1. 2023년 12월 10일, X-37B 무인 우주왕복선이 조용하게 발사됨.
감수인) 보잉 X-37 궤도 시험선(Boeing X-37 Orbital Test Vehicle; OTV)은 보잉 방산우주보안에서 만든 재활용식 무인우주선임.
2. X-37은 보잉에 의해 3대가 만들어진 무인 우주왕복선으로, 한 대는 NASA(X-37A)가, 두 대는 미합중국 우주 군이 운용(X-37B) 하고 있음.
감수인) X-37A은 최초 버전임. X-37B 미국 공군이 2대를 운용. X-37C는 더 대형화된 모델임.
3. 미 합중국 우주 군이 운용하고 있는 X-37B 2대는 임무를 공개하지 않는 군사용 우주왕복선임.
4. 미 우주 군이 보유한 1,2호기가 교대로 6번 발사되었는데, 한번 우주에 나가면 1~3년씩 떠있다 보니, 항상 1대는 우주에 있는 경우가 많음.
5. 2010년 발사된 1호기의 경우, 북한, 이란, 중국 상공 코스를 224일간 계속 돌다가 내려왔고, 비밀 군사임무를 한 것으로 알려지고 있음.
6. X-37B의 군사적인 주요 임무는 핵무기를 우주에 배치하는 군사 실험과 적국 정찰위성의 파괴 등이라고 함.
7. 2020년 5월 17일에 6번째 발사된 2호기는 980일간 우주에 있다가 착륙했고, 우주에서 의미가 있는 실험 하나를 함.
8. 1968년 NASA의 피터 글레이저 박사는 지구 정지궤도(고도 3만 6000km)에서 태양광으로 만든 전기에너지를 마이크로파 형태로 지구의 기지로 무선 전송한 후, 지상기지에서 이것을 전기로 변환하는 방식을 제안함.
9. 우주 태양광발전의 기원으로 꼽히는 아이디어였음.
10. 아이디어는 좋았지만, 기술이 개발되지 않았고, 비용이 너무 많이 드는 방법이라 학자들의 머릿속에서만 연구되는 과제로 시간이 흘러옴.
11. 우주 태양광발전은 여러 가지 장점이 있음.
12. 우주에서는 구름도 없고, 비도 오지 않으며, 항상 태양을 볼 수 있게 만들 수 있어서 일정한 햇빛을 24시간 365일 받을 수 있음.
13. 햇빛이 대기를 통과하면서 반사되거나 구름과 먼지 등에 약해지지 않아, 10배 이상 강하고 깨끗한 햇빛을 얻을 수 있기도 함.
14. 글레이저 박사의 이론대로 전기가 만들어지면, 전력을 끊임없이 공급할 수 있어, 들쑥날쑥한 에너지를 저장하기 위한 ESS가 불필요해짐.
15. 글레이저 박사의 이론을 우주에서 실험하는 우주 태양광 발전 시연 및 연구’(SSPIDR)'가 미국 우주 군 주도로 6차 발사에서 진행된 것임.
16. 미국 우주군은 실제 우주 공간에서 태양광 발전을 하고, 이것을 지구로 쏘아보낼 수 있는 극초단파 광선으로 바꾸는 실험을 진행함.
17. 미 해군연구소(NRL)가 만든 태양광발전 전파안테나 모듈(PRAM)이 그것으로, 우주 공간에서 발전과 극초단파광선 생산에 성공함.
18. 첫 번째 실험은 성공했고, 두 번째 실험이 남아있음.
19. 생산된 극 초단파 광선 에너지를 우주에서 지구로 전송하는 레트로-디렉티브 빔 컨트롤(retro-directive beam control) 실험임.
20. 공개적으로 밝히지 않고 있지만, 어제 7번째 발사된 X-37B에 이 실험 장비를 실었다는 기사가 나오고 있음.
21. 우주 군이 이 실험을 하게 된 계기는 전투중 충전이 어려운 최전방에 에너지를 전송하는 용도로 사용하려는 것임.
22. 미군이 과거 전쟁을 분석해 보니, 작전 중에 사망한 군인보다 전방에 유류를 공급하다 죽은 사람이 더 많았다고 함.
23. 그때부터 위성에서 전방으로 무선 에너지를 전달하는 기초 연구를 진행하기 시작한 것임.
24. 우주에서 태양광으로 전기를 생산하고, 이것을 무선으로 보낼 수 있다면, 우주에 떠있는 무선 충전기가 될 수 있음.
25. 지상전투 뿐만 아니라 우주에서도 활용도가 많음.
26. 우주에서 무선충전이 되면, 인공위성 등 여러 발사체들의 사용기간이 대폭 확대되고, 충분한 전기가 공급되면 많은 일을 할 수가 있음.
27. 휴대폰 등의 무선 충전에 쓰는 자기유도 방식은 짧은 거리에서 무선 충전이 가능한 방식임.
28. 우주와 지상 간의 먼거리에서 무선으로 전기에너지를 보내려면 마이크로파(극초단파)를 이용한 무선 전력전송이 필요함.
29. 우주 태양광발전을 위한 핵심 기술은 무선 전력전송과 태양광 전지판 및 안테나 등 우주 구조물의 조립과 제어임.
30. 발사 비용을 줄이기 위한 로켓 재사용 기술과 태양광 패널을 하나의 큰 구조물로 조립할 수 있는 로봇 기술도 필수적임.
31. 우주 태양광발전을 원전 규모인 기가와트(GW) 급으로 키우려면, 우주 공간에서 1~2㎞ 폭의 태양광 전지판을 설치해야 함.
32. GW(기가와트) 급 마이크로파 빔을 주고받으려면 안테나도 커져야 함.
33. 우주에서 GW 급 마이크로파 빔을 쏴주는 안테나의 폭은 1㎞, 지상에서 수신하는 안테나의 크기는 직경 5~10㎞가 필요한 것임.
34. 지상에도 안테나를 설치하기 위한 넓은 땅이 필요해서, 사막이 유력한 지상 안테나 위치로 거론되고 있음.
35. 넓은 빈땅이 없는 독일은, 농지에 설치해서 안테나 밑에서 농사를 짓는 모델을 검토하고 있고, 한국은 비무장지대를 적지로 보고 있음.
36. 현재 기술로 아무리 무게를 줄여도 1,000톤이상의 무게가 될 것으로 보이는 태양광 전지판과 안테나의 경우 발사 비용이 많이 듦.
37. 하지만, 로켓과 우주선의 재활용 기술이 좋아지면서 발사 비용은 빠르게 줄어들고 있음.
38. 스페이스 X가 나오기 전까지 1kg당 발사 비용은 5만 달러 선이었음.
39. 스페이스 X 팰컨 헤비는 1kg당 발사 비용이 5만 달러에서 1,400달러로 내림.
40. 150톤의 화물을 우주로 보낼 수 있는 스페이스 X의 스타쉽은 발사 비용을 다시 큰 폭으로 낮출수 있음.
41. 업계는 현재 1Kg당 발사 비용 1,400달러를 600달러 밑으로 떨어뜨리면, 발사 비용에서는 가성비가 나온다고 보고 있음.
42. 발사 비용이 해결되면, 무선전력 송신 효율이 숙제로 남게 됨.
43. 현재 1% 수준인 무선전력 송신의 '앤드 투 앤드'(우주에서 만든 에너지가 지상 전력망에 도달) 효율을 10%이상 올리는 게 필요함.
44. 발사 비용이 600달러 밑으로 떨어지고, 무선전력 송신 효율이 15%까지 올라가면 우주 태양광이 원전보다 발전 가격이 낮아지게 됨.
45. 2GW급 우주 태양광을 30년 가동하면, 전기 요금은 1KWh 당 34원 수준으로, 원전의 전력 구입단가 72원의 절반 수준이 되는 것임.
46. 현재 무선전력 기술은 "가로 세로 30㎝로 피자 박스만 한 장치가 10와트의 전기를 전송하는 능력을 갖고 있다"라고 함.
47. 피자박스 규모 장치로 휴대폰을 작동할 수 있는 수준이라 아직 상용화까지는 갈길이 멈.
48. 미국 우주군만 우주 태양광에 뛰어들고 있는 것은 아님.
49. 유럽우주국(ESA)은 '프로젝트 솔라리스’를 시작함.
50. 솔라리스는 2035년까지 테스트 발전소 운영에 들어간 후 2040년에 상용화를 해서, 2GW급 전력을 무선 전송하는 것이 최종 목표임.
51. '프로젝트 솔라리스'는 1.7㎞에 이르는 태양광 패널로 생산한 2기가 와트(GW;10억 와트) 전력을 지구로 보내는 연구임.
52. 중국도 2028년에 무선전력 전송 기술을 시험하기 위한 테스트 위성을 발사하고, 2035년 10MW급 규모의 우주 태양광 발전소에서 지구로 전기를 보내며, 2050년에 송출량을 2GW로 늘려서 상용화를 한다는 계획으로 움직이고 있음.
53. 국가적 차원에서 2050년 GW 규모의 우주 태양광발전소 건설을 선언한 나라는 중국이 유일함.
54. 중국이 우주 태양광을 상용화한 최초의 국가라는 타이틀에 욕심을 내자, 미국 등도 바빠지며 일정을 단축하고 있음.
55. 일본도 무선전력 송신을 위한 전파 규제를 가장 앞서 완화하는 등 적극적인 모습을 보이고 있음.
56. 일본은 2015년 무선으로 1.8kW(킬로와트)의 전력을 마이크로파로 55m 떨어진 안테나에 보내는 실험에 성공함.
57. 2050년대까지 우주 태양광을 상용화한다는 목표이고, 민관협력을 통해 2025년까지 우주 태양광발전의 첫 전송시험을 하겠다고 함.
58. 일본에서는 교토대가 중심이 돼 2009년부터 우주 태양광발전 연구를 진행하고 있음.
59. 일본 우주항공연구개발 기구(JAXA)는 수㎞ 길이에 1만톤 무게인 태양전지를 가진 우주 태양광 발전소를 진행하고 있음.
60. 태양광 발전소를 지구 상공 3만 6000㎞의 정지궤도에 띄워 기가 와트급의 전력을 지구로 전송하겠다는 계획임
61. 한국은 항공 우주연구원(항우연) 미래 혁신연구센터에서 기초 연구를 하고 있음.
62. 국가적 지원은 없지만, 자체 예산으로 무선전력전송 기술을 연구하고 있는 중임.
63. 항우연이 50m 전방의 움직이는 표적을 실시간으로 추적해 전력을 전달하는 4.8㎾ 급 무선전력전송 시스템을 개발한 게 주요 성과임.
64. EU의 솔라리스 연구진이 2022년 9월 에어버스의 연구진과 함께 2㎾의 전력을 36m 거리까지 무선 전송하는 실험에 성공했는데, 항우연은 이보다 전력과 거리가 늘어난 수준임.
65. 한국은 전기연구원에서 무선전력전송 기술을 개발하고, 항우연에서 위성시스템 개발을 진행하는데, 이것을 '한국형 우주 태양광 발전 선행 시스템'으로 부르고 있음
66. 한국은 2030년에 무선전력전송을 테스트하고, 2040년에 Mw 급, 2050년 중반에 Gw 급 계획을 세우고 있음.
67. 미국과 중국이 달에 가는 이유는 핵융합에 필요한 중수소와 지구에 없는 희소 광물 및 희토류를 캐기 위한 것임.
68. 미국은 달 궤도에 태양광 위성을 띄워, 해가 들지 않는 분화구 안쪽의 달자원 채굴기지에 전력을 전송하는 그리드 계획도 진행하고 있음.
69. 우주 태양광 발전을 현실화려는 움직임에 대해 우려하는 목소리도 있음.
70. 인구 밀집 지역을 고의로 겨냥해 전자기파를 보내 기반 시설을 파괴하고, 인명 피해를 입힐 수 있는 신무기가 될 수 있다는 우려임.
71 우주에서 태양광을 이용해 만든 전기를 무선으로 지구에 전송하는 실험은 미국 캘리포니아 공대가 성공함.
72. 미 캘리포니아공대(칼텍)는 고도 550km 상공에 쏘아 올린 ‘우주태양광전력시연기’(SSPD)가 보낸 마이크로파를 연구소 옥상에 설치한 수신기가 감지하는 데 성공했고, 2개의 LED 전구에 불이 들어오는 것을 확인함.
73. 한국은 북위 33~43도의 단일 기후대에 좁은 국토 면적을 가지고 있음.
74. 사계절이 뚜렷하고 날씨 변화가 많아, 날씨에 따른 발전 위험을 분산시키기 힘들어, 풍력과 태양광의 전력 안정성이 낮은 국가임.
75. 친환경 발전의 안정성을 높이려면 ESS(에너지 저장 시스템)를 엄청난 규모로 설치해서 전기가 남을 때 저장했다가 모자랄 때 공급할 수 있게해야 하는데, 시설비용이 장난이 아닌 수준임.
76. 한국은 송전망이 잘 짜인 나라라는 장점이 있음.
77. 긴 시간 동안 꾸준하게 운전하는 원전이 수도권에서 가장 원거리인 동해안에서 공급이 되고, 석탄화력이 중거리인 서해안에서 공급이 됨.
78. 가장 비싸서 가동 순위가 후순위인 LNG 복합 화력은 인천과 같은 수도권 내부에서 공급되고, 이 모든 전력을 한전이 통합 관리하니 최대한의 효율을 뽑아내는 전력망이 구성됨.
79. 하지만 2011년, 밀양 송전탑에서 시작된 갈등은 장거리 송전망을 확대하는 작업을 위축시켜서 송전망 확대 계획이 주춤한 상태가 됨
80. 한국도 전기자동차를 보급하지만, 전기를 어디서 확보하고 어떻게 전기를 공급할 것인지가 불투명한 상태임.
81. 해상풍력단지를 건설한다고 하지만, 들쑥날쑥한 전력을 보관할 ESS는 아직 제대로 준비가 되지 못하고 있음.
82. 현재 상태에서 전기자동차가 본격적으로 확대되면, 발전단가가 가장 비싼 LNG 발전소로 전기를 생산해야 할듯함.
83. 이런 문제들은 신재생에너지인 태양광과 풍력발전이 밤낮, 계절, 날씨 등에 따라서 들쑥날쑥 한 것에서 대부분 생기고 있음.
84. 우주 태양광 발전은 들쑥날쑥한 신재생에너지의 보완책이 될 수 있고, 예상보다 빠르게 진행되고 있어 관심을 가질 필요가 있어보임.
한 줄 코멘트. 우주 태양광 발전이 먼 미래의 일로 보이지만, 신재생에너지의 약점을 없애는 대안으로 세계 각국이 빠르게 움직이는 상황이라 투자포인트가 될 수 있어보임. 미국과 중국의 우주 태양광 상용화 경쟁이 속도를 더 빠르게 만들 수도 있는 상황임.
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