연료를 채우면 다음 병목은 태양전지다 — 노스롭 그러먼 MRV가 GEO로 가져가는 전력 문제

ISSUE 2026 · W30 | 위성 & 궤도기술

B1069의 마지막 비행에 실린 로봇 정비공

MRV는 미 동부 서머타임 7월 21일 오후 5시 15분(UTC 21시 15분), 케이프 커내버럴 우주군기지 SLC-40에서 발사됐다. 1단 부스터 B1069는 이 비행이 32번째이자 마지막 비행이었다. MRV에는 임무 연장 포드(MEP, Mission Extension Pod) 3기가 함께 실렸다. DARPA에 따르면 MRV는 전기추진으로 약 1년에 걸쳐 정지궤도(GEO, Geosynchronous Earth Orbit)까지 올라가며, 운용 수명은 10년 이상으로 계획돼 있다.

핵심 장비는 미 해군연구소(NRL, Naval Research Laboratory)가 설계·개발한 로봇팔 두 개다. 각 팔에는 고강도·고성능 관절이 7개씩 있고, 팔 하드웨어는 화성 큐리오시티 로버의 팔을 만든 얼라이언스 스페이스시스템스가 제작했다. NASA 고다드 우주비행센터는 2024년부터 기관 간 협정으로 이 임무를 지원해 왔다. 노스롭 그러먼은 MRV가 점검, 궤도 재배치, 수리, 잔해 제거, 성능 개량, 궤도상 조립을 위한 공구를 갖췄고, 궤도상 재급유를 위한 수동 재급유 모듈(PRM, Passive Refueling Module)도 처음 싣는다고 밝혔다.

MRV의 질량과 전력 제원은 제조사와 DARPA의 발표문 어디에서도 확인되지 않았다. 공개된 것은 기능과 일정이다. 그래서 이 글은 MRV 자체의 와트 수보다, MRV가 설치할 MEP가 고객 위성의 에너지 수지를 어떻게 바꾸는지에 초점을 맞춘다.

MEP는 무엇을 팔고, 무엇을 팔지 못하는가

노스롭 그러먼의 MEP 자료에 따르면 MEP는 제논을 쓰는 전기추진 모듈로, 전형적인 2,000 kg급 GEO 위성에 6년의 수명 연장을 제공하도록 설계됐다. 궤도 유지와 각운동량 관리에 전기추진을 쓰고, 원격측정·명령은 C 대역 또는 Ku 대역으로 자체 처리한다. 추력기는 노스롭 그러먼이 NASA 글렌 연구센터와 함께 개발한 1 kW급 이하 홀 추력기 NGHT-1X로, NASA 기술보고서는 넓은 스로틀 범위에서 총효율 50~55%를 보고했다. 발표 기관에 따라 연장 기간은 “6년 이상”(DARPA), “최대 8년”(Spaceflight Now 보도)으로 표현이 엇갈린다.

1세대 임무 연장 비행체(MEV, Mission Extension Vehicle) 2기는 이미 GEO 상업 통신위성 3기와 도킹해 누적 10년 이상의 수명을 늘렸다. MEV가 고객에 붙어 통째로 궤도를 대신 지켜 주는 방식이었다면, MRV는 로봇팔로 MEP를 떼어 붙이는 “설치 기사” 역할이다. 한 번의 발사로 여러 고객을 돌볼 수 있다는 점이 구조적 차이다. 보도에 따르면 첫 고객으로는 호주의 옵터스와 룩셈부르크의 SES가 거론된다.

여기서 짚어야 할 대목이 있다. MEP가 파는 것은 델타V다. 고객 위성의 태양전지판, 배터리, 열제어 표면은 그대로다. 추진제가 바닥나 은퇴하던 위성이 6년을 더 살게 되면, 그 6년 동안의 전력은 여전히 15년 넘게 방사선을 맞아 온 원래 태양전지판이 만들어야 한다.

표를 가로로 읽으면 궤도 서비스가 “한 기를 위한 대리 추진”에서 “여러 기를 위한 부품 설치”로 옮겨 가고 있음이 보인다. 다만 두 세대 모두 고객 위성에 더해 주는 것은 추진이며, 발전 능력을 더해 주는 항목은 아직 목록에 없다.

지상 정비와 궤도 정비의 차이

지상 현황. 지상에서 기계를 정비할 때 전원은 당연한 전제다. 공구는 콘센트에서, 조명은 천장에서, 냉각은 공기에서 온다. 정비 중인 기계는 꺼 두면 그만이다.

우주 적용 시 변화. 궤도에서는 정비하는 쪽도 받는 쪽도 스스로 전력을 만들어야 한다. MRV가 로봇팔을 움직이는 동안 고객 위성은 통신 서비스를 멈출 수 없고, 두 위성 모두 태양 방향과 지상국 방향을 동시에 만족하는 자세를 찾아야 한다. 진공에서는 대류 냉각이 없어 팔의 모터 발열은 복사로만 빠진다. 또 GEO는 춘분·추분 전후 약 한 달 반씩 식 계절이 오고, 이 기간에는 매일 최대 70분 남짓 지구 그림자에 든다. 정비 작업을 식 계절에 잡으면 두 위성 모두 배터리로 버텨야 한다.

연결 원리. 궤도 정비의 일정표는 기계 공정표가 아니라 전력 공정표다. 로봇팔의 순간 부하, MEP의 전기추진 부하, 고객의 통신 부하가 같은 시간대에 겹치지 않도록 배치하는 것이 정비 절차 설계의 핵심이 된다.

전력·에너지 관점

Point. 추진 기반 수명 연장은 위성 수명의 병목을 추진제에서 전력으로 옮긴다. MEP가 연료 문제를 풀면, 다음 은퇴 사유는 태양전지와 배터리가 된다.

Reason. GEO 통신위성은 보통 추진제 예산과 전력계 수명을 비슷한 시점에 끝나도록 맞춰 설계한다. 한쪽만 넉넉하면 그만큼이 발사 질량 낭비이기 때문이다. MEP는 이 균형을 한쪽만 깬다. 추진제 제약이 사라진 뒤에는 수명 말기(EOL, End of Life) 전력이 곧 서비스 규모를 결정한다. 태양전지 열화가 진행될수록 탑재 중계기 일부를 꺼야 하고, 배터리 용량이 줄면 식 계절에 부하를 줄여야 한다. 궤도 유지 비용이 추진제에서 “꺼야 하는 중계기 수”로 바뀌는 셈이다.

Example. 가정값으로 크기를 보자. GEO 남북 궤도유지에 연 50 m/s가 든다고 하면 6년 연장에는 300 m/s가 필요하다. 비추력(Isp) 1,500 s의 홀 추력기라면 2,000 kg 위성 기준 제논 약 40 kg이다. 입력 1 kW, 효율 50%로 두면 추력은 약 68 mN이고, 연 50 m/s를 채우려면 1년에 약 409시간, 하루 평균 약 1.1시간 추력기를 돌려야 한다. 에너지로는 연 약 409 kWh다. MEP가 이 전력을 자체 태양전지로 충당하는지, 고객 위성에서 끌어 쓰는지는 공개 자료에서 확인되지 않았다. 한편 고객 위성 태양전지가 연 1%씩 열화한다고 가정하면, 수명 초기(BOL, Beginning of Life) 대비 출력은 15년차 약 86%에서 21년차 약 81%로 더 내려간다.

Point. 따라서 궤도 서비스 산업의 다음 과제는 “연료를 넣어 주는 것”에서 “전력을 보태 주는 것”으로 옮겨 갈 수밖에 없다. 로봇팔이 MEP를 달 수 있다면 원리상 태양전지 패널이나 배터리 모듈도 달 수 있다. MRV의 범용 공구와 PRM은 그 방향의 첫 인터페이스로 읽힌다.

반론과 제약. 모든 고객이 전력 병목에 먼저 닿는 것은 아니다. 태양전지 여유를 크게 두고 설계된 위성이라면 추진제 연장만으로 충분할 수 있다. 그러나 Worst-case로 보면, 은퇴 직전 위성은 이미 배터리 셀 일부가 퇴화했을 가능성이 높고, 전력 여유가 없는 상태에서 도킹·설치 작업 중 자세가 흐트러지면 태양 지향을 잃는 순간이 곧 배터리 방전 위험이 된다. MRV 자신도 1년의 전기추진 궤도상승 동안 밴앨런대를 가로지르며 태양전지가 열화한 상태로 첫 정비를 시작한다.

지상 시험과 우주 환경의 괴리. RSGS 로봇팔은 2009년 환경시험, 2021년 핵심 시험, 2024년 전체 탑재체 조립·시험을 거쳤지만, 지상의 중력 보상 시험대와 궤도의 미소중력은 동역학이 다르다. 팔이 움직일 때 생기는 반작용 토크가 두 위성의 결합체 자세를 흔드는 양상은 궤도에서 처음 확인된다. 지상 시험 통과가 GEO 정비 성공을 보증하지 않으며, 첫 서비스 결과가 나올 때까지 연장 기간 수치도 설계값으로 읽어야 한다.

정리하면 MRV는 “연료가 수명”이던 GEO 위성의 시대를 끝내려 하지만, 그 다음 장에는 “전력이 수명”이라는 문장이 기다리고 있다.