우주미션 이야기-인공위성 만드는 물리학자 황정아 박사의-

“우리는 우주로 가기로 했다

그것이 쉽기 때문이 아니라 어렵기 때문이고, 도전할 가치가 있기 때문이다”

-2022년 6월 21일, 한국형 발사체 ‘누리호’ 2차 시험 발사 성공!

-2022년 8월 5일, 한국형 달 궤도선 ‘다누리’ 발사 성공!

-2023년 황정아 박사가 만들고 있는 군집위성 ‘도요샛(SNIPE)’ 발사 예정!

-2025년 발사 예정인 나사의 유인 달 탐사 국제협력 프로젝트 ‘아르테미스 미션’ 참여!

‘달을 넘어 화성으로’ 한국의 우주탐사 미션

새로운 도전의 시대가 열렸다!

2022년은 우리나라 우주개발 역사에 기념비적인 해다. 2022년 6월 21일, 우리나라 독자 기술로 개발한 한국형 발사체 ‘누리호’의 2차 시험 발사가 성공했기 때문이다. 또한 8월 5일에는 한국형 달 궤도선 ‘다누리’가 발사에 성공하여 달로 가는 여정을 시작했다. 그 밖에도 이 책 《우주미션 이야기》의 저자 황정아 박사가 만들고 있는 군집위성인 ‘도요샛’도 2023년 초 우주로 떠날 예정이다. 또 2025년 발사 예정인 나사의 유인 달 탐사 국제협력 프로젝트 ‘아르테미스 미션’에 우리나라도 참여하고 있다. 지금까지 지구 저궤도와 정지궤도에만 머물렀던 우리나라의 우주 영역이 달까지 넓어지고 있는 것이다.

이처럼 연이은 성과 덕분에 우리나라는 이제 우리나라 땅에서, 우리나라가 만든 인공위성을, 우리나라가 만든 발사체에 실어 우주로 보낼 수 있는 ‘우주 주권’을 지닌 일곱 번째 나라가 되었다. 사실 우리나라도 그동안 많은 인공위성을 발사해왔지만 최근의 상승세는 여러모로 뜻깊다. 독자 개발한 위성과 로켓을 발사함으로써 우주 강국이라는 한국의 이미지를 세계에 각인하는 계기가 되었기 때문이다. 그러므로 우리나라의 인공위성과 로켓 제작, 그리고 우주개발의 현황을 짚어보기에 적절한 시점이다.

“시대가 변했다. 대한민국은 이제 남의 우주 잔치를 구경만 하는 나라가 아니다. 독자 발사체, 인공위성, 심지어 달 궤도 탐사선도 소유한 나라다. 이제 인공위성에 대한 시민들의 소양도 달라져야 한다. 훨씬 구체적이어야 한다. 인공위성 전문가 황정아 박사가 인공위성에 대한 구체적인 정보를 속속들이 보여준다. 당장 읽어야 할 책이다.” -이정모(국립과천과학관장)

황정아 박사가 들려주는 ‘인공위성과 로켓 만드는 법’

제작부터 발사, 지상국 운영의 모든 것을 알려주는 현장 보고서

많은 사람이 우주를 동경하고 호기심을 품지만, 실제 현장에서 인공위성과 로켓을 제작하고 발사하여 우주를 탐사하는 데 어떤 기술과 과정이 필요한지 제대로 이야기하는 책은 없었다. 우주 선진국들이 우주개발을 진행해온 과정과 현재의 추세, 그리고 우리나라의 우주개발사를 종합적으로 짚어주는 책도 많지 않았다.

우리나라 우주개발 초창기부터 지금까지 24년째 우주개발 현장에서 헌신하고 있는 황정아 박사가 집필한 《우주미션 이야기》에는 그동안 잘 알려지지 않은 ‘우주 개발 미션’의 모든 과정이 담겨 있다. 우주 선진국들의 우주 개발 과정과 우리나라 우주 개발의 역사, 인공위성, 탑재체, 로켓(발사체), 추진제(연료), 인공위성의 우주환경 시험 과정, 그리고 우주에 떠 있는 위성과 지상국과의 통신 등 과학적 지식과 개발 현장의 이야기를 생생하게 전달한다.

“우주를 꿈꾸는 사람이라면 가장 먼저 사 보아야 할 책이 바로 이 책이다. 이 책은 우주로 나가고 우주를 탐험하기 위해 알아야 하는 기술을 기초부터 차근차근 설명한다. 로켓과 우주선의 뜻과 그 의미의 차이를 비교하는 간단한 내용에서, 중력과 인공위성의 궤도에 관한 지식까지 우주 개발을 이해하기 위한 기본 지식을 충실히 정리한다. 그러면서도 그저 재미없고 따분한 내용을 나열하는데 그치지 않고, 직접 인공위성을 개발하며 살아 온 저자의 경험과 감상이 착실히 정리된 지식의 흐름 속에 함께 버무려져 있다. 예를 들면, 우주선을 개발하기 위해 어떤 시험을 차례로 통과해야 하는지, 하나하나 설명하는 기술적으로 귀중한 내용과 그 실험을 하기 위해 얼마나 고생을 해야 했던가 하는 인간적인 고민이 함께 흘러간다. 그 덕분에 귀중한 정보와 자료를 고스란히 담고 있는 책이면서도 동시에 읽기 편하고 재미있다.” - 곽재식(작가)

1~3장에서는 초기의 인공위성에 관한 이야기부터 냉전 시대 우주 선진국들의 경쟁에 얽힌 일화, 임무와 궤도에 따라 달라지는 위성의 종류에 관한 구체적 지식, 개발에 필요한 핵심 부품과 기술을 살펴본다.

4~6장에서는 인공위성의 꽃이라 할 수 있는 탑재체의 종류, 그리고 개발 과정에 필요한 여러 시험 단계들을 설명한다. 또한 사용하는 연료와 목적에 따라 달라지는 로켓에 관해 이야기한다.

7~8장에는 발사 이후 인공위성과 통신하는 지상국, 한국의 우주개발사와 현황, 미래 전망 등에 관한 내용을 담았다. 전체 이야기 속에서 우리나라 인공위성과 로켓에 얽힌 이야기뿐 아니라 세계 각국 우주개발의 흐름도 폭넓게 들려준다.

우리는 우주로 가기로 했다

그것이 쉽기 때문이 아니라 어렵기 때문이고, 도전할 가치가 있기 때문이다

1957년 소련이 인류 최초의 인공위성 스푸트니크호를 발사했고, 1969년 미국이 처음으로 인간을 달에 보냈다. 이후 여러 우주 선진국이 경쟁적으로 위성을 발사하고 우주를 탐사했다. 우주기술은 국방 기술에 활용될 수도 있고, 과학적 목적뿐만 아니라 국가의 자존심이 걸린 정치적 문제이기도 했기 때문이다.

최근에는 우주산업이 비약적으로 성장하면서 민간 기업이 주도하는 상업적 우주개발 분야가 두각을 나타내고 있다. 지금까지 공공의 영역이었던 우주가 이제 민간이 주도하는 뉴스페이스 시대로 진입하고 있다. 예컨대 민간 기업으로는 최초로 우주인을 우주로 보내는 데 성공한 스페이스X는 1단 로켓을 재사용하는 기술을 개발하는 한편 수많은 인공위성을 발사하고 있다. 또한 조만간 인간의 화성여행을 실현하겠다는 계획을 발표했다.

우리나라는 1992년에 한국 최초의 인공위성 우리별 1호를 발사한 후 기술력과 경험을 차근차근 쌓아왔다. 이제 한국은 다른 나라들의 우주개발을 구경만 해야 하는 나라가 아니다. 일각에서는 굳이 천문학적 비용을 들여 우주탐사를 하며 달이나 화성에 갈 필요가 있느냐는 의문을 제기한다. 이러한 질문에 관해 《우주미션 이야기》의 저자 황정아 박사는 이렇게 대답한다. 우주탐사의 역사는 도전과 실패의 역사이기도 하다고. 오늘날 현대인이 누리는 모든 과학 문명의 결실은, 우주로 가기 위해 경쟁적으로 노력하여 비약적으로 발전시킨 과학의 결과물이라고. 또한 실용적, 경제적 이용 가능성을 제외하더라도, 인간이 갈 수 있는 더 넓은 세상을 보여주는 일은 많은 사람에게 영감을 주고, 미래 세대가 미지의 세계에 대한 도전을 꿈꿀 수 있도록 해주기 때문이라고 설명한다.

그동안 우주에 관한 교양 과학서가 많이 출간되었지만 단편적 사실이나 과학사적 내용을 나열하는 경우가 많았다. 이 책은 수많은 밤을 새워가며 직접 부딪쳤던 인공위성 제작에 헌신적인 실제 개발자의 육성을 생생히 들을 수 있는 좋은 기회다. 책을 읽으며 알 수 있는 것은 과학적으로 중요한 정보뿐만 아니라 우주에 대한 꿈을 현실화하는 연구자와 개발자들의 고민이다. 그런 의미에서 이 책은 인공위성과 로켓, 세계 우주개발의 역사와 현황에 관한 지식을 전달하는 것은 물론 한국이 나아가야 할 우주개발의 방향을 다시 생각하게 만드는 재미있는 과학책이다.

“인공위성은 인간의 감각기관입니다. 인간은 인공위성과 결합된 포스트휴먼이 되어 지표를 내려다보고, 낯선 곳에서 들려오는 소리를 들으며, 다른 대륙을 향해 소리칩니다. 그 덕에 넓은 선택지를 가지게 되었지요. 인공위성이 없는 삶은 생각할 수 없습니다. 그러니 인공위성을 알아야 지구인의 삶, 나아가 나의 삶을 이해할 수 있습니다. 이 책이 큰 도움이 될 것입니다.” -이지유(과학 저술가) 

황정아

한국천문연구원에서 지구방사선대와 우주환경을 연구하고, 인공위성을 만든다. 과학기술연합대학원대학교(UST) 천문우주과학 전공 캠퍼스 대표교수이며, 한국과학기술원(KAIST) 항공우주공학과 겸임교수이기도 하다. 한국과학기술원 물리학과에서 플라스마 물리학으로 박사학위를 받았다. 학위 과정 동안 과학기술위성 1호의 우주물리 탑재체 개발에 참여하면서 인공위성과의 인연이 시작되었다. 세계 최초로 편대 비행하는 4기의 6유닛 큐브샛 미션인 도요샛(SNIPE) 프로젝트의 시스템 엔지니어를 맡고 있고, 달에 보낼 우주방사선 탑재체를 설계하고 있다.

언젠가는 우리나라도 태양계 탐사뿐 아니라 태양권계면을 벗어나 새로운 지평선을 여는 인공위성을 개발할 것이고, 이 계획에 주도적으로 참여하고 싶다는 소망을 갖고 있다. 국가우주위원, 정지궤도복합위성개발사업 추진위원회 위원, 한국연구재단의 우주기술 전문위원, 방위사업청의 425 정찰위성 사업의 자문위원으로 활동하며 이 꿈을 향해 한 걸음 한 걸음 나아가고 있다.

20여 년간 인공위성 개발과 우주과학을 연구해온 과학자로서, 세금을 내는 국민들에게 우리나라 과학 현장의 생생한 모습을 전달하는 일이 매우 중요하다고 생각해서 대중과 소통하는 강연과 저술 등을 꾸준히 해오고 있다. 또한 이공계 여학생과 여성 과학자의 처우 개선에도 관심이 많다.

우리 아이들에게 조금이라도 더 나은 세상을 물려주고 싶은 황정아 박사는 세 아이의 엄마이기도 하다. 황정아 박사는 과학적 사고를 가진 사회, 그래서 합리적으로 문제를 해결하고 의심할 수 있는 사회, 결과적으로 보다 공정한 사회를 만들기 위해 노력하고 있고, 그런 사회에서 우리의 아이들이 살아가기를 바란다.

지은 책으로 《푸른빛의 위대한 도약, 우주》, 《우주날씨 이야기》, 《우주날씨를 말씀드리겠습니다》, 《과학자를 울린 과학책》(공저), 《첨단기술의 과학》(공저) 등이 있다. 

들어가며

1장 인공위성은 로켓을 타고 날아간다

인공위성과 우주선은 어떻게 다를까

인공위성을 둘러싼 경쟁

인공위성을 발사하려면 무엇이 필요할까

우리나라의 인공위성과 로켓

2장 우주탐사 미션

많은 나라가 로켓을 개발하는 이유

액체연료와 고체연료

새로이 떠오르는 우주산업

인공위성과 로켓을 개발하는 과정

3장 인공위성

임무 또는 탑재체에 따라 나누기

모양에 따라 나누기

궤도에 따라 나누기

무게에 따라 나누기

우리나라의 위성

인공위성의 핵심 부품

개발 단계의 모델

4장 인공위성의 꽃, 탑재체

탑재체 선정과 개발

과학기술위성 1호의 탑재체

우리나라 위성의 탑재체

5장 우주 환경 시험

조립 시험

우주 환경 시험

6장 로켓과 연료

로켓은 어떻게 작동할까

로켓의 종류

우리나라의 로켓

급성장하는 세계 우주시장

세계 발사체 시장의 현황

스페이스X의 스타링크 위성

재사용 발사체

소형 우주발사체가 필요한 이유

가장 거대한 로켓

달 착륙에 필요한 로켓

화성 착륙에 필요한 로켓

7장 인공위성과 지상국

우주와의 통신

지상국은 어떻게 구성할까

우리나라의 지상국 개발

안테나의 원리

한국천문연구원의 지상국 안테나

다중 위성 관제 시스템이 필요한 이유

데이터 처리 시스템

뉴스페이스 시대의 전문 인력

도요샛위성 프로젝트의 지상국 개발

심우주 지상국

8장 우리는 왜 우주로 가야 할까

한미 미사일 지침 해제의 의미

우리나라의 우주산업, K-스페이스 시대

한국형 발사체 누리호

화성 탐사 레이스

후발주자 아랍에미리트의 도약

미래를 위한 우주탐사