터 서비스를 진행하는 D-Orbit

https://www.youtube.com/watch?v=cGSmtET_aQA

D-Orbit 사업 계획

이탈리아의 스타트업 D-Orbit는 우주 기반 클라우드 컴퓨팅 사업을 목표로 하는 기업으로 해당 사업 자금을 마련하기 위해 우주 궤도운반선 사업을 우선 진행하고 있습니다. D-Orbit는 ION이라는 궤도운반선을 개발했으며 일본의 대기업 마루베니의 적극적인 투자를 받아 14대의 ION 궤도운반선을 우주로 보냈습니다.

 

 

 

• 태양광을 바람 삼아 이동하는 궤도운반선을 설계한 Portal Space Systems

Supernova

SpaceX 출신 엔지니어가 창업한 스타트업도 있습니다. 해당 스타트업은 Portal Space Systems로 태양광을 바람 삼아 돛을 달고 목표 궤도로 이동하는 궤도 운반선 Supernova를 개발하고 있습니다. 정확히는 태양 에너지를 활용해 추진체를 가열하며 추진력을 얻는 방식을 선택한 궤도 운반선입니다.

 

 

 

• 저궤도에서 정지궤도를 왕복하는 Impurse Space

https://www.youtube.com/watch?v=bNSVnMUFL8g

Impulse Space의 Mira 궤도 운반선

SpaceX 출신 엔지니어가 창업한 또다른 기업인 Impulse Space는 미국 우주군 사령관 출신이 합류하며 주목을 받은 스타트업입니다. Impulse Space는 지구에서 막 벗어난 지구 저궤도에서 인공위성을 받아 지구로부터 멀리 떨어진 정지궤도로 인공위성을 운반하는 사업을 기획했고 Mira 궤도 운반선을 개발하고 있습니다.

 

 

 

• 우주 유통업에 도전하는 Sierra Space

Sierra Space의 궤도 운반선

민간 우주왕복선 Dream Chaser로 유명한 Sierra Space 역시 여러 위성 궤도 운반선을 계획하고 있으며 해당 궤도 운반선들을 대량으로 우주로 보내 우주 유통업을 장악하려는 야심을 보이고 있습니다.

 

 

 

• Blue Origin, 지구에서 달과 화성으로

Blue Ring

Blue Origin은 물자를 실은 무인 우주선과 사람을 실을 유인 우주선 두 우주선 모두에 호환되는 궤도 운반선을 개발하고 있습니다. Blue Origin의 궤도 운반선은 Blue Ring 궤도 운반선으로 지구 저궤도에서 우주선과 랑데뷰한 후, 태양광으로 얻은 전기로 엔진을 점화해 추진력을 얻어 우주정거장으로 운반하는 궤도 운반선입니다.

Blue Origin의 지구-달 교통 계획

이는 Blue Origin의 거대한 지구-달, 지구-화성 교통 계획의 일부입니다. Blue Origin은 Orbital Reef라는 민간 우주정거장을 만들어 막 지구 저궤도에 도입한 New Glen 유인우주선에 Blue Ring을 연결해 Orbital Reef로 자동으로 운송해주는 서비스를 개발하고 있습니다.