일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.2.14

우주 비즈니스
레이저 조사로 우주 쓰레기 제거
세계 첫 서비스를 일본기업이 25년에 시작

앞으로 급속히 확대될 것으로 보이는 우주산업. 이 우주산업의 고민거리인 우주 쓰레기(스페이스 데브리, 이하 데브리)를 레이저를 사용해 제거하는 세계 최초의 서비스 실현에 일본 기업이 도전한다.

스카파JSAT의 사내 스타트업 프로그램을 기반으로 2024년 1월 12일에 설립된 ‘Orbital Lasers’(도쿄). 2025년도의 사업화를 목표로 한다.

우주 공간에는 이미 대량의 데브리가 존재하고, 그 수는 해마다 계속 증가하고 있다. 유럽우주기구(ESA)에 따르면, 23년 12월 기준 데브리 수는 10cm 이상이 3만 6500개, 1~10cm가 100만개, 0.1~1cm가 1억 3000만개나 된다. 다수의 위성을 일체로 운용하는 위성 콘스텔레이션의 급증은 데브리 증가에 박차를 가할 것으로 보인다.

저궤도에서는 물체가 초속 약 8㎞의 초고속으로 이동하기 때문에, 아주 작은 파편이라도 위성 등에 충돌하면 기체에 큰 피해를 끼칠 수 있다. 예를 들면, 러시아가 21년 11월 15일에 실시한 위성 요격 미사일(ASAT: Anti-Satellite Weapon)의 폐기 위성 파괴 실험에서는 1700개 이상의 데브리가 발생했다. 그 중 일부가 국제우주정거장(ISS)에 접근해 체류 중인 우주인이 대피해야만 했던 사건은 기억에 생생하다.

데브리 제거에는 여러가지 방법이 있다. 일반적으로 데브리는 회전하고 있는 경우가 많기 때문에 우선은 회전을 멈추고 자세를 제어할 필요가 있다. Orbital Lasers는 ‘레이저 어블레이션(Laser Ablation)’이라는 현상을 이용해 회전을 멈춘다. 이는 대상 물체에 레이저를 조사해, 표면이 플라즈마화할 때 발생하는 플라즈마 제트의 반력을 이용하는 방법이다.

Orbital Lasers는 이 방식의 장점으로서 (1) 적절한 타이밍에 레이저를 조사해 데브리의 회전을 멈출 수 있고, (2) 물리적인 접촉 없이 안전하게 데브리를 이동할 수 있으며, (3) 데브리는 어블레이션에 의한 추력으로 이동하기 때문에 데브리를 이동시키기 위한 연료가 불필요해 경제적이라고 설명한다. 예를 들면 (2)의 경우는 데브리에서 100m 정도 떨어진 거리에서 레이저를 조사한다고 한다.

-- 200kg급 위성용 페이로드 개발 --
Orbital Lasers는 데브리 제거에 대해 두 종류의 사업을 계획하고 있다. 하나는 ‘DTB(Detumbling) 사업’으로, 회전하고 있는 데브리를 레이저로 멈추고 자세를 제어하기 위한 위성 탑재 페이로드를 개발/판매한다. 2025년도 사업화를 예정하고 있다.

판매 대상은 데브리 제거 사업자이며, 중량 200kg급 위성에 탑재할 수 있는 페이로드를 개발하고 있다. 이를 이용함으로써 데브리의 회전을 멈추고 제거 위성이 데브리를 쉽게 포획할 수 있도록 한다.

“2025년도 페이로드 납품을 위한 기술 개발 전망이 분명해졌다”(Orbital Lasers 대표이사 후쿠시마(福島) 씨).

또 하나의 사업은 Orbital Lasers가 직접 데브리를 제거하는 ‘ADR(Active Debris Removal) 사업’으로, 2029년도에 시작할 계획이다. ADR에서는 우선 레이저를 조사해 데브리의 회전을 멈추고, 다시 레이저를 조사해 데브리를 궤도에서 이탈시킨다. 큰 데브리부터 우선순위를 정해서 제거하는 것을 상정하고 있다. 2027년도에 궤도상 실증을 계획 중이다.

-- 요구되는 피크 파워는 100MW --
스카파JSAT는 레이저 어블레이션을 이용하는 위성용 미션 기기를 개발하기 위해 레이저 개발에서 실적이 있는 RIKEN(이화학연구소) 등과 설계/개발을 추진하고 있다.

RIKEN에 의하면, 우주 공간에서는 용매를 사용할 수 없기 때문에 고체 레이저를 이용하지만 레이저 어블레이션을 이용해 궤도를 이탈시키기 위해서는, 지금까지 우주에 발사된 LiDAR(레이저 레이더)용 펄스 레이저보다 1자리수 높은 100MW 피크 파워(순간적인 레이저 강도)가 필요하다고 한다.

피크 파워의 향상 이외에도 진공에서의 시스템 냉각이나 로켓을 발사할 때의 내진성, 내방사선성의 확보 등 기술 요건은 많다고 한다. 다만, 이러한 과제를 해결하는 전망은 분명하며, 목표로 하는 30%의 효율도 이미 달성했다고 한다.

또한 Orbital Lasers는 데브리 제거 사업과 더불어, 우주용 LiDAR를 위성에 탑재해 정확한 지표면 높이 데이터를 제공하는 사업을 계획하고 있다. 기존의 광학 위성 등과 비교해 매우 정확하다고 설명하지만 구체적인 숫자는 공개하고 있지 않다. 서비스 제공 시기도 현시점에서는 미정이다.

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