유럽항공우주연구의 최전선에서 태양광을 만나다

길이가 수백m는 족히 돼 보이는 거대한 건물 가운데에 작은 출입구가 보였습니다. 보안문을 통과해 들어가 작은 방으로 안내를 받았습니다.

     “죄송합니다만, 보안 때문에 사진은 찍으실 수 없습니다.”

보안 때문인지, 방에는 이런 데 오면 볼 수 있는 그 흔한 홍보용 포스터 하나 붙어 있지 않았습니다. 노트북으로 스크린에 보여 주는 내용 외에는 다른 내용은 접할 방법이 없었습니다. 나중에 연구 현장도 방문했지만 결국 사진기는 꺼내 보지도 못했습니다. 제가 사진 찍는다고 무슨 큰 일이 벌어지는 것도 아닐텐데요.


유럽 항공우주기술의 최전선 아스트리움을 가다

독일 뮌헨 시내에서 도시 외곽 고속도로를 타고 30분 정도 달려 나간 인근 교외 오토브룬. 지난 10월 말 이곳에 위치한 범유럽 항공우주방위산업체 ‘EADS 아스트리움’의 위성 연구소를 찾았습니다. 세계 최고 수준의 광학 위성과 영상레이더 위성 개발 현장을 취재하기 위해서입니다.

영상레이더는 빛이 아니라 전파를 이용해 지형지물을 상세하게 관찰하는 장치입니다. 밤에도 촬영이 가능한데다 지형 정보나 토지이용 현황 등 여러 가지 디지털 정보를 한꺼번에 얻을 수 있죠. 재난 현장과 3차원 지형도를 만들 수 있어서 활용도가 높습니다. 우리나라에서 내년 초 발사할 예정인 다목적 위성 아리랑 5호가 바로 우리나라 최초로 영상레이더를 탑재한 위성입니다. (아리랑5호 / 이미지출처 / 위키피디아)

광학 위성은 디지털 카메라처럼 우주에서 지상을 찍을 수 있는 장치인데, 정보량은 레이더보다 적고 밤에는 못 찍는다는 단점이 있지만 훨씬 선명하고 큰 화상을 얻을 수 있어서 역시 많이 쓰입니다.

이 두 위성 기술을 개발할 수 있는 곳은 세계적으로도 몇 개 안 됩니다. 그 중 한 곳이 바로 아스트리움입니다. 아리랑 5호에는 아스트리움이 아닌 이스라엘에서 만든 영상레이더가 실려 있습니다만, 한국항공우주연구원과 아스트리움은 오래 전부터 서로 기술 협력을 해 오는 관계입니다.

보안이 까다로운 방에서 간단한 소개를 듣고, 직접 위성을 개발하는 현장에 갔습니다. 오토브룬의 아스트리움 연구소는 광학위성을 연구하는 곳입니다. 마침 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주기구(ESA) 등이 주도하는 차세대 우주 관측 위성 ‘제임스 웹 우주 망원경’의 적외선 분석기 개발이 한창이었습니다. 허블우주망원경처럼 직접 우주에서 우주를 관찰하는 위성으로 세계 17개국에서 공동으로 부품을 개발하고 있습니다. 

이미지출처 / NASA      

먼지를 최소화하기 위해 설계된 방진 시설 안에 방진복을 입고 들어서자 금빛으로 찬란한 빛을 뿜는 총지름 6.5m의 주경(반사망원경의 성능을 결정하는 빛을 모으는 거울)이 눈에 들어왔습니다. 베릴륨 반사경 18개로 만들어진 이 주경 옆에서 두 명의 연구자가 천천히 움직이며 정성스럽게 작업하고 있었습니다. 그 모습은 성스러운 의식을 떠올리게 할 정도였습니다. 미래 우주 연구의 주역이 될 우주선을 앞에서 보고 있다고 생각하니 기분이 무척 짜릿했습니다.


태양광으로 승부한다! 인공위성의 생존법

그 날 영상레이더 위성 취재를 간 제 눈에 하나 더 눈에 들어오던 것이 있었습니다. 바로 연구실과 연구실을 연결하는 통로 벽에 가득 붙어 있는 태양광 패널이었습니다. 원래 취재하려던 분야가 아니어서 미리 협조를 얻은 상태가 아니었습니다만, 보는 순간 한화 가족이 생각났습니다. 반가운 태양광 패널을 만났으니 현황이라도 들어야겠다고 생각했습니다. 다행히 오고 가며 몇 가지 사실을 물어볼 수 있었습니다. 

광학과 영상레이더, 그리고 위성 탑재장비를 주로 연구하는 곳이지만 아스트리움은 위성에 들어갈 태양광 패널 날개와 장비 역시 연구하고 있습니다. 벌써 40년 넘게 연구하고 있어 이 분야에서 나름 축적된 노하우도 지니고 있고요. 

위성에 이용되는 태양광 패널의 효율은 일반 가정이나 건물에서 사용하는 태양광 패널과는 비교할 수 없을 만큼 높습니다. 흔히 이용되는 실리콘 패널의 에너지 효율이 10%대(12~18%)에 머무르는데, 위성 태양광 날개에 이용되는 패널은 20% 후반(28~9%)을 가뿐히 넘습니다. 

물론 이 효율에 이르게 된 건 재료가 다르기 때문입니다. 비소화갈륨(GaAs)을 이용한 패널을 씁니다. 예를 들어 아스트리움에서 만든 최신 위성용 태양광 패널 ‘유로스타 3000’의 경우 가로 3.92m, 세로 2.28m 크기의 비소화갈륨 패널(크기는 좀더 작은 버전도 있습니다) 3~5개를 붙여 태양광 날개를 만듭니다. 이 날개를 두 개 위성에 부착하면 최고 관측위성이나 군사용 위성 등 거의 모든 위성에서 필요로 하는 전력을 공급받을 수 있습니다. (이미지출처 / NASA)

하지만 문제도 있습니다. 가격입니다. 취재에 동행한 안드레아스 카스만 아스트리움 매니저는 “한번에 천문학적인 돈이 드는 인공위성에는 돈을 아끼는 것보다 효율 좋은 장비를 쓰는 게 이익”이라고 말했습니다. 일반 가정에서는 아직 그림의 떡인 게 사실이죠.


우주에서의 생명 태양광, 지구 생명의 젖줄이 되길

국제우주정거장(ISS) 현재모습 (이미지출처 / NASA)

아스트리움이 이렇게 따로 태양광 연구부서를 두고 수십 년째 연구를 하고 있는 것은 그만큼 태양광의 중요성을 일찍 깨달았기 때문입니다. 일생을 우주에서 활동하며 필요한 동력의 거의 대부분의 현지(우주)에서 자체 생산해야 하는 인공위성에게 태양광 에너지의 중요성은 절대적입니다.
그래서 [태양광 발전을 최적화하기 위한 전략]이 여럿 수립돼 있습니다.

1) 최대한 패널을 많이 확보하기 위해 하늘로 쏴 올릴 때는 좁은 발사체(로켓) 안에 잔뜩 접어서 올리는 기술이 필요합니다.
2) 국제우주정거장처럼 전기가 많이 필요한 곳을 위해서는 패널이 날개 양면에 부착된 태양광 날개도 있습니다.
3) 한쪽 축으로 방향과 자세를 제어하는 위성은 둘레에 태양광 패널을 가득 달아 태양을 받는 방향에 있는 패널에서 전기를 생산하게 합니다.
4) 3축으로 자세 제어를 하는 위성은 태양광 날개를 태양 쪽으로 최대한 향하도록 자동으로 방향을 조정하는 방법을 씁니다.

태양광이 위성에게만 ‘생명의 젖줄’이 아닐 것입니다.

우주에서 위성도 살게 하는 바로 그 기술이 지상에서도 에너지 문제를 해결하고 환경 문제를 풀어주는 생명의 젖줄이 돼 줄 수 있습니다. 특히 우주 개발에 사용되던 효율 높은 태양광 기술은 언제라도 지상에서 활용하게 될 것으로 생각됩니다. 미국항공우주국의 우주 기술이 실생활에 응용된 사례는 많습니다. 조만간 위성이 이용하던 우수한 태양광 발전설비를 우리도 이용하게 될 것으로 예상되는데요.

이는 그리 멀지 않은 현실이 될 듯 합니다. 왜냐고요?

지난 22일, 한화솔라에너지가 경기도 화성시 동탄면 신리 일대에 완공하는 종합물류단지 11개동 건물의 모든 지붕에 14MW에 이르는 지붕형(Roof-Top) 태양광 발전소 건설 태양광 발전소를 설치하기로 해 화제가 되었습니다. 이는 국내 태양광 발전소로는 최대 규모인데요. 14MW는 4660가구에 전력을 공급할 수 있으며, 38만 그루의 나무를 심는 효과와 같다고 하죠. 지상을 넘어 우주에도 태양광 발전 설비를 설치하는 그날을 한화가 앞당겨줄 수 있을 것으로 기대되기 때문이죠^^

지구를 지키는 독수리 5형제가 되기로 결심한 한화의 태양광발전사업, 여러분의 응원으로 깨끗한 지구의 꿈을 앞당길 수 있습니다. 한화는 태양광으로 지구를 지킬테니, 여러분은 내년부터 더 큰 규모로 연중 진행되는 지구사랑캠페인[클릭]에 동참해주세요~!

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윤신영 과학동아 기자. 공학과 환경에너지정책을 공부했고 YTN라디오 환경뉴스를 진행했습니다. 로드킬 기사로 2009년 미국과학진흥협회(AAAS) 과학언론상을 수상했습니다. [트위터] @shinyoungyoon