싱가포르 첫 AI 나노위성, 2억 싱가포르달러로 우주 경제 도약

궤도에서 새 지평을 열다

싱가포르가 2026년 첫 인공지능 기반 나노위성 발사를 준비하고 있다. 이는 세계 우주 경제에서 경쟁력을 갖추려는 도시국가 싱가포르의 노력에 중대한 전환점이 될 전망이다. 신발 상자 크기 정도의 소형 우주선에는 첨단 엣지 컴퓨팅 기능이 탑재돼 지구 상공 500km 궤도를 돌면서 이미지를 분석하고 데이터를 선별한다. 원본 이미지를 그대로 전송하는 대신 핵심 정보만 지상국으로 보내게 된다.

이번 임무는 싱가포르 우주기술개발 프로그램의 핵심 요소인 우주 접근 프로그램(Space Access Programme) 아래 추진되는 첫 프로젝트다. 싱가포르 정부는 2022년 이후 이 프로그램에 2억 싱가포르달러(S$) 이상을 투입하기로 했다. 이번 사업은 지상 컴퓨팅에 의존해 단순히 데이터를 수집하는 위성에서 벗어나, 궤도에서 정보를 처리하는 더 작고 지능적인 위성으로 전략의 무게중심을 옮기려는 움직임을 보여준다.

난양공과대학(NTU) 위성연구센터가 프로젝트를 이끌고 현지 우주기술 기업 사토로 스페이스(Satoro Space)와 협력해 3U 나노위성을 제작한다. 가로 30cm, 세로 10cm, 높이 10cm에 무게 5kg 미만인 이 큐브샛(CubeSat) 규격 우주선은 우주와 지구 사이의 데이터 이동 방식을 바꿀 잠재력을 갖췄다. 재난 대응부터 환경 모니터링까지 다양한 분야를 혁신하는 동시에 우주 시스템 분야에서 싱가포르의 기술 자립 역량을 입증할 것으로 기대된다.

임무를 뒷받침하는 지능

기존 위성은 외장 저장장치가 달린 디지털카메라와 비슷하게 작동한다. 방대한 원본 이미지를 촬영한 뒤 지구로 보내 처리하는 방식이다. 이 접근법은 운영 효율을 제한하는 병목 현상을 일으킨다. 저궤도 위성은 100분 주기로 궤도를 돌 때마다 지상국과 통신할 수 있는 시간이 약 10분에 불과하다. 원본 위성 이미지는 하루에 기가바이트 단위로 쌓일 수 있어 제한된 대역폭에 부담을 주고, 이미지 촬영과 실제 활용 가능한 정보 도출 사이에 지연을 낳는다.

새 AI 위성은 데이터를 먼 서버로 보내는 대신 데이터가 생성되는 지점에서 직접 처리하는 엣지 컴퓨팅으로 이런 제약을 해결한다. 탑재된 인공지능이 이미지를 실시간으로 분석해 구름에 가린 장면과 선명한 장면을 구분하고, 산불이나 기름 유출 같은 긴급 상황을 식별한다. 방대한 원시 데이터를 통째로 전송하는 대신 활용 가능한 정보만 보낸다.

임 위 셍(SaRC) 위성연구센터장은 이 접근법의 운영상 이점을 다음과 같이 설명했다.

모든 데이터를 지구로 보내는 대신 위성이 기내에서 판단을 내려 정보를 선별하고 분석해 전송할 수 있습니다. 원시 데이터만 보내는 것이 아닙니다. 이를 통해 지연 시간이 크게 줄고 우주 시스템의 효율성이 한층 높아집니다. 지능형 위성은 궤도에서 무엇이 중요한지 판단할 수 있어, 귀중한 우주 대역폭을 잡음이 아니라 해답을 전달하는 데 쓰게 됩니다.

실질적인 효과는 상당하다. 수백 메가바이트나 기가바이트의 원본 이미지를 지구로 전송하는 대신, 위성은 주요 좌표와 이미지 분석 요약, 선별한 이미지 일부 등 몇 킬로바이트에서 수 메가바이트에 불과한 압축 결과물을 보낼 수 있다. 통신 가능 시간이 짧은 상황에서 신속한 판단이 인명과 자원을 구하는 지진 복구나 해상 재난 대응처럼 시간에 민감한 상황에서는 이런 효율성이 특히 중요하다.

세 가지 혁신 프로젝트

AI 나노위성은 NTU가 우주 접근 프로그램의 일환으로 발표한 세 가지 프로젝트 중 하나다. 각 임무는 서로 다른 기술 분야를 겨냥하며, 2026년부터 2028년까지 매년 발사될 예정이다. 여기에 국제우주정거장으로 보낼 추가 탑재체도 포함된다. 이 탑재체는 궤도 운용의 가혹한 환경에서 싱가포르 광학기술을 검증하게 된다.

스마트 데이터 처리와 신형 전력 시스템

2026년 대표 임무는 인공지능과 실험용 태양전지 기술을 결합한다. 위성은 엣지 컴퓨팅 기능과 함께 차세대 페로브스카이트 태양전지를 시험한다. 이 전지는 NTU 전기전자공학부와 재료과학공학부, 현지 스타트업 싱필름(Singfilm)이 공동 개발했다. 기존 실리콘 패널보다 제조 비용이 낮고 생산이 간편하며, 유연하고 가벼운 기판에 인쇄할 수 있다는 장점이 있다. 질량이 1g 늘 때마다 발사 비용이 달라지는 소형 우주선에 적합한 기술이다.

페로브스카이트 태양전지는 유기·무기 하이브리드 구조를 활용한다. 실리콘 전지에 필요한 에너지 집약적인 결정 성장 공정 대신 간단한 인쇄 기술로 제조할 수 있다. 이 제조상의 유연성 덕분에 가볍고 휘어지는 기판에 전지를 입힐 수 있어 우주선 전체 질량을 줄인다. 궤도 실험은 이 소재가 지속적인 방사선 노출과 극심한 온도 변화 속에서 어떻게 열화하는지에 관한 핵심 데이터를 제공한다. 이 정보는 향후 위성군에 상용 적용하기 전에 반드시 확보해야 한다.

사토로 스페이스의 시 매버릭(Maverick Shih) 회장은 역량을 키우는 데 현지 협력이 중요한 이유를 강조했다.

NTU의 공동 프로젝트에 참여하게 돼 매우 기쁩니다. NTU 위성연구센터와 사토로의 협력은 검증되고 신뢰할 수 있는 큐브샛 솔루션을 구축하게 해줄 뿐 아니라, 싱가포르의 SaRC와 함께 현지에서 프로젝트를 수행할 수 있게 합니다. 이는 싱가포르 연구기관들이 첨단 우주기술을 빠르게 개발하는 데 도움이 됩니다.

첨단 추진 기술과 소재 시험

2028년 예정된 두 번째 프로젝트에서는 가로 40cm, 세로 30cm, 높이 30cm에 무게 최대 30kg인 더 큰 16U 나노위성을 발사한다. 이 우주선은 NTU 분사기업 알리에나(Aliena)가 개발한 다단 점화 소형 엔진(MUlti-Stage Ignition Compact engine)을 시험한다. 이 엔진은 전기장과 자기장으로 추진제를 이온화한 뒤 이온을 가속해 효율적으로 추력을 만든다. MUSIC 엔진은 화학 로켓보다 연료 효율이 높은 그리드형 이온 추력기다. 이온을 정전기 그리드 사이로 가속해 연료 효율을 나타내는 비추력을 기존 추력기의 몇 배 수준으로 높인다. 덕분에 소형 위성은 적은 추진제로 궤도를 바꾸거나 파편을 피하고 위치를 유지할 수 있다. 운용 수명을 늘리고, 그동안 대형 우주선에만 가능했던 새로운 임무도 수행할 수 있다.

알리에나의 공동 창업자 겸 최고경영자(CEO)인 임 지안 웨이 박사는 궤도상 위성이 늘어나는 상황에서 이런 역량이 점점 더 필요해지고 있다고 강조했다.

저궤도 위성 수가 늘어나면서 궤도상 기동 능력은 이제 선택 사항이 아닙니다. 이 역량은 신흥 우주 응용 분야에 꼭 필요한 새로운 임무 가능성을 열어주며, 위성군이 효과적이고 지속 가능하게 운용되기 위한 절대적인 요건입니다.

이 위성에는 NTU 테마섹 연구소가 개발한 원자산소 검출기도 탑재된다. 이를 통해 매우 낮은 지구 궤도(Very Low Earth Orbit)의 부식성이 강한 원자산소에 첨단 소재가 어떻게 견디는지 연구한다. 원자산소는 상층 대기에서 자외선이 산소 분자를 분해할 때 생기는 단일 산소 원자다. 이 원자들은 우주선 소재와 격렬하게 반응해 침식과 열화를 일으킨다. 대기 저항은 더 강하지만 관측 해상도는 향상되는 낮은 고도에서 장기간 운용할 우주선을 설계하려면 해당 환경에서 소재 내구성을 파악하는 일이 중요하다.

차세대 광학 영상

세 번째 사업은 싱가포르가 개발한 광전자 영상 탑재체 LEOCAM을 2027년 국제우주정거장에 보내 6개월간 검증하는 임무다. 기존 렌즈 대신 독특한 3중 거울 광학 설계를 사용하는 LEOCAM은 고해상도 지구 관측을 목표로 한다. 각 픽셀은 지상에서 폭 1m에 불과한 세부 지형까지 포착할 수 있다. 거울 기반 방식은 굴절 렌즈 시스템보다 광학 수차와 무게를 줄이면서 이미지 선명도를 유지한다.

라이트하우스 포토닉스(LightHaus Photonics)의 최고기술책임자(CTO)인 푸아 포 분 박사는 현지 산업 발전에서 이번 사업이 갖는 의미를 설명했다.

국제우주정거장에서 광학 영상 탑재체를 시험하게 돼 기대가 큽니다. 우주 기반 광학 시스템을 구축한 첫 싱가포르 기업인 라이트하우스에 이번 시험은 중요한 이정표가 될 것입니다.

국가 우주 생태계 구축

이러한 기술 발전은 싱가포르가 성장하는 우주 분야를 관리하는 방식을 재편하는 급변하는 제도적 환경 속에서 이뤄지고 있다. 싱가포르는 2026년 4월 1일 국가우주청(National Space Agency of Singapore)을 공식 출범시킨다. 기존 우주기술산업국(Office of Space Technology and Industry)이 맡던 기능을 통합하고 확대하는 기관이다. 2035년 세계 우주 시장이 2조4,300억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되는 가운데, 이번 기관 출범은 도시국가 싱가포르가 확대되는 시장에서 가치를 창출할 기반이 될 전망이다.

공공 부문에서 25년간 일하며 DSO 국립연구소와 국방과학기술청에서 주요 보직을 맡은 응기암 르 나(Ngiam Le Na)가 초대 최고경영자 내정자로 조직을 이끈다. 그는 앞서 지구관측 위성과 국가 안보·재난 구호용 디지털 솔루션 개발을 감독했다. 새 기관은 우주기술개발 프로그램의 2억 싱가포르달러 이상 연구 예산을 관리하고, 국가 우주 관련 법률 마련과 인허가 조정, 국제 협력 촉진을 맡는다. 특히 적도벨트와 아세안(ASEAN) 지역의 신흥 우주 개발국과 협력을 강화할 계획이다.

싱가포르 우주 분야에는 현재 약 70개 기업과 전문가 2,000명이 종사하고 있다. 당국은 국가우주청의 조정과 지속적인 자금 지원을 바탕으로 지리공간 분석, 기후 모니터링, 해양 감시, 우주 상황인식 분야의 기회를 확대할 계획이다. 또 우주 파편과 충돌 위험이 커지는 데 대응해, 혼잡도가 높아지는 궤도 환경에서 자산을 보호할 우주 상황인식 역량도 개발한다.

NTU 공과대학 학장인 워런 챈(Warren Chan) 교수는 대학의 노력이 국가 전략과 맞닿아 있다고 설명했다.

새 프로그램은 우주기술이 더 빠른 개발과 더 스마트한 운용을 향해 어떻게 발전하는지 보여줍니다. 20년 넘는 경험을 바탕으로 NTU는 위성기술을 신속하고 비용 효율적으로 공동 개발하고 배치해온 탄탄한 실적을 쌓았습니다. 궤도상 AI 역량을 개발하면 지상 처리에 대한 의존도를 낮추고 더 빠르고 지능적인 의사결정이 가능해집니다. 이는 싱가포르가 더 민첩하고 경쟁력 있는 우주 생태계를 구축하는 데 전략적 이점이 되며, 협력 기관들이 혁신 기술을 더 빨리 시장에 내놓는 데도 도움이 될 것입니다.

연구실에서 상용화로

이번 임무에서 실증하는 기술은 즉각적인 연구 가치를 제공할 것으로 기대되지만, 본격적인 상용화에는 추가 개발과 검증이 필요하다. 임 위 셍 센터장은 AI 위성의 첨단 시스템을 시장에 내놓기까지 수년이 걸릴 것이라고 밝혔다. 방사선과 진공, 열 순환이 지구에서는 완전히 재현할 수 없는 난제를 일으키는 실제 우주 환경에서 성능을 검증하고 투자를 유치하려면 궤도 시험으로 마련하는 기반이 필수적이다.

싱가포르는 유사한 역량의 실현 가능성이 이미 입증된 분야에 진입하고 있다. 유럽우주국(ESA)의 큐브샛 피샛-1(PhiSat-1)은 2020년께 발사돼 구름이 낀 이미지를 걸러내는 탑재형 머신러닝을 선보였다. 이는 소형 위성 엣지 컴퓨팅의 개념을 입증한 사례다. 싱가포르는 이 역량을 확장하는 동시에 신형 전력 시스템을 결합하고, 대학과 민간 기업의 협력으로 현지 상업 역량을 키우려 한다.

해양 감시는 탑재형 AI가 뚜렷한 이점을 제공할 수 있는 초기 응용 분야 중 하나다. 항로 감시와 불법 조업 탐지, 기름 유출 추적에는 신속한 경보가 필요하다. 현행 시스템은 원본 데이터를 지상국에서 처리할 때까지 기다리느라 수집 후 몇 시간이 지나서야 중요한 통보를 하는 경우가 많다. 싱가포르의 접근법은 이미지 촬영 후 수분 안에 활용 가능한 정보를 제공해, 사후 조사에 그치지 않고 상황이 진행 중일 때 당국이 대응 선박이나 항공기를 투입하도록 하는 것을 목표로 한다.

기후 모니터링에도 선별적 데이터 전송이 유용하다. 산림 파괴 추적, 농업 상태 평가, 도시 열섬 감시에는 방대한 이미지 자료가 생성되지만, 즉각적인 정책 판단에 필요한 것은 대개 이상 징후나 변화뿐이다. AI 필터링 기능을 활용하면 지상 담당자들이 안정된 상태를 보여주는 일상 이미지 수천 장을 살펴보지 않아도 새 산림 개간이나 작물 스트레스에 대한 경보를 받을 수 있다. 이처럼 표적화된 접근법은 저장 비용과 분석 인력의 부담을 줄이는 동시에 환경 변화에 대한 대응 속도를 높인다.

핵심 요약

• 싱가포르는 2026년 첫 AI 기반 나노위성을 발사한다. 위성은 궤도에서 데이터를 처리하고 선별해 전송 병목을 줄이고 긴급 상황 대응을 앞당길 수 있다.
• 사토로 스페이스가 제작하고 NTU 위성연구센터가 이끄는 3U 큐브샛은 고도 500km에서 1년간 임무를 수행하며 엣지 컴퓨팅 AI와 페로브스카이트 태양전지를 시험한다.
• 추가 프로젝트 두 건은 알리에나의 MUSIC 이온 엔진을 시험하는 2028년 추진 시스템 임무와 LEOCAM 광학 영상 탑재체를 국제우주정거장에 보내는 2027년 임무다.
• 국가우주청은 2026년 4월 1일 출범해 2억 싱가포르달러가 넘는 우주기술개발 프로그램 예산과 국가 우주 관련 법률을 관장한다.
• 이번 사업은 2035년 2조4,300억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되는 세계 우주 시장을 겨냥하며, 재난 대응과 해양 감시, 환경 모니터링 등 분야에 즉각적인 활용 가능성이 있다.