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글로벌 우주산업 성장, 고특성 소재 공급망 확보 경쟁 심화

소형위성·위성통신 시장 확대, 경량금속·복합재 수요 지속 증가

韓, 발사체·위성·탐사선용 소재 국산화 및 양산 기반 강화 시급

3. 산업 및 시장 동향

3.1 국내 동향

1) 시장 규모 및 전망

국내 위성기기 제작 분야는 2019년 기준 1조 1,169억 원 규모로 우리나라 우주산업에서 28.7%를 차지하며, 이 가운데 위성체 제작이 5,720억 원으로 약 14.7%를 차지한다. 위성산업에 참여하는 기업 및 기관의 수는 2010년부터 꾸준히 증가하는 추세이며, 특히 기업 비중이 크고 산업을 주도하는 것으로 나타난다. 대부분의 기업은 위성 서비스·장비 분야에 집중되어 있으며 위성체 제작에 참여하는 기업은 전체의 약 15% 수준이고 위성체 산업 매출의 10% 정도를 차지한다.

국내 위성체 개발 산업은 대부분 구조 설계, 시스템 개발 위주이며 핵심 소재는 전량 수입에 의존하고 있다. 현재 적용되는 경량금속 소재는 대부분 수송기기용 경량금속 제조 산업의 연장선이며, 알루미늄 소재의 비중이 높은 만큼 알루미늄 산업과 연계되어 있지만 다른 수송기기 관련 적용 분야에 비해 규모는 미미하다.

국내의 경우 위성체에 적용할 수 있는 고부가가치 경량금속 소재 관련 산업은 원소재 대부분을 수입하므로 근본적으로 소재를 생산 및 제조하는 산업보다 합금을 용해하여 직접 부품을 생산하는 주조산업과 가공 및 열처리 등의 후속 공정을 통해 특성을 향상하는 중간재 산업으로 크게 구분된다.

뉴스페이스 시대의 우주산업 확장이 경량금속 산업 및 시장에 아직 직접적인 영향을 주지는 않지만, 전기자동차 및 도심항공이동수단(Urban Air Mobility, UAM), 개인 전동 모빌리티 산업이 크게 성장하면서 고부가가치 경량금속 산업을 지속해서 견인하고 있다. 2019년부터 한국한공우주산업(KAI)에서 항공소재국산화개발연합을 구성하여 2022년 기준 총 39개 업체가 참여하여 민간 주도로 항공 소재 국산화를 추진하고 있다.

항공용 금속소재는 많은 경우 우주용으로 사용되며 우주용 소재와 품질요구도, 인증체계 등이

유사하기 때문에 항공 소재 국산화 실적은 우주용 소재 개발 및 양산으로 쉽게 이전될 수 있다. 항공소재국산화개발연합은 2022년 말 기준으로 기존에 수입하던 소재, 부품 중 81종의

국산화에 성공하였으며, 2030년까지 국산화 비율을 50%까지 높이려고 노력하고 있다.

▲ <표 1> 국내 우주사업 생산 규모

2) 기업 현황

국내 주요 소재기업은 자동차 산업 등에서 요구하는 소품종 대량생산 체계여서 다품종 소량생산 및 높은 품질을 요구하는 항공용 소재의 개발에 대응하기 어렵다. 알루미늄은 건설, 산업용, 수송기계에 적용하는 업체가 다수이며, 기존 점유율을 바탕으로 항공 소재 진출에 유보적이었으나 2020년 알코닉사에서 국내기업인 세아항공방산소재와 동양AK가 항공용 알루미늄 압출재 국산화를 진행 중이다.

타이타늄 합금에서는 항공용 소재 제조 업체가 전무하고 전차 등 육상장비를 중심으로 적용되고 있으나 ㈜케이피씨엠(KPCM)이 Ti 압연재 및 단조재 개발을 시도하고 있으며, 포스코(POSCO)가 항공규격 CP-Ti을 생산하고 있다. 패스너는 일반산업용이 대부분을 차지하며, 요구도 미충족 등의 이유로 항공산업 진입이 어려운 상태이다. 2020년부터 화신볼트산업, 테스코 등에서 항공용 Ni 볼트 개발을 추진하고 있으며, 산업부 지원을 받아 ㈜진합에서 항공용 Ti 볼트를 개발하고 있다. 이상의 항공용 소재, 부품은 대부분 우주, 위성에 공용으로 사용될 수 있는 소재이다.

▲ <표 2> 항공용 금속소재 및 복합소재 국산화 수준

3.2 해외 동향

1) 시장 규모 및 전망

정부의 우주산업 정책 변화와 기술 발달에 따른 사업비용 절감, 위성통신 수요 증가로 글로벌 우주산업은 민간기업 참여가 빠르게 확대되는 뉴스페이스 시대로 진입했다. 특히 전체 산업의 75%를 차지하는 위성산업은 저비용으로 고효율을 내는 저궤도 소형위성을 중심으로 시장이 확대되고 있다. 2019년 세계 위성산업에서 미국이 시장의 42%를 차지하며 여전히 우위를 보이고 있다. 한편 상업용 유인 우주비행 관련 분야의 경우 950억 달러 규모로 나타나 전년 대비 15%p(125억 달러) 증가해 상승 폭이 가장 큰 분야로 부상했다.

2019년 전 세계 위성체 제작 분야 시장 규모는 전년 대비 36%p(70억 달러) 감소한 수치로 저조한 실적을 기록하였다. 이는 정지궤도 위성의 제작 단가 하락 및 효율성 개선에 따른 것이며, 미국의 점유율 또한 2018년 59%에서 63%로 소폭 상승하였지만, 미국 시장에서는 전년 대비 32%p 감소한 것으로 나타났다. 특히 ‘군사 정찰 위성’이 ‘상업용 통신 방송 위성’ 분야를 제치고 30% 비중을 차지함으로써 우주 공간에서 위험 요인 증가에 적절히 대응하고자 세계 각국에서 우주 상황 감시에 활용할 위성 개발에 매진했다고 볼 수 있다.

요약하자면, 우주개발 선진국을 중심으로 민간에서는 유인 우주비행, 우주과학 및 탐사, 우주기술 분야의 성장이 두드러졌으며, 우주개발 선진국일수록 통신, 지구관측과 같은 실용적인 분야의 정부 투자 비율은 감소했지만 유인 우주비행, 우주과학 및 탐사, 우주기술과 같은 분야의 투자 비중이 커지고 있다. 2021년 이후 전 세계 위성 및 상업용 발사체 시장 규모는 <표 3>와 같다.

▲ <표 3> 위성산업 및 발사체 분야 정부 우주개발 예산 동향(단위 : 억 달러)
▲ <그림 1> (左)최근 10년간 전 세계 위성산업 성장 추이와 (右) 2019년 위성체 제작 세부 분야별 시장 비중

2) 기업 현황

향후 10년 동안 한 해 평균 소형위성이 약 1,011기 발사될 것으로 전망하며, 뉴스페이스 흐름으로 대변되는 민간의 우주개발 참여와 벤처, 스타트업 기업들의 참여가 성장 가능성을 높이고 있다. 대표적으로 미국의 스페이스엑스사 스타링크(Starlink)가 가장 많은 소형위성을 운용하고 있으며 가장 많은 소형위성을 발사(156기)하였다. 또한 아마존(Amazon)사의 카이퍼(Kuiper) 또한 메가 군집위성 프로젝트로 발사대 수와 시장가치 모두에서 절대적 우위에 있다. 2012년 설립된 OneWeb Satellite 또한 2020년까지 위성 648기를 발사하여 전 세계 어디서나 접속 가능한 초고속 인터넷망을 제공하고 있다.

플래닛랩스(Planet Labs)는 큐브위성 ‘도브(Dove)’를 100기 이상 발사하여 지구관측 위성군을 구축하여 관측 영상을 제공하고 있다. 레오스텔라(LeoStella) 또한 소형위성을 효과적인 저비용으로 개발하고자 2018년 설립된 조인트벤처 회사이며, 파이어플라이 에어로스페이스(Firefly Aerospace) 또한 중소형 발사체를 기반으로 발사 서비스를 제공하는 기업으로서 최근 저궤도에 1톤급 위성 수송을 목표로 사업을 추진 중이다. 이에 위성체에 필요한 금속 및 복합재 관련 기업의 참여 역시 증가하고 있다.

항공우주산업에 적용되는 고특성 알루미늄 관련 기업으로 대표되는 미국의 알코아(ALCOA), 노벨리스(Novelis)는 경량금속 기술, 엔지니어링 및 제조, 압연 분야의 선두기업으로서 보크사이트 채굴과 알루미나 정제를 제공하고, 자동차와 항공우주 분야의 광범위한 용도에 사용할 수 있는 다양한 고강도 알루미늄 합금 및 판재를 제공하고 있다.

고강도 알루미늄 시장에서 영국의 리오 틴토(RIO TINTO)사는 광물자원의 발굴, 채굴, 처리에 주로 관련하는 주요 글로벌 기업으로서 자동차와 항공우주 분야에 사용되는 고강도 알루미늄 합금 7xxx 압출빌렛과 2xx 및 7xx 합금 잉곳 및 바를 생산하고 있다. 인도의 힌달코 알루미늄(HINDALCO ALUMINUM)은 아시아의 대표적인 알루미늄 생산업체 중 하나이며, 항공우주 및 자동차와 운송에 관련된 산업에 사용되는 고강도 알루미늄 주물, 빌렛, 슬라브, 압연 제품을 판매하고 있다.

3.3 국내외 선도기업

발사체 및 위성체 제조 기술 분야의 국내외 선도기업 및 주요 개발 내용은 <표 4>, <표 </p>

5>와 같다.

▲ <표 4> 발사체 및 위성체 제조 기술 - 국내 선도기업
▲ <표 5> 발사체 및 위성체 제조 기술 - 해외 선도기업

4. 미래의 연구 방향 및 정책 제언

4.1 미래의 연구 방향

경량화는 한정적인 에너지 자원을 효율적으로 활용하고 탄소중립, 배기가스 감축 등 친환경적인 미래사회를 위한 자동차, 항공기와 같은 수송기기뿐만 아니라 우주산업에서도 빠질 수 없는 키워드가 되었다. 가벼우면서도 기계적인 강도 및 강성이 뛰어난 금속소재와 복합소재의 기술 개발이 뉴스페이스 시대에 그 영역을 더욱 확장할 것으로 전망한다. 추격형 후발주자로 분류되는 국내 우주산업은 아직까지 대부분의 소재, 부품을 미국, 일본, 유럽과 같은 선진국에서 들여와 적용하고 있기 때문에 우주산업의 자립 및 활성화 여부가 국제 정세나 다양한 외부 환경요인에 크게 흔들릴 수밖에 없는 실정이다.

따라서 진공, 극저온, 우주방사선 등 극한의 우주 환경에 대응할 수 있는 소재, 부품 제조를 위한 자립화 기술 개발 연구가 필요하다. 특히 위성 및 우주 탐사선 등의 안전성 및 경제성을 담당하는 대표적인 구조용 소재인 고특성 경량금속 소재 및 고분자 복합재의 핵심 원천요소 개발 연구가 절실하다. 또한 개발된 소재 및 부품에 대해 우주 환경에서 일어날 수 있는 다양한 현상을 모사하여 국내에서 자체 평가하고 인증할 수 있는 평가 시스템 및 인프라도 구축해어야 한다.

4.2 정책 제언

전통적인 우주개발 강국들은 우수한 소재 원천기술을 보유한 선진국과 동일선상에 있으며, 우주의 극한 환경에 대한 하드웨어 기술을 충분히 확보하면서 시스템과 소프트웨어 부분의 개발을 진행해 왔다. 국내 우주산업의 상당 부분을 차지하는 위성통신, 서비스 관련 산업은 소재를 비롯한 구조재료, 시스템 설계 등 하드웨어적인 부분의 기술 격차를 고스란히 보여준다.

발사체, 위성 및 탐사선 등 우주 임무형 기기의 핵심 구조재로 사용되는 경량금속 및 복합재 산업은 최근 기술적으로 우수한 질적 성과를 보이고 있으나 여전히 대부분의 원소재를 수입에 의존하는 공급망 리스크가 산업의 아킬레스건으로 작용하고 있다. 특히 민간이 주도하는 뉴스페이스 시대이지만 국내 우주산업은 시장 규모 및 경제적, 기술적 기반이 약해 정부 차원의 구심점이 여전히 필요한 상황이다. 빠르게 전환되고 성장하는 뉴스페이스 산업생태계가 국내에 확고하게 자리 잡고 뿌리내리게 하려면 정부의 적극적인 지원이 필요한 시점이다.

출처 : 신소재경제(https://www.amenews.kr/)