우주항공 산업 분야에 대해서 이제 관심을 가져야 겠다는 생각이 들어서, 관련 산업 보고서를 찾아보다가 유진투자증권 정의훈 애널리스트의 보고서를 발견했는데, 엄청난 분량을 감탄을 금치 못했다.
앞으로 유진투자증권 보고서를 주의깊게 지켜볼 생각이다.
그나저나 내용이 너무 많아서, 언제 공부를 다 할 수 있을지 알 수 없다.
내용 요약
우주는 차세대 성장산업으로 지목되며 많은 관심을 받고 있는 분야다. 제프 베조스, 일론 머스크 등의 글로벌 기업가들은 매년 막대한 투자금을 우주기업에 조달하고 있고, BOA 는 2030 년 글로벌 우주산업 매출액이 2019 년보다 3 배 넘게 성장한 약1.4 조달러로 전망했다.
우주산업의 성장 동력은 바로 ‘재사용 로켓’이다. 그 이유는 우주산업의 가장 큰 진입장벽이 로켓 발사 비용이기 때문이다. 매번 발사할 때마다 완전히 새로운 로켓을 만들어야 하기 때문에 막대한 고정비용이 발생한다. 대부분의 우주관련 사업들이 높은 발사 비용이라는 진입장벽을 넘지 못하고 좌절되었다. 하지만 2015 년 스페이스X 의 재사용 로켓의 등장으로 우주산업은 새로운 전환점을 맞이했다. 현재까지 높은 재사용 성공률 과 발사 횟수를 기록하며 발사 비용을 혁신적으로 감축시켰다.
우리는 재사용 로켓으로 낮아진 우주산업 장벽의 가장 큰 수혜를 받는 인공위성 사업에 주목해야 한다. 그 중에서도 수 많은 통신위성을 지구 저궤도에 올려 글로벌 초고속 인터넷망을 구축하는 저궤도 통신위성 그리고 위성영상의 활용도가 높아진 관측위성 시장의 성장을 전망한다.
국내 우주산업 관심기업으로 인텔리안테크(189300), 쎄트렉아이(099320), AP 위성(211270), 켄코아에어로스페이스(274090), 한화시스템(272210) 을 제시한다. 기업선정에 있어 1) 성장하는 우주산업의 수혜를 받을 수 있는가, 2) 국내 보다 마진율이 높은 해외 매출 비중이 높은가, 3) 글로벌 경쟁 업체 대비 경쟁력을 갖췄는가에 대한 세 가지 기준을 적용했다. 이 중 인텔리안테크와 쎄트렉아이에 대한 매수를 추천한다.
I. 가까워진 우주와 지구
우주로 향하는 투자
테슬라의 CEO 일론 머스크(Elon Musk)와 아마존의 CEO 제프 베조스(Jeff Bezos)는 스페이스X 와 블루 오리진을 각각 2002년과 2000년에 설립한 뒤, 20 년간 민간 우주발사체 시장에서 경쟁 중이다.
두 사람은 우주산업에 대한 막대한 투자도 꾸준히 진행해왔다.
스페이스 X 는 지난해 비공개 펀딩 으로20억달러를 조달한데 이어 올해 2월에는 8억5천만달러 추가 펀딩에 성공했다. 많은 투자자 들이 적극적으로 투자의사를 밝히고 있어 추가적인 펀딩도 예상된다. 최근 펀딩을 통해 추정된 스페이스X 의 기업가치는 약740 억달러(약83조원)다.
제프 베조스는 올해 3 분기 아마존의 CEO 자리에서 물러나, Blue Origin 경영에 집중하기로 밝혔다. 또한 지난해에만 베조스는 약 100억달러 가치의 아마존 주식을 팔아 현금화했고, 앞으로 매년 10 억달러 가치의 주식을 현금화해서 Blue Origin 에 투자하겠다고 밝히면서 전세계 투자자들의 이목이 집중되고 있다
우주 ETF 상장
ARK Invest CEO 캐시 우드, 일명 돈나무 언니!!!가 ARKX ETF를 정식 상장하였다.
우주산업, 꿈에서 돈으로
우주산업 발전을 통해 얻을 수 있는 경제적 효과는 어떤 것들이 있는지 보고서에는 분석되었다.
1) 6G(6 세대 이동통신)
지구 저궤도에 수 많은 통신위성을 올려 지구 어디서나 빠른 데이터 통신을 가능하게 한다. 여기서 말하는 ‘어디서나’란 비단 지상뿐만 아니라 해양은 물론이고 항공까지 포 함하는 개념이다. 즉, 6G 인 6 세대 이동통신은 더 이상 데이터의 전송속도가 빨라짐에 그치지 않고 어디서나 빠른 속도가 구현된다는 것이 핵심이다. 또한 6G는 사람과 사람간의 통신뿐만 아니라 사 물간의 통신인 IoT 의 비약적인 발전을 이끌 것이다. 현재 상용화된 자동차의 자율주행은 사물간의 통신을 통해 더욱 정교하게 작동될 것이며, 도심 항공 교통(UAM)에서 또한 자율주행 기술이 핵심 이기 때문에 6G 의 중요성은 더욱 커질 것이다.
2) 우주여행
구 소련의 유리 가가린이 인류 최초로 우주를 탐사한 이후 달탐사, 화성탐사 등 지금 까지 인류의 우주 진출은 모두 ‘탐사’로 명명되었다. 우주로 접근하는 것 자체가 어려운 일이었고, 우주로 갈 때는 항상 임무가 부여됐기 때문이다. 하지만 향후 우주는 탐사의 대상이 아닌 여행의 대상으로도 확대될 것이다. 지구 저궤도에서 90 분에 한 번씩 지구를 돌며 우주를 구경하고 무중력 을 체험해 볼 수 있으며, 지구와 38 만km 떨어진 달 혹은 5,600 만km 떨어진 화성을 구경하고 돌 아올 수도 있다. 이미 스페이스X, 버진 갤럭틱 등은 우주여행 상품을 준비 중이다.
3) 3D 바이오 프린팅
3D 프린팅 기술은 즉각적인 부품 조달이 힘든 우주 탐사에 있어 매우 유용 하게 응용될 수 있는 분야다. 하지만 반대로 우주 또한 3D 프린팅을 위한 유용한 공간이기도 한데, 대표적으로 3D 바이오 프린팅 기술을 꼽을 수 있다. 3D 프린터로 조직, 장기 등을 인쇄해 인간에게 이식하는 3D 바이오 프린팅 기술에 있어 지구의 중력은 큰 장애물이 되었다. 인간의 장기는 대부 분이 연하고 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 제작되는 과정 중에 지구 중력으로 인한 제한을 많이 받는다. 우주 공간에서는 중력의 영향을 거의 받지 않기 때문에 3D 바이오 프린팅 기술 또한 더욱 발전할 수 있다.
4) 광물탐사
2015년 7월 소행성 ‘2011UW158’이 지구를 스쳐 지나갔다. 흥미로운 점은 이 소행성 은 백금 등의 귀금속으로 이루어져 있는데 추정된 광물의 가치는 5 조3 천억달러, 우리 돈으로 약6 천조원에 이른다. 또한 화성과 목성 궤도 사이에 소행성들이 집중적으로 분포하는 지역인 소행성대 (Aesroid belt)에 있는 소행성 ‘16 프시케’는 백금, 철, 니켈, 금 등의 광물로 구성되어 있으며 추정된 가치는 123 경원에 이른다.
혹자는 언급된 소행성과의 거리를 이유를 들며 터무니 없는 주장이라고 말한다. 스쳐(?) 지나간 소 행성 2011UW158 와의 거리는 지구와 달 사이 거리의 약 6.4 배 243 만km 였으며, 16 프시케는 지구와 태양 사이 거리의 3 배인 약 3 억7,000 만 km 떨어져있다. 하지만 비교적 가까운 달 표면에도 ‘헬륨-3’라는 희소자원이 존재한다. 헬륨 3 란 헬륨의 동위원소로 지구에는 거의 존재하지 않는다. 헬륨-3 1 톤의 핵융합 반응을 통해 석유 1,400 만톤, 석탄 4,000 만톤과 맞먹는 막대한 에너지를 생산할 수 있다. 또한 방사능 폐기물도 거의 나오지 않아 안전성까지 갖췄다. 달 표면에 존재하는 헬 륨-3의 양은 최소 100만톤으로 추정되며 이는 인류가 1만년간 사용할 에너지원 확보를 의미한다.
물론 이외에도 우주개발을 통해 활용 가능한 산업은 많다. 또한 우리가 아직 발견하지 못한 새로운 형태의 사업은 더 많은 경제적 실익을 가져다 줄 수 있다. 하지만 이처럼 막대한 이익이 기대됨에도 불구하고 민간부문의 우주산업은 아직까지 많은 발전을 이루지 못했다.
우주산업 패러다임의 전환: 재사용 로켓
2015 년 11 월, 하늘로 쏘아올려진 Blue Origin 의 발사체 New Shepard 는 지구와 우주의 경계선인 카르만 라인(Karman Line, 고도 100km)에 도달한 뒤 다시 하강하여 착륙에 성공했다. 다음 달인 12 월, SpaceX 의 발사체 Falcon 9 은 고도 200km 까지 비행하고 착륙해 로켓회수에 성공했다. 이 두 발사체는 이듬해인 2016 년 재사용에 성공하였다.
사용된 발사체를 회수해 다시 사용하는 ‘재사용 로켓’은 발사 횟수가 늘어날 때마다 고정비가 크게 감소하기 때문에 발사 비용을 대폭 삭감할 수 있는 혁신적인 아이디어였다. 재사용 로켓이 우주산업 패러다임 변화의 서막을 연 것이다. 현재 까지 가장 발전된 재사용 로켓 기술을 보유한 스페이스X 를 중심으로 이에 대해 분석해보았다.
재사용 로켓을 위한 핵심 기술은 바로 역추진 로켓이다. 궤도로 로켓을 쏘아 올려서 페이로드 (Payload)를 우주 궤도에 안착시킨 다음 로켓이 하강하다가 역추진 로켓을 점화하고 수직으로 로켓을 착륙시켜 이를 재활용한다. 먼저 발사체는 엄청나게 빠른 속도로 대기권에서 비행을 하기 때문에 초고온의 열을 버텨야 한다. 또한 착지 지점 계산과 역추진 로켓 점화 타이밍이 정확해야 하고, 바람 혹은 파도 등의 변수들까지 고려해야 한다. ‘Extremely complicated concept’ 과학기술 전 문가인 스티븐 페트라넥이 재사용 로켓에 대해 이렇게 표현한 이유다.
재사용 로켓의 경제성 분석
Falcon 9 은 크게 밑에서부터 엔진, 1 단 로켓, 2 단 로켓, 그리고 페이로드로 구분할 수 있다.
현재 SpaceX 의 기술로는 1 단 로켓 회수가 가능하지만 2 단 로켓은 아직 회수하지 못한다. 또한 탑재체 를 보호하고 있는 페이로드 페어링 또한 회수가 가능하지만 두 번만 사용 가능하다. 이를 토대로 발사 횟수에 따른 손익을 분석할 수 있다.
아래 표를 보면 발사 횟수에 따른 누적 수익이 비례해서 늘어나고, 1 단 로켓과 페어링 회수를 통한 비용 절감을 통해 마진율 또한 크게 상승한 것을 볼 수 있다. 현재까지 로켓이 재사용된 최대 횟수는 9 회인데, 올해 3 월 14 일 발사로 갱신한 기록이다. 9 회째 발사된 로켓의 마진율은 57.9%로 첫 발사의 마진율 18.5%의 3 배가 넘는 수치다.
재사용 로켓의 완전체로 가기 위한 과제
재사용 로켓 기술은 현재까지 비약적인 발전을 이뤘지만 아직은 혁신의 초기단계에 있다. 우주산업 에 대한 접근성을 높여줄 저비용의 우주경제를 구축하기 위해 재사용 로켓이 수행해야 할 네 가지 과제(?)에 대해서 분석하였다.
1) 탑재중량 향상
현재 발사체 시장은 대형보다 소형로켓에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이기 때문에 로켓의 비용을 유지하거나 줄이면서 탑재중량을 늘리 는 방향의 기술개발이 필요하다.
2) 로켓 재사용 횟수 증가
앞서 언급했듯 재사용 로켓의 최대 재사용 횟수는 9 회이다. 2018년 일론 머스크는 인터뷰에서 궁극적으로 하나의 로켓이 퇴역하기까지 최대 100회까지 발사할 수 있을 것이라고 언급한 바가 있다.
3) 로켓 재활용 범위 확장
현재 가장 활발하게 활용되는 재사용 로켓 Falcon 9 의 (이론적으로) 완전한 재활용 가능 범위는 1단 로켓뿐이다. 페이로드는 아직 2번의 재사용이 한계이다. 2단 로켓은 여전히 재활용 되지 못하고 있는데, 로켓 전체의 완전한 재활용이 가능해진다면 비용은 또다시 대폭 삭감될 것이다. 이는 곧 연료비와 유지비만 소모된다는 의미인데 산술적으로 비용을 약 90%까지 절감이 가능하다. 즉, 우주 로켓이 비행기와 동일해진다는 것을 의미한다(단, 연료 비의 차이는 존재한다).
지구로 안전하게 귀환할 수 있는 1단 로켓을 설계하는 것은 굉장히 어려운 일이지만, 그보다 더 높은 속도로 더 높은 궤도에 진입하는 2단 로켓을 회수하는 것은 훨씬 더 어렵다. 2단 로켓의 궤도 진입속도는 약 초속7.5km 로 1단 로켓의 속도보다 4 배 더 빠르다. 1단 로 켓과 같은 안정적인 착륙을 위해 더 큰 에너지를 필요로 한다. 또한 하강시 훨씬 더 높은 온도를 견뎌야 하기 때문에 상당한 수준의 내구성과 기술력 향상이 필요하다.
4) ‘제로 리퍼비시(턴어라운드 단축)’
리퍼비시란 사용된 로켓을 정상적으로 재사용하기 위해 비행시 마모와 파손된 부분을 수리하거나 교체하는 과정을 의미한다. 회수된 로켓을 재발사하는 시점까지의 기간을 턴어라운드라고 하는데, Falcon 9의 평균적인 턴어라운드는 약 두 달이며, 가장 짧게 소요된 기록은 올해 1 월 8 일 회수된 Falcon 9 으로 27 일 후인 2 월 4 일에 재발사됐다. 로켓을 회수하여 착륙한 곳에서 바로 연료를 주입하고 발사할 수 있는 ‘제로 리퍼비시 로켓’은 재사용 로켓 진화의 최종형태가 될 것이다.
II. 인공위성 시장의 성장
인공위성 로켓 배송
우주산업과 관련된 많은 분야가 이로 인한 수혜를 받을 것이나, 현재 가장 두각을 나타내는 것은 인공위성 산업이다. 위성산업의 발전은 발사된 인공위성 개수를 통해서도 알 수 있다. 2021년 1월 기준 지구 궤도에 존재하는 인공위성의 개수는 3,372 개다. 이는 재사용 로켓이 발사된 2015년보다 약 2.5 배 더 많은 수치다.
저궤도위성(Low Earth Orbit, LEO) - 지구 궤도 200~2,000km 에서 지구를 공전하는 위성으로, 현재 지구 궤도에 존재하는 인공위성의 약 77.5%가 저궤도 인공위성이다. 빠른 속도와 더불어 우주입자선의 영향을 많이 받기 때문에 평균적인 수명은 3~7년 정도로 정지궤도위성(평균 12~20년)에 비하여 비교적 사용 수명이 짧다.
정지궤도위성(Geostationary Earth Orbit, GEO) - 지구 궤도 약 35,800km에서 지구를 공전하는 위성이다. 가장 큰 특징은 바로 위성의 공전주기가 지구의 자전주기와 같다는 것이다. 즉 지구가 보았을 때 항상 정지하고 있는 것처럼 보이는 위성이다. 전체 인공위성의 약 16.7%를 차지하고 있어, 저궤도 위성에 이어 두번째로 많으며, 주로 통신과 방송, 기상관측 등을 목적으로 한다.
중궤도위성(Medium Earth Orbit, MEO) - 2,000~25,000km 즉, 저궤도와 지구정지궤도 사이의 위성들을 의미한다. 전체 위성의 4.1%를 정도를 차지하며, 대부분의 위성이 위치정보(GPS)를 위한 항법 위성이다.
고궤도위성(Highly Elliptical Orbit, HEO) - 고타원 궤도 위성이라고 하는데, 일정한 고도로 공전하지 않고 윈지점(약 40,000km)과 근지점(약1,000km)의 가늘고 긴 타원형 궤도를 공전한다. GPS, 통신, 과학 등의 위성이 있고, 전체 약 1.7%에 불과하다.
저궤도 통신위성의 부활
90년대 등장했던 통신위성 프로젝트의 몰락과 통신 케이블 시장의 성장으로 인하여 자취를 감췄던 저궤도 위성통신은 재사용 로켓의 등장을 다시 재조명 받기 시작했다. 케이블 시장이 이미 선점해버린 전세계 인터넷 시장에서 저궤도 위성통신 사업의 핵심 역량은 인터넷 음영지역을 공략하는 것이다.
스페이스X의 스타링크, 블루오리진의 카이퍼 프로젝트, OneWeb 등 많은 저궤도 위성통신 프로젝트들이 진행되고 있는데, 가장 앞서나간 기업은 역시 스페이스X이다. 스타링크 프로젝트는 2015년 일론 머스크가 발표한 저궤도 통신위성을 기반으로한 글로벌 초고속 인터넷망 구축 사업이다.
스타링크 1단계에서는 약 12,000개의 통신위성을 저궤도에 배치하고, 2단계에서는 30,000개를 추가로 배치해 전체 4만 2천개의 저궤도 통신위성을 운용하게 된다.
이렇게나 많은 숫자의 인공위성을 궤도에 올릴 수 있는 이유는 재사용 로켓 기술 발전으로 인해 발사 비용이 감소했다는 점과 통신 인공위성의 소형화를 통해 한 번에 많은 수의 위성을 올릴 수 있다는 점이다.
최종적인 형태의 스타링크 지연율은 약 25~30ms 수준이다. 이는 대부분의 인터넷 작업에 있어 충분한 속도이며, 다운로드 속도는 약 1Gps로 굉장히 빠른 수준이다. 현재 위성 인터넷 서비스 사업자인 HughesNet과 Viasat의 서비스와 비교해도 속도측면에서 월등히 앞선다.
지난해 10월부터 북미 지역을 중심으로 진행되고 있는 스타링크 베타서비스에서 평균 다운로드 속도는 약 103Mbps, 업로드 속도는 약 16Mbps, 평균 지연율은 39ms를 보였다. 스타링크 인터넷 서비스 이용료는 한 달에 99달러이고, 서비스 이용을 위해 필요한 접시와 와이파이 라우터 등의 장비 구매 비용은 약 499달러이다. 또한 데이터 사용 용량 제한은 현재로선 없다.
이러한 스타링크 서비스에 대해 미국인들을 대상으로 서비스를 가입할 의사가 있느냐는 설문조사에 51%의 미국인들이 가입할 의사를 밝혔다. 스타링크 베타 테스터 모집에 두 달 만에 약 70만명이 가입을 희망하며 서비스에 대한 기대감을 드러냈다.
꼭 기억해야 될 것은 로켓 재사용으로 인하여, 항공우주 시대가 열렸다는 것으로 보인다.
그리고 왜 우주항공 산업에 관심을 가져야 하는 지 충분히 이해가 되는 계기가 되었다.
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