한화시스템, 우주 인터넷 분야에 과감히 투자

저궤도 통신위성은 지구 상공에 수백~수천 기의 인공위성을 배치해 지상 통신망의 도움 없이도 언제 어디서나 LTE∙5G 수준의 인터넷 서비스를 제공하는 차세대 기술이다. '우주 인터넷'이라고도 불리는 저궤도 위성통신 서비스는 지구 저궤도(200~1000㎞)에 막대한 수의 소형 통신위성을 쏘아 올려 전세계를 연결하는 인터넷을 말한다. 광랜이 필요 없기 때문에 항공기·선박·기차·차량·UAM 기체 등에 안테나를 장착해 인터넷 접속이 어려운 오지· 해상·공중 등 세계 어느 곳에서나 24시간 안정적인 통신이 가능하도록 초공간 인프라를 제공할 수 있다.

원웹에 차례로 합류한 기업들의 소속 국기 그래픽(왼쪽). 원웹 측은 “원웹 이사회에 합류한 기업들의 소속 국기를 앞으로 발사할 로켓에 디자인하는 방안을 추진할 계획”이라고 밝혔다. 원웹이 앞으로 발사할 로켓의 개념도(오른쪽)

모건스탠리(Morganstanley)는 2040년 세계 우주산업 시장 규모를 1조1000억 달러(약 1430조원)로 전망했는데, 이 가운데 5800억 달러(약 750조원) 이상이 우주 인터넷 시장의 몫으로 알려졌다. 위성통신 안테나 기술은 세계 어느 곳에서나 위성과의 송수신을 통해 안정적인 통신망 구축을 가능하게 하는 핵심 기술로 위성통신 안테나 관련 시장규모는 2026년엔 50조 원에 달할 것으로 예측하고 있다.

한화시스템은 이런 이유로 세계적인 ‘우주인터넷’ 기업 원웹(OneWeb)에 3억 달러(투자 당시 환율, 약 3450억원) 투자에 나섰다. 한화시스템은 지난 2021년 8월 원웹과 투자 계약을 체결한 바 있다. 10월 14일 오후에는 원웹이 태극기가 새겨진 로켓을 발사했다. 협력의 핵심인 ‘이사회 멤버’들의 소속 국기를 로켓에 그려 넣는 건, 가장 강력한 파트너십의 표현 방식으로 알려졌다.

위성 36기 실은 원웹의 로켓이 태극기를 달고 우주로 발사됐다. (사진: 원웹제공)

‘뉴 스페이스 시대’ 우주 인터넷을 실현하기 위해 무엇보다 중요한 기술이 수천 개의 위성과 지상기지국 네트워크를 연결해 주는 ‘위성통신 안테나’ 기술이다. 위성통신 안테나 기술은 세계 어느 곳에서나 위성과의 송수신을 통해 안정적인 통신망 구축을 가능하게 하는 핵심 기술이다. 한화시스템은 우주인터넷을 실현시키게 될 핵심기술인 '위성통신 안테나' 관련 해외 선진 기업들을 차례로 인수 및 투자하며 우주 위성 사업분야를 폭넓게 확대해 나가고 있다.

2020년 6월, 영국의 위성통신 안테나 전문기업 '페이저 솔루션'의 사업을 전격 인수해 한화페이저를 설립해 해상 육상 항공기 내에서의 고속통신을 가능케 하는 전자식 빔 조향 안테나(Electronically Steerable Antenna, ESA)시스템을 선도하며 반도체 기반 차세대 위성통신 안테나 설계 개발에 집중하고 있다.
이어, 2020년 12월에는 미국의 ESA 기술 선도기업인 카이메타(Kymeta)에 3000만달러(투자 당시 환율, 한화 약 330억)를 투자해 전략적 파트너십을 맺었다. 올해부터 카이메타 위성 안테나 제품의 한국 시장 독점 판권을 확보하여 국내외 시장 개척에 나설 예정이며, 차세대 전자식 위성통신 안테나 공동개발도 계획하고 있다.

평면 디자인을 특징으로 하는 한화페이저의 위성안테나는 최첨단 기술력이 집약된 고성능을 자랑한다. 독자적으로 보유하고 있는 안테나 빔 조향 및 안테나 송수신 제어를 위한 반도체 칩 설계 기술도 업계 선행기술로 평가받고 있다.
가격 경쟁력·양산성·제품 확장성에서 높은 평가를 받고 있는 카이메타의 안테나 제품은 메타구조의 위성통신 빔 조향 기술을 구현하고 있다. 메타구조는 위성 안테나 유리기판 상에 미세 패턴을 형성하여, 전파·소리·빛의 파장과 형태를 조절해 위성과 통신을 용이하도록 하는 기술로 위성통신 안테나는 물론, 홀로그램·투명망토 등 빛과 음파를 상호작용하도록 설계하는 새로운 응용분야에 적용되고 있는 첨단기술이다.

한화시스템은 실용성과 시장성이 높은 카이메타의 메타구조 기반 안테나 기술과 한화페이저의 반도체칩 기반 고성능 안테나 기술을 동시에 확보하여 해상·상공·지상 전 영역의 저궤도 위성통신 안테나 사업 역량을 높여 나간다는 전략이다. 한화시스템은 한화페이저 설립 및 카이메타 신규 투자 등을 통해 저궤도 위성 안테나 시장에서의 기술 포트폴리오를 다각화를 바탕으로 우주∙위성 시스템 역량을 강화해 나가고 있다.

한화페이저의 전자식 빔 조향 안테나(ESA) 이미지

앞으로 군집위성으로 구성될 한화시스템의 저궤도 통신위성은 궤도상의 위성간 통신을 위한 ISL(Inter Satellite Link), 주파수 효율을 향상시키기 위한 전자식 빔조향 안테나 ESA(Electronically Steerable Antenna), 유연한 위성네트워크 운용을 위한 지능형 OBP(On-Board Processor)가 장착된다.
 
(SAR) 한화시스템, ‘위성의 눈’ EO/IR • SAR 탑재체 기술 모두 보유한 국내 유일 기업

인공위성은 탑재체와 위성 본체로 구성된다. 특히, 탑재체는 인공위성의 용도, 목적이 그대로 반영된 시스템으로 자외선∙가시광선∙적외선 관측 카메라, SAR레이다, 통신위성의 통신 중계기 등이 탑재체에 해당한다.
특히, 위성의 눈으로 불리는 전자광학(EO)∙적외선(IR)∙영상레이다(SAR) 탑재체는 감시∙정찰∙관측을 위한 위성의 핵심 장비이며, 한화시스템은 이 기술을 모두 보유하고 있는 국내 유일한 기업이다. 2009년 다목적실용위성(아리랑 위성) 3A호의 IR센서 개발을 시작으로 2015년 국내 최초로 IR센서 국산화에 성공하며 현재까지 위성 탑재 장비의 독자개발 능력을 확보해왔다.

위성 퀘도상의 초소형 SAR 위성이미지(사진:한화시스템)

한화시스템은 무기체계에 탑재되는 EO∙IR 및 다기능레이다 개발 기술력을 바탕으로 한반도 지역 및 주변국을 준실시간으로 감시할 수 있는 중∙대형위성 EO∙IR 탑재체와 SAR 탑재체를 공급하고 있다. 또한, 통신∙초소형 체계 분야까지 위성 분야 전반에 걸친 독보적인 역량과 전문 인력을 보유해 우주 위성 분야의 경쟁력을 강화해 나가고 있다.

군사용 정찰위성인 ‘SAR위성’의 핵심기술로 꼽히는 ‘SAR 센서’와 ‘데이터링크 시스템’을 개발하고 있으며, 전자광학, 적외선 센서개발에도 독자기술로 참여중이다.
SAR(합성개구레이다, Synthetic Aperture Radar)는 공중에서 지상 및 해양에 레이다파를 순차적으로 쏜 후 레이다파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성해 지상 지형도를 만들어내는 레이다 시스템이다. 레이다를 사용하기 때문에 주∙야간 및 악천후에도 영상 정보를 획득할 수 있다.
향후 ‘SAR위성’이 전력화되면 한반도 및 주변 지역에 대한 전천후 영상 정보 수집이 가능한 군 정찰위성 체계를 구축할 수 있어, 선진국 수준의 감시∙정찰 능력을 갖춤과 동시에 핵∙대량살상무기(WMD)위협 대응 체계 구축, 전작권 전환에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
한화시스템은 군 정찰 위성뿐만 아니라 지구 관측을 위한 광학위성인 다목적실용위성(아리랑위성)의 탑재체도 개발중이다.

국내 최초로 다목적실용위성(아리랑위성 3A호)의 IR탑재체를 국산화에 성공시켰고, 이는 미국∙프랑스∙독일에 이어 4번째로 성공한 사례로 꼽힌다. 현재는 아리랑위성 7호, 7A호의 EO∙IR 탑재체도 개발중이며, 특히, 이번에 개발되는 IR탑재체는 세계 최고 수준의 IR해상도로 개량해 감지∙관측 성능이 한층 강화될 것으로 보고 있다.
다목적실용위성은 한반도 관측 수요 증가에 따라 국경 인근 및 해양 등을 보다 선명히 관측하기 위해 개발된 고해상도 지구 관측 위성이다. 1999년 1호기 발사를 시작으로 현재 7호기가 개발 중이다.

초소형 SAR위성의 활용(사진:한화시스템)

우주 분야의 판을 바꿀 게임 체인저, 작지만 강한 초소형 SAR위성

SAR 위성은 감시정찰 자산으로써 매우 높은 가치를 자랑한다. 하지만 우주에서 SAR 위성을 동작하기 위해 필요한 고난도의 개발 기술은 해외에 의존해야 한다. 우주급 부품의 사용, 발사 등 고비용 문제로 인해 감시정찰체계 구현에 어려움이 있다. 특히 발사 비용은 발사체에 탑재되는 위성의 무게만큼 개발 비용에 있어 많은 부분을 차지한다. 최근 이러한 개발의 어려움을 극복하고자 위성 분야에서는 경제적인 개발 철학을 도입했다. 우주급 대신 상용 부품 사용, 하나의 발사체로 다수의 위성(군집 위성) 대량 발사, 위성 경량화를 특징으로 하는New space 패러다임이 트렌드로 자리 잡고 있다. 현재 Planet, Capella Space, Oneweb 그리고 ICEYE 등 많은 글로벌 기업들이 신개념의 초소형 위성을 개발 중이며, 미국 국방부는 민간기업의 우수한 우주기술을 적극적으로 활용해 New Space 패러다임에 부합하는 경제적인 위성 개발에 힘쓰고 있다.

이러한 개발 경향에 맞추어 한화시스템에서는 레이다 분야에서의 다양한 경험과 독자적 개발 역량을 바탕으로 100kg 이하의 초소형 SAR 위성을 국내 기술 100%로 개발하고 있다.

국내 최초 100kg 이하 초소형 SAR 위성

한화시스템이 개발한 초소형 SAR위성은 원통 또는 박스형 본체와 날개 형태의 태양전지판이 달린 일반 위성과는 다르게 SAR 탑재체와 본체 및 태양전지판이 일체화된 얇은 직육면체 형태로 설계했다. 이로 인해 무게는 절감하고, 하나의 발사체에 최대한 많이 실을 수 있도록 제작해 발사 비용을 절감했다. 즉, 본체-탑재체 일체형 설계를 통해 발사체 수납 효율을 극대화 할 수 있게 설계했다.

또한 위성 경량화에 따른 성능 저하를 최소화하기 위해 고집적 FPGA를 활용하고 있다. 이는 다수 모듈로 구성된 전장품을 단일 모듈로 기능 통합해 경량화/소형화를 달성하는 효과를 거뒀다. 또한 SAR의 핵심인 안테나는 국내 최초의 한국형전투기 KF-21 의 AESA레이다 과제에서 검증된 반도체 송수신 장치를 활용해 초경량 고이득 능동위상배열안테나를 적용했고, 1m급 고해상도 관측 모드와 넓은 영상 획득이 가능한 광역 관측 모드를 제공할 예정이다.

일반위성과 한화 초소형 SAR 위성 비교(사진:한화시스템)

첨단 감시정찰위성, 국내 기술로 완성하다

한화시스템의 초소형 SAR 위성군 감시정찰체계는 현재 개발 중인 초소형 SAR 위성을 궤도면당 약500km의 고도에서 재방문 주기 30분을 목표로 설계됐다. 또한 위성별로 전파의 편파를 다르게 하여(수직/수평 편파) 송신하고 있다. 같은 물체라도 편파에 따라 반사되어 위성으로 되돌아오는 전파의 세기가 다르므로 관심 지역의 물체 파악을 위한 다양한 정보를 획득할 수 있게 했다.

위성의 임무는 지상국과 교신을 통해 정해지기 때문에 지상국과 교신이 불가능하면 위성은 사전에 정의된 임무에 따라 감시 정찰을 수행한다. 한화시스템이 개발 중인 SAR 위성군은 다른 궤도면 상에 존재하는 위성 간 통신이 가능하여, 긴급 임무 변경이 필요할 시 위성 간 통신을 이용하여 위성의 임무를 변경할 수 있게 제작했다.

현재 감시정찰 분야에서 초소형 SAR 위성은 큰 주목을 받고 있다. 이러한 상황에서 한화시스템은 국내 최초로 100kg 이하 1m급 성능을 자랑하는 초소형 SAR 위성을 개발 중이다. 한화시스템은 초소형 SAR 위성 국산화 성공을 시작으로, 위성 분야 R&D 역량을 지속적으로 강화해 나갈 것이다.

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