최근 주변국은 우주조직을 창설하고 우주공간의 군사적 활용을 적극 추진하는 등 우주분야의 패권 경쟁이 가속화되고 있다. 미국은 우주로부터의 위협을 막고 우주공간 이용을 보장하기 위해 2019년 12월 ‘우주군’¹⁾을 창설했다(<그림 1>). 러시아는 2015년에 ‘전략우주방어사령부’를 창설하고 공군 명칭 자체를 ‘항공우주군’ 으로 변경해 우주분야의 현대화를 통해 우주강국으로 재도약 중이고, 중국은 국방주도 우주개발을 통해 ‘우주굴기’에 도전하고 있으며, 우주·사이버 분야 전담부대인 ‘전략지원부대’를 2015년에 창설하였다. 최근 일본도 “중국이나 러시아가 인공위성을 공격하는 무기를 개발하는 등 우주이용에 대한 위협이 커지고 있다.”고 분석하고 2021년에 항공자위대를 ‘항공우주자위대’로 재편하도록 추진하면서 방위전략의 우주 확대 가속화를 천명했다²⁾.

이러한 상황에서 우리 공군은 주변국의 우주위협³⁾에 대응하기 위해 공군『스페이스 오디세이(Space Odysey) 프로젝트』를 수립하여 추진하고 있다. 2020년 1월 한국 공군참모총장은 취임 후 처음으로 미 우주군참모총장의 공식초청에 따라 미국 하와이에 위치한 미태평양공군사령부를 방문하여, 미 우주군참모총장과의 대담을 통해 우주관련 정보공유와 정례협의체 개설 등 향후 파트너십 강화와 협력을 약속했다(<그림 2>). 이에 본 원고를 통해 우리 공군이 추진 중인 우주전력 소요반영 현황과 우주전력 구축에 개발이 필요한 국방기술을 소개하고 미래 우주위협에 대비가 필요함을 제언하고자 한다.

  공군 『스페이스 오디세이 프로젝트(우주발전 계획)』는 주변국이 신 무기체계 개발을 통해 우주 군사능력을 고도화함으로써 우주영역에서의 분쟁․충돌이 현실화되고 있기 때문에 전장기능 및 전 영역 작전우세를 보장하는 한편 주변국의 우주위협에 대해 제한적이나마 우주작전 수행능력을 구비하기 위해 추진되었다.

  본 『스페이스 오디세이 프로젝트』는 단계적으로 1.지상기반 우주감시체계인 전자광학위성감시체계와 우주기상 예·경보체계, 고출력레이저 위성추적체계, 레이더우주감시체계를 구축하여 우주감시능력을 완비하고, 2.초소형위성체계 및 군용 한국형 위성항법체계(KPS) 등 우주기반 전력을 구축하여 다양한 우주작전 수행능력을 구비하며, 3.전방위 위협에 대한 지상 및 우주에서의 작전을 수행할 수 있는 대우주작전 체계를 구축하는 것을 목표로 추진하고 있다.

  공군은 첫 우주전력으로 ‘전자광학위성감시체계’를 2020년대 초에 전력화하여 한반도 상공을 통과하는 적성위성의 첩보활동을 감시할 예정이고, 우주기상을 군 작전에 적용하기 위해 ‘우주기상 예·경보체계’를 2020년대 중반에 전력화하는 것을 목표로 추진하고 있다. 이와 함께 공군은 우주위협에 대한 신속대응체계인 ‘초소형위성체계’, 독자적인 위성항법 서비스를 제공받기 위한 ‘군용 한국형 위성항법체계 '(KPS⁴⁾)' , 점진적으로 우주감시 능력을 확장하기 위한 ‘고출력 레이저위성추적체계’와 ‘레이더우주감시체계’를 구축하고자 소요를 반영하였다. 이와 같이 공군이 소요를 반영한 각 우주전력별 현황과 향후 확보되어야 할 핵심기술을 소개하면 각각 다음과 같다.

  전자광학위성감시체계는 <그림 4>와 같이 한반도 상공을 통과하는 인공위성 탐지 및 우주물체를 감시하는 전력이며, 우주물체 추적기술과 인공별 적응광학기술을 확보하는 것이 요구된다. 천문대의 망원경이 별을 관측하는 것과 유사하게 전자광학감시체계는 지상에서 우주공간에 있는 인공위성을 촬영하기 위해 하늘과 우주 공간 상의 대기외란을 보정하는 촬영이 필요한데, 이때 인공별을 인공별 레이저 발생기로 만들어 대기의 상태를 확인하고, 왜곡된 영상정보를 고속 광파면 변형거울을 통해 보정한다.

  우주기상 예·경보 체계는 다음 <그림 5>와 같이 우주기상에 대한 관측 및 분석을 통해 군작전을 지원하는 체계로서 태양광학망원경으로는 태양의 흑점, 플레어, 홍염 등 고에너지 입자가 지구에 유입되는 것을 사전 탐지하고, 태양전파망원경은 태양방출 전파를 탐지하여 군 위성통신, 고고무인정찰기(HUAS) 등 군 무기체계의 작전주파수에 대해 감쇠/간섭을 예측한다. 또한, VHF 전리층레이다는 지구 전리층 변화 및 지자기 교란을 예측하여 위성/장거리 단파통신, 위성통신 장애를 예측한다. 본 체계를 구축하기 위해서는 앞에 열거한 우주환경관측 데이터를 활용해 우주기상을 시뮬레이션하고 예측/분석하는 기술이 요구된다.

   고출력레이저 위성추적체계는 <그림 6>과 같이 한반도 상공을 통과하는 인공위성을 탐지하고 정밀하게 측정하여 국가위성과 우주물체 충돌7) 등 우주위험에 대비하기 위한 우주감시 전력으로 전자광학위성감시체계와 연계하여 우주물체를 식별/목록화하여 我 위성의 안정적인 활동을 지원하게 된다. 또한, 유사시 적성 위성에 대한 고출력레이저를 조사하는 능동적인 Soft Kill 기능(Dazling)도 보유하게 될 예정이다. 본 체계를 운용하기 위해서는 우주물체 추적기술, 인공별 적응광학, 레이저 대즐링(Dazling) 능동방어 기술 등을 확보하는 것이 요구된다.

우주물체 추적기술, 인공별 적응광학 기술은 전자광학위성감시체계와 유사하며, 추가로 레이저에 의한 적 위성의 전자광학 센서의 빛 번짐을 유도하여 촬영을 제한시키는 대즐링(Dazling) 기능을 구현하는 것이 필요하다. 이 기능은 목표 정찰위성의 광학센서의 검출기(CD)에 물리적 손상을 주어 촬영을 거부하는 것으로, 제한적인 대우주작전8)이 가능한 기술이다.

  레이더우주감시체계는 <그림 7>과 같이 한반도 상공을 통과하는 인공위성을 탐지하고 우주물체를 감시하는 체계로서 앞서 언급한 전자광학위성감시체계와 고출력 레이저추적체계가 비, 안개 등 기상에 의해 운영이 제약되는 단점을 극복하여 24시간 전천후⁹⁾ 광역 우주감시가 가능한 체계이다. 본 체계를 통해 향후 전자광학위성감시체계, 고출력 레이저위성추적체계와 연계하여 우주물체를 식별하고 목록화하는 임무를 수행할 수 있도록 수만개의 배열소자를 갖는 초대형 위상배열레이더를 개발하는 기술을 확보하는 것이 필요하다.¹⁰⁾

  정찰위성의 고유 임무는 위성의 탑재체(전자광학, 적외선 센서)에서 지상과 해상을 감시·정찰하여 다양한 영상정보를 수집하는 것이다.

  초소형위성체계는 다수의 초소형위성을 우주공간에 배치하여 짧은 재방문 주기로 한반도 및 주변국의 잠재적 위협에 대한 영상정보를 빈번히 수집하여 신속한 대응이 이루어질 수 있도록 한다. 초소형위성체계를 운용하기 위해서는 군 작전에 적용 가능한 수준인 1m급 해상도의 SAR 영상정보를 입수할 수 있는 단일안테나 기반의 소형 및 경량화 다기능 배열안테나 개발기술을 확보하는 것이 필요하다. 본 체계와 관련하여 현재 국과연 미래도전국방기술과제로 본체·탑재체 일체형 구조로 기계적 기능을 단순화하고 위성체 설계를 통합해 위성체의 크기와 중량을 획기적으로 줄이는 우주급 능동위상배열안테나를 개발하고 있다(<그림 8> 참조).

  위성항법은 지상·해상·공중 작전 수행 시 정확한 위치정보를 지원하는 것으로 정밀폭격과 기동에 필수적인 위치정보와 시간정보를 제공한다. 통상 24개의 위성으로 이루어진 GPS와는 달리 군용 한국형 위성항법체계(KPS)는 <그림 9>와 같이 항법위성 몇 기를 우주공간에 올려 독자적인 지역 위성항법체계를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 군용 한국형 위성항법체계(KPS)를 구비하기 위해서는 고이득 항법신호를 생성하고, 군사작전에 적용하기 위해 KPS 신호의 출력을 올리는 Flex Power, Spot Beam, KPS 항재밍 배열안테나 개발기술 등을 확보하여 항재밍 성능을 향상시키는 것이 필요하다.

  지난 2020년 1월 17일 새벽, 중국의 무인 달 탐사선 ‘창어 5호’가 달 표면의 흙과 암석을 싣고 지구로 귀환했다. 중국이 달 샘플을 직접 채취한 것은 이번이 처음이며, 전 세계적으로는 구 소련의 ‘루나 24’(1976년) 로봇 탐사 이후 4년 만이다. 이처럼 오늘날 전 세계가 코로나19(COVID-19)로 몸살을 앓는 와중에도 우주개발 각축전은 이전보다 더욱 치열해지고 있는 양상이다. 이와 같이 주변국들이 우주조직을 창설하고 우주공간의 군사적 활용을 증대하는 등 우주분야의 패권을 차지하기 위한 경쟁이 가속화되는 상황인 바 우리도 더 이상 늦기 전에 앞서 제시한 미래 우주위협에 효과적으로 대응할 수 있는 우주전력을 확보하기 위해 필수적인 핵심기술을 선제적이고 적극적으로 개발하는 것이 시급히 요구된다.