ISSUE 2026 · W38 | 우주 전력·에너지 시스템
궤도 위의 위성 수가 수백 기 단위로 늘어나는 지금, 전기추진(Electric Propulsion, EP)은 더 이상 고급 옵션이 아니라 기본 사양이 되었습니다. 그런데 이 기본 사양의 목줄을 쥔 것은 추력기 자체가 아니라 제논(Xe)이라는 희귀 기체의 공급망이었습니다. 2026년 9월 10일, Muon Space는 고체 아연(Zn)을 추진제로 쓰는 홀 추력기(Hall-effect Thruster, HET)를 궤도에서 처음으로 점화했다고 발표했습니다. 고압 탱크를 통째로 지워버린 이 설계는, 그렇다면 그 대가를 어디서 치르고 있을까요.
1년 만에 만든 전용 시험 위성 SERT-III
Muon Space의 발표에 따르면 이번 점화는 SERT-III라는 전용 추진 시험 위성에서 수행되었습니다. 이 위성은 설계·제작·발사까지 1년이 채 걸리지 않았고, 최초 점화는 2026년 7월 1일에 단 한 번의 시도로 성공했습니다. 회사는 궤도 원격측정(telemetry) 값이 지상 시험 예측치와 근접하게 일치했으며, 궤도 추적 데이터에서 명확한 궤도 변화가 관측되어 추력 발생이 확인되었다고 밝혔습니다.
여기서 주목할 표현은 “전용 시험 위성”입니다. 통상 신규 추진 시스템은 본임무 위성에 얹혀 검증되는데, 그 경우 추력기가 위성에 미치는 악영향을 분리해서 측정하기 어렵습니다. Muon은 대신 추력기 성능 데이터, 위성 적합성 데이터, 그리고 플룸(plume) 오염 측정을 위한 계측을 위성 전체에 분산 배치했습니다.
그 결과 전자기 간섭(EMI), 전력 트랜지언트, 플라즈마 상호작용 어느 항목에서도 위성에 악영향이 없었다는 것이 확인되었습니다. 전력계 엔지니어 입장에서 이 문장은 추력 수치보다 훨씬 중요합니다.
제논을 버린다는 것의 물리적 의미
홀 추력기가 고효율 위성 추진의 표준으로 자리 잡은 이유는 높은 비추력(specific impulse, Isp) 때문입니다. 다만 지금까지의 HET는 거의 예외 없이 제논이나 크립톤(Kr)을 썼습니다. 두 기체 모두 비싸고, 고압 저장이 필요하며, 그 고압 탱크가 위성에 질량·부피·통합 복잡도를 강요합니다.
Muon의 Starlight 추력기는 상온에서 고체인 아연을 씁니다. 아연은 풍부하고 저렴하며 무독성입니다. 가압 탱크가 사라지면 지상 취급, 발사 물류, 위성 통합이 동시에 단순해집니다. 회사는 이 변화가 희귀 기체 공급망 의존을 줄인다는 점도 강조했습니다.
하지만 물리는 공짜를 허용하지 않습니다. 기체 추진제에서는 탱크에 저장된 압력 에너지가 추진제를 방전실까지 밀어 보냅니다. 고체 아연에서는 그 일을 누군가 대신해야 하고, 그 누군가가 바로 기화기(vaporizer)입니다. 기화기는 열을 필요로 하고, 궤도에서 열은 곧 전력입니다.
세 가지 추진제, 세 가지 예산표
| 항목 | 제논(Xe) | 크립톤(Kr) | 아연(Zn, 고체) |
|---|---|---|---|
| 상온 상태 | 기체 | 기체 | 고체 |
| 저장 방식 | 고압 탱크 | 고압 탱크 | 상압 고체 저장 |
| 공급 구동원 | 탱크 압력 | 탱크 압력 | 기화기 가열(전력) |
| 추가 상시 전력 부하 | 실질적으로 없음 | 실질적으로 없음 | 기화 전력 필요 (수치 확인 필요) |
| 공급망 제약 | 매우 큼(희귀 기체) | 큼 | 작음(범용 금속) |
| 플룸 오염 성격 | 불활성 기체 | 불활성 기체 | 금속 증착 가능성 |
| 궤도 실증 | 수십 년 축적 | 다수 축적 | 2026-07-01 최초 1회 |
이 표가 말하는 바는 분명합니다. 아연 전환은 성능 개선이 아니라 예산 항목의 이동입니다. 질량 예산과 공급망 리스크에서 덜어낸 부담이 전력 예산과 오염 리스크로 옮겨갑니다. 위성 설계자는 이 교환이 자기 임무에서 이득인지를 개별적으로 계산해야 합니다.
전력·에너지 관점
결론부터 말하면, 이번 시연의 본질은 추력이 아니라 “정해진 전력 예산 안에서 고체 금속을 안정적으로 기화시킬 수 있는가”였습니다.
그 이유는 전기추진 시스템의 전력 구조에 있습니다. HET는 전력처리장치(Power Processing Unit, PPU)를 통해 방전 전압과 전류를 만들고, 여기에 자기코일과 음극(cathode) 히터 전력이 더해집니다. 고체 추진제를 쓰면 여기에 기화기 부하가 추가로 붙습니다. 이 부하는 추력을 내기 전부터 걸리고, 추력이 끝난 뒤에도 잔열 관리가 필요합니다. 즉 EPS(Electrical Power Subsystem)가 감당해야 하는 것은 평균 전력이 아니라 예열 구간을 포함한 프로파일입니다.
예를 들어 소형·중형 위성에서 태양전지 어레이 출력은 일조(sunlit) 구간에만 나오고, 지구 그림자(eclipse) 구간에서는 배터리가 그 자리를 메웁니다. 기화기 예열이 그림자 구간에 걸리면 배터리 방전심도(Depth of Discharge, DoD)가 깊어지고, DoD가 깊어지면 사이클 수명이 줄어듭니다. 궤도 상승(orbit raising)처럼 수백 시간을 연속 점화해야 하는 운용에서는 이 효과가 누적됩니다. 다만 Muon은 기화 전력의 절대값을 공개하지 않았으므로, 이 영향의 크기는 확인 필요 항목으로 남겨 둡니다.
그래서 “지상 시험과 궤도 데이터가 일치했다”는 한 줄이 이 발표의 핵심입니다. 미소중력에서 고체 아연이 예측대로 이송·기화되었다는 것은, 기화기 전력 모델이 궤도에서도 유효하다는 뜻이고, 그것은 곧 태양전지 면적과 배터리 용량을 종이 위에서 미리 정할 수 있다는 뜻입니다. 전력계 설계는 불확실성을 마진으로 덮는 작업인데, 마진을 줄일 근거가 하나 생긴 셈입니다.
낙관을 제약하는 것들
가장 먼저 짚어야 할 것은 금속 플룸 오염입니다. Muon은 위성 곳곳에 배치한 열전 수정진동자 미소저울(Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance, TQCM) 센서로 아연 증착량을 측정했고, 추력기 근방 증착량이 보수적인 사전 모델 예측치보다 낮았다고 밝혔습니다. 이는 좋은 소식입니다.
그러나 Worst-case를 가정하면 이야기가 달라집니다. 태양전지 커버글래스에 금속이 얇게라도 누적 증착되면 투과율이 떨어지고, 동시에 흡수율(α)이 올라가 셀 온도가 상승합니다. 태양전지 출력은 온도가 오르면 떨어집니다. 즉 오염은 광학적 손실과 열적 손실을 동시에 일으킵니다. 수백 시간이 아니라 수년 누적 시 이 효과가 어디로 수렴하는지는 아직 궤도에서 검증되지 않았습니다.
지상과 우주의 괴리도 명시해야 합니다. 지상 진공챔버는 배경 압력이 완전한 진공이 아니고, 챔버 벽에서 재증착(back-sputtering)이 일어나므로 실제 플룸 확산 형상과 다릅니다. 반대로 미소중력에서의 고체 추진제 이송은 1G 지상에서 원리적으로 재현할 수 없습니다. 그래서 이번 궤도 시험이 의미가 있는 것이고, 동시에 지상 시험 결과를 우주 성능으로 확언할 수 없다는 원칙도 그대로 유효합니다.
정리
| 구분 | 내용 |
|---|---|
| 사건 | 고체 아연 추진제 홀 추력기의 세계 최초 궤도 점화 (발표 2026-09-10, 점화 2026-07-01) |
| 수행 주체·플랫폼 | Muon Space, 전용 추진 시험 위성 SERT-III (제작~발사 1년 미만) |
| 기술적 핵심 | 고압 탱크 제거, 상온 고체 금속 추진제, 미소중력에서 이송·기화 성립 확인 |
| 전력 관점 함의 | 압력 에너지 → 기화 전력으로의 예산 이동. EPS는 예열 구간을 포함한 전력 프로파일로 설계해야 함 |
| 검증된 것 | 1회 시도 점화 성공, 추력 발생, EMI·전력 트랜지언트·플라즈마 영향 없음, 근방 증착량이 보수적 예측치 이하 |
| 미검증(Worst-case) | 수년 누적 금속 증착이 태양전지 투과율·흡수율·온도에 미치는 영향 |
| 확인 필요 | 기화기 소비 전력 절대값, 비추력·추력 정량 수치, PPU 총 입력 전력 |
| 다음 일정 | 2026년 말 고객 임무 투입 예정, Gen2는 2027년 1분기 궤도 시험 |
요약하자면 이번 시연은 “더 센 추력기”가 아니라 “탱크를 전력으로 바꿔도 위성이 견딘다”는 명제의 첫 궤도 증거입니다. 전력계 입장에서는 새로운 부하 항목이 하나 생긴 대신, 그 부하를 미리 계산할 수 있는 근거가 생겼습니다.
본문의 사실관계는 Muon Space가 2026년 9월 10일 공개한 보도자료에 근거합니다. 수치가 공개되지 않은 항목은 추정하지 않고 “확인 필요”로 분리해 표기했습니다. 전력 예산에 관한 서술은 일반적인 전기추진 시스템 구조에 기반한 정성적 분석이며, 특정 제품의 실측값이 아닙니다.