국내 기술로 완성되는 첨단 감시 정찰 위성! 우리 군 정찰위성에 탑재되는 EO/IR 탑재체 첫 공개

[김종문 목사]

국내 기술로 완성되는 첨단 감시 정찰 위성! 우리 군 정찰위성에 탑재되는 EO/IR 탑재체 첫 공개

현장취재동영상작성자: 운영자

작성일: 2021-09-01 13:48:08

동영상 링크 : https://tv.naver.com/v/22158929

1. 한화시스템 소개 [국내유일 방산전자/ICT 솔루션 기업] 한화시스템은 국내유일 방산전자/ICT 통합 솔루션 기업이다. 방산과 ICT 양 사업부문의 디지털 소프트웨어 핵심역량을 기반으로 국방과 민수 분야의 융합 시너지를 창출하고 있다. 1978년 이래 지난 40여 년간 업계 최고의 기술력과 연구인력을 바탕으로 군 무기체계의 두뇌와 감각기관에 해당하는 시스템 개발사업을 성공적으로 수행하는 등 독보적인 지위를 구축해 왔다. 지상•해양•항공분야를 넘어 우주 및 사이버 분야로까지 사업을 확장시키며 대한민국 대표 방산업체로서 위상을 공고히 하고 있다. 나아가, AI•블록체인 등 첨단 IT 서비스를 기반으로 디지털 혁신 경쟁력을 강화하며, 에어택시•위성통신 안테나 등 미래 신성장 동력을 지속 발굴하고 있다. [과감한 투자를 통한 신사업 확장 가속화] 한화시스템은 방산분야에서 축적한 감시∙정찰, 지휘통제∙통신, 레이다, 레이저 기술로 이미 우주와 항공분야에서 핵심 솔루션을 제공하고 있으며, 특히, 위성산업 분야 중 향후 성장이 더욱 확대될 것으로 전망되는 위성제조, 지상시스템 분야에서 핵심 첨단 기술을 보유하고 있다. 2000년 군통신위성의 위성단말 및 모뎀망제어기 등 위성 지상시스템 개발을 시작으로, 한반도와 주변지역의 정보를 준실시간으로 획득할 수 있는 감시정찰 위성을 비롯해 대형위성의 전자광학∙적외선∙SAR탑재체 공급부터 초소형위성의 체계∙탑재체 개발 솔루션까지 위성의 가장 핵심 기술을 공급하고 있다. 항공 분야에서는 항공기의 핵심시스템인 항공전자 솔루션 및 임무∙시현 계통 통합 및 전자광학 등의 주요 장비를 개발하고 있다. 특히, 2020년 8월, 한국형 전투기(KF-X)의 가장 중요한 장비인 AESA레이다 시제기를 성공적으로 출고시켰으며, 이는 세계에서 열 두번째로 개발에 성공한 사례로 독보적인 레이다 경쟁력을 다시한번 입증해냈다. 한화시스템은 이러한 기술력을 바탕으로 초연결∙지능화∙무인화된 저궤도 초소형 위성 체계종합 솔루션과 유∙무인 복합 항공기 핵심 솔루션을 제공해 나가며 우주∙항공 분야의 선도기업으로 자리매김해 나가고자 한다. 2. 한화시스템의 우주∙위성 분야 역량 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 등을 관측하는 카메라, SAR레이다, 통신위성의 통신 중계기 등이 탑재체에 해당한다. 특히, 위성의 눈으로 불리는 전자광학(EO)∙적외선(IR)∙고성능영상레이다(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. 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. 우주 분야의 판을 바꿀 게임체인저, 작지만 강한 초소형 SAR위성 전장의 승패를 가르는 감시정찰 스타크래프트나 리그 오브 레전드와 같은 게임에서 승패를 좌우하는 것은 상대의 전략을 먼저 파악해 대응하는 것이다. 승리를 가져오기 위해 반드시 해야 하는 일은 지도에서 밝혀지지 않은 장소로 유닛을 이동시키거나 게임 내 감시정찰용 아이템인 와드를 설치하여, 상대가 어디에서 무엇을 하고 있는지 명확히 확인하는 것이다. 이러한 상황은 실제 전장과 비슷하다. 현실에서도 전장상황을 빠르게 습득하기 위해서 레이다, 전자광학 기술 등 다양한 감시정찰 센서들을 활용하고 있다. 오늘날 감시정찰 센서가 활용되는 무대는 지상, 해상, 공중을 넘어 우주까지 확장되었고, 센서를 탑재한 인공위성을 전장의 눈으로 활용하는 단계에 이르렀다. 우주에서 사용되는 감시정찰 기술은 무엇이 다른가? 산 정상에서 아래를 내려다보면 시야를 가리지 않아 지역을 넓게 바라볼 수 있지만, 지상에선 건물 등에 가려져 주변 이외의 것을 볼 수 없다. 이처럼 감시정찰 센서는 낮은 영역에선 감시정찰 가능한 영역이 제한되지만, 높은 곳에 있을수록 볼 수 있는 영역은 넓어진다. 즉, 센서가 높은 곳에 위치할수록 지형 및 다양한 환경에 상관없이 접근 가능한 영역이 넓어지는 것이다. 따라서 감시정찰 센서를 인공위성에 탑재해 활용하면 사각지역 없이 지상에 대한 광역 관측이 가능하게 된다. 감시정찰 위성은 위성에 탑재하는 센서의 종류에 따라 전자광학(EO)위성과 SAR(Synthetic Aperture Radar, 합성개구면레이다) 위성으로 나눌 수 있다. 전자광학 위성은 사람의 눈처럼 빛(가시광선)을 이용한다. 이러한 이유로 빛이 없는 야간이나 악천후의 날씨에는 감시 정찰이 제한되기도 한다. SAR 위성은 전자광학 위성과 다르게 마이크로파를 이용해서 낮과 밤을 가리지 않고, 구름, 눈, 안개를 통과할 수 있다. 기상 조건에 제한되지 않아 ‘상시’ 감시정찰 목적에 부합돼 감시정찰 위성으로써 많은 주목을 받고 있습니다. 하지만 위성을 통한 감시정찰에는 단점도 있다. 위성의 공전과 지구의 자전으로 인해 위성이 관심 지역을 지나칠 때만 감시 정찰이 가능하므로(정지괘도 웨성 제외)관측 정보를 획득하는 데 시간이 걸린다. 이를 보완하기 위해, 다수 위성으로 빈번하게 관심 지역을 방문해 관측 정보를 빠르게 얻을 수 있는 감시정찰 임무를 수행하는 SAR 위성군이 개발되고 있다. New Space 패러다임 위와 같이 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(Commercial on-the-shelf)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

경제적인 위성 개발을 위해 대량 발사와 위성 경량화가 트렌드로 자리 잡혔지만, 완벽하게 해결하지 못한 부분이 있다. 대량 발사를 위한 위성 구조 설계, 성능 저하가 없는 위성 무게 경량화는 개발 난제로 여겨지고 있다. 이를 보완하고자 한화시스템은 일반 위성과는 다른 초소형 SAR 위성을 설계했다. 원통 또는 박스형 본체와 날개 형태의 태양전지판이 달린 일반 위성과는 다르게 한화시스템에서 개발한 초소형 SAR 위성은 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 한화시스템은 위성 경량화에 따른 성능 저하를 최소화하기 위해 고집적 FPGA를 활용하고 있습니다. 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.

한화시스템에서 개발 중인 초소형 SAR 위성의 무게 대비 성능 목표를 해외 위성과 비교해 보았을 때 어깨를 나란히 하는 것을 확인할 수 있다.

첨단 감시정찰위성, 국내 기술로 완성하다

앞서 관심 지역의 관측 정보를 빠르게 얻기 위해 다수의 위성으로 군집을 형성해 감시정찰을 수행하는 SAR 위성군을 언급한바 있다. 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 있는데요. 같은 물체여도 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 감시정찰을 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 위성 시장을 선도해 나갈 것이다.