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로켓 결함으로 4월 이후로 발사가 잠정 연기된 미국 달탐사 로켓 아르테미스 2호에는 국내 반도체 기업 삼성전자와 SK하이닉스의 칩도 탑재된다. 극한의 우주 환경에서 반도체 칩을 일부러 '고장'내기 위해서다. 고장 과정에서 수집된 데이터는 우주방사선에 잘 견디는 내방사선 반도체 개발에 쓰인다.
2일 산업계와 과학기술계에 따르면 우주산업 규모가 커지며 실제 우주 환경에서 재료와 소자, 부품을 사용한 이력인 '스페이스 헤리티지'가 점차 중요해진다는 전망이 나온다. 국내 기업의 스페이스 헤리티지 확보가 반도체를 포함한 국내 우주산업 역량을 키우는 데 실질적인 도움이 된다는 분석이다.
● 같은 부품에 '0' 하나 더붙는 이유
인공위성을 개발하는 과학자, 공학자들은 탑재된 부품들이 우주에서도 지상에서처럼 동작하기를 기대한다. 하지만 지구에서 멀어질수록 지구 자기장이 막아주던 고에너지 우주 방사선에 많이 노출되고 온도 변화도 극심해진다.
메모리반도체의 경우 방사선에 노출되면 저장된 정보가 변질되고 잘못된 명령을 내리는 등의 피해가 발생할 수 있다. 반도체의 회로 집적도가 높을수록 오류 확률이 높아지기 쉽다. 우주에서 쓰이는 반도체가 지상에서 쓰는 것보다 성능이 낮고 첨단 컴퓨터보다 과거 우주에서 써온 제품을 선호하는 이유다.
한재흥 KAIST 우주연구원장은 "전체 인공위성 체계를 만드는 입장에서는 어떤 이유로든 스페이스 헤리티지가 없는 부품을 써야 할 때 무서워진다"고 설명했다. 우주로 발사된 위성이나 발사체는 현실적으로 직접 수리가 불가능하기 때문에 검증된 부품을 쓸 수밖에 없다는 것이다.
한 원장은 "똑같은 온보드 컴퓨터라 하더라도 우주에서 견뎠다는 헤리티지가 있으면 가격에 0이 하나 더 붙는 정도"라고 설명했다.
메모리반도체를 하나 제조하는 데는 수백 단계의 공정이 필요하다. 한 원장은 현재 우주반도체의 수요를 고려하면 기존 반도체 공정에서 마지막 단계인 패키징 공정을 개선해 방사선 저항성을 늘리는 방향이 현실적이라는 분석을 내놨다.
강창구 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 책임연구원은 "소재, 소자의 디자인, 회로 수준에서 해결하는 등 다양한 접근법이 존재한다"며 "가장 쉬운 건 하나가 고장 났을 때 다른 하나가 동작하도록 같은 반도체를 여러 개 심는 솔루션"이라고 설명했다.
● 스페이스 헤리티지, 국내 우주산업 경쟁력 높인다
한 원장은 "위성에 들어가는 소자 레벨에서 보면 스페이스 헤리티지가 있는 국산 부품 수급이 안 되는 상황"이라며 "기술의 난이도가 높다기보다는 현재 수요가 많지 않다"고 진단했다. 기술적 장벽이 높있다기보다는 경제적 동인이 부족할 수 있다는 뜻으로 해석된다.
한 원장은 "향후 우주 데이터센터 건설이 추진된다면 우주에서 한국이 잘하는 메모리반도체 수요가 증가할 가능성이 있다"고 덧붙였다.
함선정 텔레픽스 위성사업부 상무는 "전세계에서 예정된 위성 발사계획 등을 살펴봤을 때 수요가 미래에 늘면 늘었지 줄어들지는 않을 것"이라며 스타트업 입장에서 "위성의 모든 구성요소를 스페이지 헤리티지가 있는 부품으로 사용하기는 어렵다"고 설명했다. 이어 "오랜 기간 예산을 쏟아 성능이 보장되는 부품을 쓰는 올드스페이스와 달리 민간 주도의 뉴스페이스는 경험치가 필요하다"고 말했다.
텔레픽스가 국내 최초로 위성에 탑재해 우주로 발사한 그래픽처리장치(GPU) 기반 온보드 인공지능(AI) 프로세서 '테트라플렉스(TetraPLEX)'는 2024년 8월 발사 이후 현재까지 안정적으로 운용되고 있다. 온보드 프로세서가 지상의 컴퓨팅 파워를 따라갈 순 없지만 위성이 지상국과 교신하는 사이 시간을 활용해 영상 데이터를 초벌로 정리하면 영상 처리 효율이 올라간다는 이점이 있다.
함 상무는 "테트라플렉스가 작동 중인 것만으로도 엄청난 문의를 받았다"며 "관심이 생기면 수요가 따라온다"이라고 밝혔다.
국내 우주산업계에서는 우주항공청을 중심으로 스페이스 헤리티지를 확보할 기회가 더욱 확대돼야 한다는 목소리가 꾸준히 나온다.
한 원장은 "스페이스 헤리티지를 쌓을 기회가 주어지면 국내 우주기업에 도움이 많이 될 것"이라면서도 "국내 기업 입장에서는 전문성을 갖추는 전략이 유효할 것"이라고 강조했다.
그는 "국내에 체계 종합기업이 많을 필요는 없다"며 "특정 분야 기술을 고도화한 '슈퍼 을' 기업이 많아지면 한국 우주산업 경쟁력이 높아질 것"이라고 밝혔다.
● 우주 환경 모사한 지상 테스트도 활발
개발된 소자나 부품 등을 모두 우주로 쏘아 올려 테스트하는 데는 한계가 있다. 이 때문에 가속기 등으로 방사선 빔을 쏘고 변화를 살피는 지상 실험도 활발하다. 지상에서 우주 환경을 모사해 성능을 최대한 다듬는 과정이다.
원자력연 정읍, 경주 분원에 구축된 가속기 장비는 방사선을 쏴 시료의 변화를 살필 수 있는 지상 검증 시스템을 갖추고 있다. 테스트 할당 시간인 '빔 타임'은 매번 포화돼 배정받기 어려울 정도로 인기가 많다.
강 책임연구원은 "우주는 감마선, 양성자, 중이온 등이 여러 방사선이 복합적으로 존재하지만 지상에서는 한 종류씩 테스트하기 때문에 실제 환경과는 차이가 난다"고 말했다.
이어 "탑재되는 모든 부품을 내방사화해야하는 것은 아니다"라며 "지상에서 쓰이는 일부 부품은 테스트해보면 바로 사용할 수 있는 것도 있다"고 설명했다.
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