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Nikkei Computer_2021.12.9 포커스 (p55~59)

우주 테크(Space Tech)의 발흥
160조엔 시장에 도전하는 기업들

DX(디지털 변혁)의 물결이 우주로 확산될 조짐이 보이고 있다. 위성데이터의 비즈니스 활용에서부터 AI기술이 활용된 자율제어 로봇을 이용한 우주 진출 지원, 위험한 우주쓰레기 제거까지 내용은 다양하다. 160조엔 규모라고 알려져 있는 거대 시장을 둘러싼 우주 테크(Space Tech) 기업들의 도전을 취재했다.

지상에서 400킬로미터 떨어진 상공의 우주 공간에 위치한 국제우주정거장(ISS). 올 10월, ISS 내에서는 묵묵히 움직이는 로봇암의 모습을 볼 수 있었다. 이 로봇암이 조립하고 있는 것은 태양광발전 패널로, 부품을 장착하고 그곳에 볼트나 나사를 끼워 순차적으로 패널을 조립해나갔다.

이 로봇암의 움직임은 사람이 조작하는 것이 아닌, 모두 자율제어로 진행되었다. 로봇암 끝에 장착된 카메라로 촬영한 영상을 바탕으로 대상을 인식해 모션플래닝(Motion planning)이라고 부르는 자율제어 기술을 통해 자동으로 작업이 이루어진 것이다.

-- 일본 발 자율제어 로봇이 ISS 내에서 작업 --
이것은 일본의 로봇개발 벤처기업 기타이재팬(GITAI Japan)이 미국항공우주국(NASA) 등의 협력을 얻어 실시한 실증실험의 모습이다. 기타이는 10월 28일, 우주용 자율로봇 ‘S1’을 이용한 범용 작업의 수행 기술 실증에서 ISS에서 예정되었던 모든 작업에 성공했다고 발표했다.

S1은 기타이가 모두 개발한 것으로, 미국의 우주기업 나노락스(NanoRacks)가 로봇을 운반하는 로켓의 발사 및 궤도 운용 관리 등을 담당, NASA가 로봇 수송과 ISS 내에서의 우주비행사에 의한 설치를 각각 담당했다.

케이블·스위치를 조작하는 빼고 꽂는 태스크도 실시. 지금까지는 사람만이 할 수 있었던 손의 감각을 이용한 섬세한 작업에도 성공하는 등, 상정한 작업을 모두 완수하는데 성공했다. “지금까지의 우주 로봇은 스위치를 누르는 것만 할 수 있었지만, 이번 성공을 통해 자율성 범용 로봇의 한계를 단번에 갱신할 수 있었다”라고 기타이의 나카노세(中ノ瀬) 최고경영자(CEO)는 그 의의를 강조한다.

기타이의 로봇은 부품을 집거나 설치하기, 나사나 스위치를 돌리기, 커버 열기 등, 복잡하고 어려운 다양한 작업을 처리할 수 있는 자율성과 범용성을 중시해 만들어진 점이 특징이다. 기존에는 특정 작업에 특화된 원격 조작 로봇이 주류였다.

자율제어 로봇이 우주공간에서 활동하기 위해서는 두 가지 과제를 극복할 필요가 있었다. 하나는 지상에서 손을 쓸 수 없는 우주공간이라는 상황에서 시행착오 없이 곧바로 실전에서 성공하지 않으면 안 되는 점이다. 기타이는 우주에서의 활동을 상정해, 100회 이상의 실험을 반복했다고 한다.

다른 하나는 안전 심사이다. NASA가 요구하는 안전기준을 통과해야 했다. 예를 들면 로봇의 각 부분을 와이어로 묶어, 파손되어도 부품 등이 흩어지지 않게 해야 했다. 파손된 부품이 ISS 내에 떠다니다 혹시라도 우주선이나 우주인을 다치게 하는 것을 막기 위해서이다. 하지만 와이어 장착은 화상인식을 방해해 모션플래닝이 어려워진다.

이러한 어려움을 극복할 수 있었던 것은 로봇을 모두 내제화했기 때문이라고 나카노세 CEO는 말한다. “창업 후 5년 중 3년을 로봇의 내제화에 소비했다. 오리지날 모터부터 소프트웨어까지 모두 자체적으로 제작했기 때문에 요건에 맞추어 유연하게 대응하는 것이 가능했다”(나카노세 CEO).

일반적으로 우주산업은 다수의 공급 기업들로부터 부품을 조달하고 제조사는 조립을 담당하는 케이스가 많다. 하지만, 자동차 등과 달리, 우주산업 부품은 특별한 사양이 많아서 코스트와 납기가 늘어나기 쉽다. 기타이는 내제화를 관철함으로써 원가와 리드타임, 안전 심사 등에 대한 대응에 효과가 있었다”(나카노세 CEO). 로봇의 개발비는 1,000만엔 정도라고 한다.

-- 위성데이터로 지상의 문제 해결 --
최근 우주 테크 기업들의 도전이 본격화되고 있으며, 기타이는 그 상징적인 기업이다. 우주에서 사람을 대신해 활약하는 로봇부터 인공위성으로 촬영된 지상의 데이터를 활용한 비즈니스, 우주로의 진출을 지원하는 인재 육성까지 다양한 분야에서 우주테크 기업들이 발흥하고 있다.

조사회사인 미국의 A.T.커니에 따르면, 전세계 우주산업의 시장규모는 2020년 시점에서 40조엔. 정부 예산뿐만 아니라 민간의 위성방송과 그 지상 설비 등이 차지한다고 한다. 이러한 시장이 성장하는 것과 동시에, 우주와 관련된 다른 산업이나 지상 경제로의 파급 효과로 인해 2040년에는 160조엔 규모로 성장한다고 예측되고 있다.

우주 테크 가운데 서비스 개발이나 업무 이용이 가장 활발한 분야가 인공위성으로 촬영된 화상데이터를 이용한 비즈니스이다. 항공사진으로는 촬영이 어려운 광범위한 지표 화상을 이용해 농업 및 공급망 관리, 시설관리 등 다양한 용도로 활용한다.

“지리 공간 정보의 구글이 되겠다”. 이렇게 말하는 것은 미국 오비탈인사이트(Orbital Insight)의 김 아시아태평양통괄책임자 일본 제너럴매니저이다. 오비탈인사이트는 위치정보나 위성데이터를 사용한 지리정보분석 SaaS(Software as a Service)인 ‘오비탈인사이트GO’를 제공하고 있다.

이용 기업 중 하나가 영국의 유니레버(Unilever)이다. 팜유 공장에서 항구까지 광범위한 공급망 감시에 사용하고 있다. 위성데이터로 삼림 상태를 분석, 복수의 업자로부터 취득한 익명화된 노동자의 위치정보를 조합해 자신들의 공급망이 삼림 파괴에 관여하고 있지 않은지를 체크한다.

유니레버는 대형 항공사인 유럽에어버스와 위성업체인 미국의 플래닛(Planet)으로부터 위성데이터를 제공받고 있으며, GPS와 자동차의 위치정보, 선박자동식별장치(Automatic Identification System, AIS) 등 다양한 데이터원을 활용하고 있다. 예를 들어, 상하이에 있는 쇼핑몰을 분석하면 차량 대수와 인파 등 지역경제와 상관관계에 있는 대상물의 동향도 확인할 수 있다.

오비탈인사이트는 위성영상데이터에 찍힌 물체를 식별하는데 AI(인공지능)를 사용하고 있다. 인식 알고리즘은 자체적으로 개발한 것으로, 기본적인 물체 검출 알고리즘의 경우, 3개월 정도면 만들 수 있다고 한다. 현재 오비탈인사이트가 제공하는 분석 대상은 세계 400만지점 분량의 상업시설과 교통기관, 레저시설 등으로, 앞으로 더 추가할 방침이다.

-- 날씨에 좌우되지 않고 지표를 관측 --
일본의 우주테크 기업도 위성데이터를 사용하는 비즈니스 개발을 추진하고 있다. 규슈대학 발 벤처기업 QPS연구소는 합성개구레이더(SAR)를 탑재한 소형 인공위성을 개발하고 있다. SAR는 마이크로파를 사용해 지형이나 구조물의 형태를 관측하는 기술이다. 현재 다수 배치된 광학위성은 가시광을 사용해 촬영하기 때문에 야간이나 악천후 지역에서는 촬영할 수 없다는 단점이 있다. SAR위성이 사용하는 전파는 구름을 투과하기 때문에, 밤낮에 상관 없이 관측할 수 있다.

QPS연구소는 위성데이터 용도로 SAR 위성을 활용하는데 있어 규슈전력과의 제휴를 상정하고 있다. 규슈전력 고마루카와(小丸川)발전소의 설비 및 주변 환경 순찰 작업의 효율화와 그 대체가 용도의 후보로 대두되고 있다. 예를 들면, 댐 방류 시에는 약 20킬로미터의 하천을 반나절 걸쳐 작업원이 체크해야 한다. 이러한 업무를 위성데이터로 효율화할 수 있는지를 검증한다.

QPS연구소는 지금까지 실증 위성 2기의 발사를 완료한 상태이다. 콤팩트하게 수납할 수 있는 대형 파라볼라안테나를 개발해 소형 SAR 위성이지만 분해능 70센티미터의 화상을 취득하는데 성공했다. 3호기 이후에는 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발한 ‘궤도 상 화상화 장치’를 탑재할 예정이다.

궤도 상에서 SAR데이터를 화상데이터로 변환, 데이터를 경량화해 지상에 전송함으로써 수신까지의 시간 단축을 목표로 하고 있다. 2022년 말까지 4기를 발사해 2025년 이후 36기로 운용하는 컨스텔레이션(Constellation, 다수의 인공위성을 연계하여 동작시켜 통합·운용하는 구조)을 목표로 하고 있다.

-- ‘우주 상사’가 인재 육성 --
‘우주 상사’를 자칭하는 벤처기업이 바로 스페이스BD. 클라크기념국제고등학교와 협력해 고등학생들을 대상으로 인공위성 개발 및 발사, 우주를 테마로 한 인재 육성에 주력하고 있다.

위성개발 일정을 체험할 수 있는 워크숍을 개최해 학생들에게 실제 위성개발에 필요한 지식과 스킬을 교육한다. 예를 들어, 공기저항을 줄인 기체(機體)나 낙하산 등을 이용해 달걀을 깨뜨리지 않고 떨어뜨리는 ‘에그드롭(Egg Drop)’이라는 실험을 통해서 우주공학에 필요한 사고능력과 실천력을 기른다.

1~3학년생을 대상으로 한 동아리활동 ‘우주 탐구부’도 창설했다. 다양한 실험 등을 통해 우주에 대한 관심을 높이거나 이해를 돕는 것이 목적이다. 최대 100명 정도의 학생을 모집해 빈 캔 사이즈의 인공위성을 사용한 간이 발사 실험을 체험할 수 있는 워크숍을 검토하고 있다. 수년 안에 10센티미터 크기의 큐브샛(Cubsat)이라고 하는 위성의 발사를 목표로 하고 있다.

“우주 관련 산업의 시장규모가 2, 3배로 점점 커지고 있는 가운데 우주분야에 종사하는 산업 인구의 확대는 절대적으로 필요하다”. 스페이스BD의 가와모토(川元) 사업개발 제1부장은 우주 인재를 위한 교육사업에 종사하는 의의에 대해 “빠른 단계에서부터 우주에 대한 흥미 관심을 양성함으로써 장래의 지속가능성이 있는 사회에 기여할 수 있다”라고 말한다.

-- 심각해지는 우주쓰레기 문제 해결 --
1~10센티미터 크기가 약 100만개, 1센티미터에서 1밀리미터의 것은 약 3억 3,000만개. 이것은 유럽우주국(ESA)이 올 11월 9일에 발표한 지구의 주변이나 인공위성 궤도 상에 있다고 알려져 있는 우주쓰레기의 수이다.

우주쓰레기는 모두 인공 물질로, 고장이 나거나 수명이 다한 인공위성, 로켓 등의 잔해이다. 1957년 소비에트연방이 세계 최초의 인공위성 '스푸트니크 1호'를 발사한 이후, 로켓과 위성이 발사될 때마다 우주쓰레기는 늘어났다. 또한 우주쓰레기끼리의 충돌로 분열하여 증가가 가속화되고 있다.

우주쓰레기는 움직이지 않고 떠 있는 것이 아니라 초속 78km로 지구 주위를 돌고 있다. ISS나 인공위성에 부딪히면 중대한 고장의 원인이 되고, 최악의 경우 인명 소실로 이어진다.

우주쓰레기를 제거하기 위해 다양한 우주 테크 기업들이 기술개발을 추진하고 있다. 대표적인 기업이 2013년에 창업한 아스트로스케일(Astroscale)이다. 아스트로스케일은 올해 3월, 민간기업으로는 세계 최초의 우주쓰레기 제거 기술 실증 위성 ‘ELSA-d’를 발사, 8월에는 자석을 활용한 포획 기구를 이용해 모의 우주쓰레기 포획 실증에 성공했다. 향후에도 실험을 계속해 난도를 높여나갈 방침이라고 한다.

모의 우주쓰레기 포획 실증 방식은 모의 우주쓰레기를 회전시키거나, 일단 방출한 후 찾아내 회수하는 방식으로 진행되었다. 최종적으로는 회수한 모의 우주쓰레기와 포획기구를 대기권에 재돌입시켜 모두 태우는 결말을 목표로 하고 있다. “기존 쓰레기의 회수와 앞으로 발생되는 쓰레기를 늘리지 않는 것. 이 2가지가 당사가 추진하는 우주 환경 개선의 어프로치이다”. 아스트로스케일의 이토(伊藤) 제너럴매니저는 자사의 사업 방침을 이렇게 말한다.

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