희귀가스, 글로벌 우주산업의 필수 요소로 부각되다!

포스코경영연구원 주영근 수석연구원

최근 글로벌 우주산업은 국가 주도의 ‘올드 스페이스(Old Space)’에서 스페이스X, 블루 오리진(Blue Origin), 버진 갤럭틱(Virgin Galactic), 플래닛 랩스(Planet Labs) 등 민간 주도의 ‘뉴 스페이스(New Space)’로 패러다임이 변화하고 있습니다.

2024년 기준 글로벌 우주산업 규모는 전년 대비 7.8% 성장한 약 4,760억 달러로, 2034년에는 1조 달러에 이를 것으로 전망되는데요. 우주와 국방 분야에 특화된 분석·엔지니어링 컨설팅 회사 브라이스텍(BryceTech)은 위성 산업이 전체 우주산업의 71%를 차지하고 있으며, 2024년 우주산업에 약 1400억 달러의 예산이 배정됐고 민간 투자는 80억 달러에 달한다고 밝혔습니다.

우주산업의 급성장은 미국과 중국의 패권 경쟁과 맞물려 있는데요. 미국은 트럼프 2기 우주 팽창주의(Manifest Destiny in Space) 전략* 아래 스페이스X, 블루 오리진 등 민간기업을 국방우주망에 통합하여 군사·민간 겸용 기술을 군사화하고 있습니다. 미국의 대표적 저궤도 위성 프로젝트인 스타링크는 2030년까지 4만 2,000기 운영을 목표로, 지난해 8월 기준 8,090기를 궤도에 올려 전 세계 70여 개국에서 서비스를 제공하고 있죠.
*우주 팽창주의(Manifest Destiny in Space) 전략: 트럼프 대통령은 취임 연설에서 미국의 팽창주의와 탐험주의로의 복귀를 촉구하면서 ‘명백한 운명’(manifest destiny)에 따라 화성에 미국 우주비행사를 보내 성조기를 꽂게 할 것임을 밝혔다.

한편 중국은 ‘우주 강국화’ 전략 아래 위성항법시스템을 완성하고 고해상도 정찰위성과 전자전*·위성요격** 능력을 강화하는 등 전략적 자립을 통해 미국과의 기술 격차를 줄이는 데 집중하고 있습니다. 중국의 대표적 저궤도 위성 프로젝트인 첸판(千帆)은 2030년까지 1만 5,000기 운영을 목표로 2024년부터 시험 위성을 발사해 초기 네트워크를 구축하고 있습니다.
*전자전 : 적의 전자기 스펙트럼을 제어해 공격·방어·지원을 수행하는 군사 활동
**위성요격 : 인공위성을 발사체로 요격해 파괴·정지시키는 군사 활동

우주산업의 변화는 여기서 끝이 아닙니다. 그동안의 우주산업은 위성 제작·발사 등 인프라 구축 중심의 업스트림(Upstream) 분야가 주를 이뤘으나, 최근에는 위성 데이터를 처리·활용하는 다운스트림(Downstream) 분야가 주목받고 있습니다. 2024년 업스트림 시장 규모는 약 730억 달러로, 위성 및 발사체 제조가 80%, 발사 서비스가 20%를 차지했는데요. 특히 2024년 위성산업 매출은 지상 장비(GNSS, 위성항법시스템) 1,553억 달러, 위성 서비스 1,083억 달러, 위성 제조 200억 달러, 발사 서비스 93억 달러로 향후 위성 데이터 활용이 증가함에 따라 다운스트림 시장이 더 확대될 것으로 예상됩니다.

영상 처리·분석 기술 고도화와 데이터 활용도 향상, 정부와 민간의 인프라 관리, AI를 활용한 실시간 위성 데이터 감지가 가능해지면서 인공위성 수요는 날이 갈수록 증가하고 있습니다. 이에 따라 인공위성이 궤도를 바꾸거나 위치를 조절할 때 쓰이는 추진제(추진력을 위해 분출되는 물질)로 제논과 크립톤 같은 불활성가스가 널리 활용되고 있는데요.

인공위성은 연료를 태워 추진하는 일반 로켓과 달리 이온추진* 엔진을 활용해 이동합니다. 제논, 크립톤 가스에서 전기 입자인 이온을 우주 밖으로 빠르게 쏘면, 입자가 빠져나가는 반대 방향으로 위성이 밀리듯 움직이는데요.
*이온추진(Electric Propulsion, EP): 제논 등 기체에 전기를 가해 원자를 이온화한 뒤, 높은 전압으로 이온을 초고속 분사하여 추진력을 얻는 기술

제논은 원자가 무거워 위성을 분출할 때 큰 힘을 가하기 때문에 적은 양으로도 큰 추진력을 낼 수 있고, 이온화에 필요한 에너지가 적어 고성능·장기간 임무용 위성에 적합하지만 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 대표적으로 NASA의 소행성 탐사선 ‘프시케(Psyche)’는 제논 이온을 분사하는 태양전기추진(Solar Electric Propulsion) 방식을 사용하고 있죠. 반면 크립톤은 제논보다 가볍고 저렴해 소규모 위성이나 위성 군집에 적합하여 스타링크 같은 대규모 인터넷 위성 네트워크 엔진에 사용되고 있습니다.

위성수 증가에 따라 궤도 유지, 충돌 회피, 재기동이 늘어나면서 이온추진 표준화가 더욱 가속화되고 있는데요. 스타링크 등 통신용 저궤도 통신위성 위주에서 고궤도·원거리용 연료로 확대되면서 최근 제논과 크립톤의 소비량은 약 7배 증가했습니다. 제논과 크립톤은 공기에서 매우 낮은 농도로 회수되고 지리와 정치, 반도체·의료 산업 수요 등 여러 이유로 공급망 변동성이 큰데요. 이에 스타링크는 초기 위성에 크립톤 기반 홀 추진기(Hall thruster)*를 적용해 비용과 조달 유연성을 확보했으나 최근 아르곤으로 전환하는 등 이온추진 연료 다변화를 시도하고 있습니다.
*홀 추진기(Hall thruster) : 자기장을 이용해 추진제(제논, 크립톤 등 불활성가스)를 이온화하고 가속해 추진력을 얻는 고효율 전기 추진 시스템의 일종

▲포스코 광양제철소 산소공장의 대형 공기분리장치(ASU, Air Separation Unit) 전경

포스코그룹은 희귀가스 공급망 교란을 대비하고, 우주산업 밸류체인에서 전략적 지위를 확보하기 위해 광양제철소 대형 공기분리장치 ASU(Air Separation Unit)의 제논·크립톤 회수율과 수율을 제고하고, 생산 최적화를 통해 희귀가스 생산을 극대화하고 있습니다.

▲2024년 11월 포스코홀딩스와 중국 중타이 크라이오제닉 테크놀로지가 합작투자한 포스코중타이에어솔루션이 광양 동호안 부지에 고순도 희귀가스 공장을 착공했다.

나아가 고순도 희귀가스 생산설비 관련 전문 기술을 보유하고 있는 중국 중타이 크라이오제닉 테크놀로지와 합작해 99.999% 고순도 희귀가스 공장을 건설하여 제논과 크립톤을 안정적으로 확보할 계획인데요. 또한, 인공위성 추진제의 해외 의존도를 줄일 수 있도록 한국항공우주연구원과 협력하여 인공위성 연료용 희귀가스 배합기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 인공위성 추진제 분야에서 안정적인 공급망을 구축하고, 글로벌 우주산업 밸류체인에서 핵심 공급자로서의 입지를 확보할 계획입니다.

민간 주도로 인한 급성장으로 미래 우주산업의 성장 속도와 범위를 결정짓는 중요 자원으로 부상한 희귀가스의 공급망 확보가 글로벌 우주산업의 경쟁력에 영향을 줄 것으로 예상됩니다.

* 참고자료
– Satellite Industry Association(SIA), ‘25.5., 2024 Global Satellite Industry Revenues
– Advanced Television, ‘25.10.22., Report: Satellite industry 71% of global space economy in 2024
– 연합뉴스, ‘25.12.3., 한국에서도 스타링크 된다…4일 본격 개통
– Growth Research, ‘25.8.18., [위성 산업보고서] 위성, 어디까지 올라가는 거예요?
– 조선일보, ‘24.7.9., [시사체크! 키워드 / 국제우주정거장(International Space Station·ISS)] 총알 8배 속도로 지구 주변 도는 ISS… 6년 뒤 남태평양 바다에 떨어진대요
– NASA, ‘23.10.13., Psyche Exploring a metal-rich world
– Center for Space Policy and Strategy, ‘23.7.18., Star: Shining light on space supply chain risk