8,000km까지 전기추진으로: SES O3b mPOWER 마지막 3기가 보여주는 궤도상승의 전력 셈법

추력은 약하지만 비추력은 강하다

전기추진, 특히 홀 추력기(Hall thruster) 계열은 화학추진 대비 추력이 수백 분의 1에서 수천 분의 1 수준으로 약하다. 대신 비추력(specific impulse, 추진제 단위 질량당 얻는 운동량)은 화학추진의 5~10배에 달한다. 이는 같은 궤도 변경을 수행하는 데 필요한 추진제 질량이 훨씬 적다는 뜻이며, 그만큼 위성이 발사 시 탑재할 수 있는 통신 페이로드나 배터리 용량의 여유가 커진다.

O3b mPOWER는 이미 궤도상의 10기가 상용 서비스 중이며, 이번에 도착한 마지막 3기가 합류하면 총 13기 체제로 2027년 초 완전 상용화를 목표로 한다. 각 위성은 발사 후 전기추진으로 서서히 고도를 8,000km MEO까지 끌어올리는데, 이 구간 동안 위성은 자체 태양전지에서 생산한 전력의 상당 부분을 추력기 구동에 써야 하므로 통신 탑재체 가동은 제한적이다.

궤도상승 중에는 통신위성이 아니라 ‘전력 소비 우주선’이 된다

전기추진 궤도상승 구간에서 위성의 전력계는 평소 운용 모드와 전혀 다른 부하 패턴을 겪는다. 태양전지가 만드는 전력 대부분이 추력기의 방전관(discharge channel)을 이온화하는 데 소비되고, 남는 전력만 자세제어와 배터리 충전, 최소한의 텔레메트리 통신에 할당된다. 이 기간에는 반 알렌대(Van Allen belt)를 여러 차례 통과해야 하는데, 이는 발사체를 이용한 직접 천이 궤도보다 방사선 누적 노출량이 커지는 대가이기도 하다.

결국 전기추진 궤도상승은 “느리지만 싸다”는 단순한 트레이드오프가 아니라, 궤도상승 기간의 전력 배분 전략, 방사선 누적 리스크, 그리고 상용 서비스 개시 지연이라는 세 변수를 동시에 관리하는 시스템 설계 문제다.

표가 보여주듯 전기추진의 이득은 추진제 질량 절감에 집중되고, 대가는 상용화 지연과 방사선 누적 노출 증가로 나타난다. SES가 13기 체제를 2027년 초로 잡은 일정에는 이 궤도상승 기간이 이미 반영돼 있다.

전력·에너지 관점

O3b mPOWER의 전기추진 선택은 결국 “발사 직후의 통신 수익”과 “생애주기 전체의 탑재 여유” 사이의 교환이다.

이유는 추진제 질량이 위성 전체 발사 질량에서 차지하는 비중이 크기 때문이다. 화학추진으로 8,000km까지 직접 올리려면 추진제 탱크가 커지고, 그만큼 통신 안테나·트랜스폰더·배터리에 배분할 질량 여유가 줄어든다. 전기추진은 추진제 질량을 크게 줄이는 대신, 그 절감분을 페이로드 성능이나 위성 수명 연장에 재투자할 수 있게 한다.

실제로 O3b mPOWER는 위성당 처리 용량이 이전 세대보다 크게 늘었는데, 이는 전기추진이 확보해준 질량 여유가 없었다면 어려웠을 설계다. 다만 이 여유를 얻기 위해 위성은 궤도상승 기간 동안 상업 서비스를 제공하지 못하는 ‘개점휴업’ 상태를 감수해야 한다. 이는 지상 통신 인프라에서는 존재하지 않는, 우주 자산 특유의 시간 비용이다.

따라서 전기추진 궤도상승은 “전력을 아껴 쓰는 기술”이 아니라 “전력을 특정 구간에 몰아 쓰는 대신 발사비와 페이로드 여유를 맞바꾸는 시스템 전략”으로 읽어야 한다. 이 교환이 성립하려면 궤도상승 기간의 전력 배분, 방사선 내성 설계, 상용화 지연에 따른 수익 손실까지 모두 사업성 계산에 포함돼야 한다.