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Nikkei X-TECH_2022.11.7

'물 엔진'으로 소형 위성을 추진
도쿄대학발 스타트업 Pale Blue의 도전

민간 기업의 우주 비즈니스 참여가 확대되는 가운데 스타트업 기업의 활약이 주목을 받고 있다. 도쿄대학발 스타트업 기업 Pale Blue는 물을 추진제로 하는 소형 위성용 추진기(물 엔진)를 개발한다. 소형에 수명이 길고, 취급도 쉬운 물 엔진은 소형 위성에 의한 통신과 각종 서비스에 활용할 수 있을 것으로 기대를 받고 있으며, 사업화를 위한 행보도 가속화하고 있다.

Pale Blue가 개발하는 물 엔진은 우주 공간에서 소형 위성의 이동이나 자세 제어, 우주 정거장에서의 소형 위성 발사 등에 이용하는 것이다. 액체 상태인 물을 증발시켜 수증기로 만들어 내뿜거나, 물의 플라즈마를 고속으로 내뿜어 추진력을 만들다. 물을 추진제로 사용하는 엔진의 지상 실증에서는 Pale Blue가 세계 최고 레벨의 실적을 보유하고 있다.

물 엔진은 로켓을 발사하는 것과 같은 강력한 추진력은 없지만 우주 공간에서 장기간 효율적으로 움직일 수 있는 것이 특징이다. 추진제 역할을 하는 물은 안정/안전/저렴하고 사용이 편리하다는 이점도 있다. Pale Blue는 수증기식과 물 플라즈마식의 2종류의 추진기를 조합한 세계 최초의 통합추진시스템(하이브리드식, KIR)을 개발해 실증을 진행하고 있다.

기존 추진기는 고가의 크세논(Xe) 가스를 고압으로 저장하거나 하이드라진(Hydrazine) 등 유독 화학물질을 사용해야 해 취급이 어려웠다. 이들 추진기와 비교해 물 엔진은 연비가 뛰어나 지속가능한 우주 개발에 도움이 될 것으로 기대된다. “우주 개발이 진행된 미래에는 달이나 화성에 있는 물을 추진제로서 사용해 우주 공간에 새로운 수송 거점을 구축할 수 있을지도 모른다”(Pale Blue).

-- JAXA의 우주 실증에도 참가 --
최근에는 우주항공연구개발기구(JAXA)의 ‘혁신적 위성기술 실증 프로그램 3호기 프로젝트’에 채택돼 소형 실증 위성 3호기에 하이브리드식 물 엔진을 탑재하게 됐다. 22년 10월 12일 발사는 '입실론 로켓 6호기'의 이상으로 실패로 끝났지만 22년 안에 여러 발사 계획이 있고, Pale Blue는 새로운 우주 실증에 조준을 맞추고 있다.

성능 향상에 대한 연구개발도 계속한다. 보다 물에 최적화된 엔진 설계로 하면 연비를 2배로 늘릴 수 있을 것으로 전망한다. Pale Blue의 공동창업자이자 대표이사인 아사카와(浅川) 씨는 “이르면 23년에 실증을 하고 싶다”라고 말한다.

Pale Blue는 수요가 높아지고 있는 50k~100kg급 위성용 물 엔진의 사업화에도 나설 계획이다. 마이크로파를 사용한 대전력화의 연구개발을 추진한다. 물 엔진의 추진력이 높아지면 소형 위성의 지구 주회 궤도에서의 고도 변경이나 지구 주회 궤도에서 달 주회 궤도로의 궤도 변경에 이용할 수 있게 된다.

그 후에는 양산 체제를 구축한다. 장래에는 통신과 방송, 지구관측, 농림수산업, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 초소형 위성 이용이 기대를 받고 있다. 현재는 미국 기업을 중심으로 민간기업의 참가가 증가하고 있고, 이러한 기업으로부터 문의가 증가할 것 같다.

-- 도쿄대에서 축적한 기술 활용 --
Pale Blue는 20년 4월 창업한 스타트업 기업이다. 물 엔진의 기초가 되는 플라즈마 기술 등은 도쿄대학에서 수십 년에 걸쳐 연구되어 온 것이다. 도쿄대학 준교수이자 나중에 Pale Blue의 공동창업자가 될 고이즈미(小泉) 교수 연구실은 원래 크세논 고압가스를 추진제로 한 엔진(이온 엔진)을 개발했으며, 14년에 세계 최초로 50kg급 위성용 이온 엔진의 우주 실증에 성공했다.

그 후 10kg 이하의 초소형 위성의 연구개발이 전 세계에서 진행되는 가운데 고이즈미 교수 연구실은 소형화에 적합하지 않은 크세논 이온 엔진을 대체할 새로운 추진기가 필요하다고 판단, 지금까지의 기술에 물을 응용하는 방법을 생각했다. 마이크로파와 자력(磁力)을 이용해 전자를 가열하는 ‘전자 사이클로트론 공명(ECR)’으로 물 플라즈마를 생성하고 이를 고속으로 분사함으로써 추진력을 얻는 것이다.

고이즈미 씨는 이온 엔진에 물을 추진제로 이용하는 방법을 고안. 후에 Pale Blue 공동창업자 겸 CTO(최고기술책임자)가 되는 나카가와(中川) 씨가 15년에 세계에서 처음으로 지상에서 실증에 성공했다.

이처럼 도쿄대학의 같은 연구실에서 연구를 진행했던 멤버가 공동으로 Pale Blue를 창업했다. 아사카와 대표이사는 “연구실에 같은 뜻을 가진 멤버가 모여, 함께 오랫동안 연구할 수 있었던 것은 행운이었다”라고 말한다.

이온 엔진에 강한 일본이지만, 이온 엔진에 물을 응용하는 형태인 물 엔진은 물과 수증기를 분리하거나 효율적으로 물 플라즈마를 생성하는 것이 어렵기 때문에 경쟁사에서도 성공한 사례는 없었다. 연구 그룹의 멤버는 탱크와 노즐 사이에 기화실(氣化室)을 설치하거나 설계를 재검토해 전체 기구를 소형화하는 등 연구를 거듭해 성공에 이르렀다.

아사카와 대표이사는 “아카데믹한 기초연구와 비즈니스를 상정한 개발의 양쪽에 대응할 수 있었던 것도 창업에 도움이 되었다”라고 분석한다. 비즈니스 컨퍼런스에 참가하면서 위성 개발 업체 등 비즈니스 측의 과제나 요구를 파악할 수 있었기 때문에 창업 후의 영업 활동이나 개발의 방향을 정하는 데 도움이 되었다.

도쿄대학에는 창업가를 지원하기 위한 프로그램 ‘앙트러프러너 도장(Entrepreneur School)’이 있었기 때문에 아사카와 씨 등은 학창시절부터 사업계획서 작성이나 투자가를 위한 프레젠테이션(피치 콘테스트) 경험을 쌓을 수 있었다. 이 때 도쿄대학계 벤처캐피털 등과 관계를 구축해 창업을 향한 지원을 받을 수 있게 되었다.

우주 산업은 유럽과 미국 시장이 중심이고 일본 시장의 존재감은 아직 작다. 사업 확대나 인재 획득을 위해 Pale Blue는 글로벌 조직 구축도 시야에 넣고 있다. 다만 이제 막 창업한 스타트업 기업은 자금력이 제한적이기 때문에 정부와 지자체의 지원이 필수적이다. 지금은 한 걸음 한 걸음 꾸준히 실증을 거듭해 국내외 소형 위성 업체에 물 엔진을 보급해 나갈 생각이다.

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