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1 정책연구 - ( 관리번호 ) 천문우주개발및활용을통한우주과학연구활성화방안 (Activation Program forspacescienceresearch bydevelopingand utilising Astronomyand Space) 미래창조과학부 - i -

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3 최종보고서 관리번호 0000( 연도 )-00( 번호 ) 기술분류 과 제 명 ( 한글 ) 천문우주개발및활용을통한우주과학연구활성화방안 ( 영문 )Activation Program forspacescienceresearch by developingand utilisingastronomyand Space 주관연구기관 기관명 소재지 대 표 ( 협동연구기관 ) 대전광역시유성구한국천문연구원대덕대로 776 한인우 주관연구책임자 성 명 소속및부서 전 공 ( 협동연구책임자 ) 홍정유 기획부정책팀 경영정보학 총연구기간 ( 당해년도 ) 총연구비 ( 당해년도 ) 총참여연구원 ( 당해년도 ) 2014 년 4 월 29 일 ~ 2014 년 10 월 26 일 (6 개월 ) 일금삼천칠십이만칠천이백칠십원정 ( 30,727,270) 10 명 ( 책임 : 6 명, 연구원 :3 명, 연구보조원 :1 명보조원 : 명 ) 2014 년도정책연구용역사업으로수행한연구과제의최종보고서를 붙임과같이제출합니다. 붙임 : 최종보고서 30 부 년 10 월 24 일 주관연구책임자홍정유 ( 인 ) 주관연구기관장한인우직인 미래창조과학부장관귀하 - iii -

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5 제출문 미래창조과학부장관 귀하 본보고서를 " 천문우주개발및활용을통한우주과학연구활성화 방안에관한연구 " 최종보고서로제출합니다 년 10 월 24 일 주관연구기관명 : 한국천문연구원 연구기간 : ~ 주관연구책임자 : 홍정유 참여연구원 ㆍ연 구 원 : 박종욱 ㆍ연 구 원 : 이재진 ㆍ연 구 원 : 조경석 ㆍ연 구 원 : 김연한 ㆍ연 구 원 : 이대희 ㆍ연 구 원 : 곽영실 ㆍ연 구 원 : 정웅섭 ㆍ연 구 원 : 이문영 ㆍ연 구 원 : 김시은 - v -

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7 목 차 제 1 장서론 1 제 1 절연구목적및필요성 1 제 2 절연구의목표와연구내용 3 제 2 장우주과학의정의및역할 4 제 1 절우주과학의정의및분류 4 제 2 절우주과학의사회적역할 10 제3장국내외우주과학현황및시사점 31 제 1 절우주과학정책동향및지원체계 13 제 2 절세계천문우주과학투자동향 23 제 3 절우주과학연구동향 30 제 4 절시사점 33 제 5 절우리의현재수준과전략 34 제 4 장비전및목표 41 제5장전략목표별중점추진계획 4 제 1 절국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 44 제 2 절안전한우주활동을위한태양활동규명 63 제 3 절우주망원경을이용한우주기원및진화연구 89 제 6 장우주과학활성화를통한기대성과 10 제 1 절정성적성과 110 제 2 절정량적성과 112 제 7 장우주과학연구발전을위한정책적제언 13 참고문헌 116

8 표목차 < 표 1> 우주개발중장기계획과본과제와의연계성 2 < 표 2> 우주과학분류체계 9 < 표 3> 우주과학기술의사회적파급효과 1 < 표 4> 우주개발중장기계획및타정책과제와의연계성 21 < 표 5> 우주과학사회적수요 21 < 표 6> 주요국의우주정책 12 < 표 7> 주요우주개발선진국들의우주과학프로그램 2 < 표 8> 우주예산규모별국가분류 32 < 표 9> 주요국의전체 GDP대비우주분야투자비율비교 (2012년기준 ) 4 2 < 표 10> GDP대비우주예산에따른국가분류 (2012년기준 ) 4 2 < 표 11> 주요국의우주과학연구기관별투자비율비교 (2013년기준 ) 5 2 < 표 12> ESA 과학관련예산지출비교 72 < 표 13> JAXA 2013년프로그램별예산 8 2 < 표 14> 중점분야별과학분류체계 53 < 표 15> 중점분야별기술분류체계 63 < 표 16> 연구분야별선진국대비연구 기술수준 73 < 표 17> SWOT 분석을통한전략 04 < 표 18> 근지구우주환경관측위성국제협력관련연구분야의수준 75 < 표 19> 근지구우주환경관측위성국제협력관련기술분야의수준 75 < 표 20> 근지구우주환경관측위성국제협력관련기술분야의수준 95 < 표 21> 근지구우주환경관측위성국제협력관련연구분야의수준및목표 95 < 표 22> 근지구우주환경관측위성국제협력관련기술분야의수준및목표 95 < 표 23> EASCO에계획된탑재체 96 < 표 24> 코로나의온도와속도등물리적특성연구관련연구분야의수준및목표 67 < 표 25> 코로나의온도와속도등물리적특성관련기술분야의수준및목표 67 < 표 26> 지구에영향을줄수있는태양활동예측연구관련연구분야의수준및목표 97 < 표 27> 지구에영향을줄수있는태양활동예측연구관련기술분야의수준및목표 97 < 표 28> 태양분출과자기재결합연구관련연구분야의수준및목표 28 < 표 29> 태양분출과자기재결합연구관련기술분야의수준및목표 28 < 표 30> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련연구분야의수준및목표 89 < 표 31> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련기술분야의수준및목표 89 < 표 32> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련 2017년발사예산 9 9

9 표목차 < 표 33> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련 2030년발사예산 9 9 < 표 34> 우주별탄생역사및은하진화연구관련연구분야의수준 101 < 표 35> 우주별탄생역사및은하진화연구관련기술분야의수준 101 < 표 36> 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창연구관련연구분야의수준 103 < 표 37> 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창연구관련기술분야의수준 103 < 표 38> 2030년발사 ( 예정, 전체예산 ) 54 1 < 표 39> 적외선우주망원경국제공동개발관련연구분야의수준 147 < 표 40> 적외선우주망원경국제공동개발관련기술분야의수준 147 < 표 41> 중대형위성을활용분야관련연구분야의수준 150 < 표 42> 중대형위성을활용분야관련기술분야의수준 150

10 그림목차 < 그림 1> 우주개발중장기계획중점과제및세부추진과제 1 < 그림 2> 우주과학연구분야및활용분야 7 < 그림 3> NASA 의 14~ 17 예산현황 26 < 그림 4> 2013년유럽우주청 (ESA) 예산연구영역별투입현황 7 2 < 그림 5> JAXA 2013년예산 8 2 < 그림 6> 중점추진과제선정을위한포트폴리오분석 63 < 그림 7> 지구전리권변화의사회적영향 74 < 그림 8> 5기의 THEMIS 위성 8 4 < 그림 9> 반알렌벨트를연구하기위한 Van Allen Probes 9 4 < 그림 10> VAP 위성구성도 94 < 그림 11> MMS의주요한관측임무 : 자기자기장꼬리에서발생하는자기장재결합 0 5 < 그림 12> MMS 위성의플라즈마관측장비들 0 5 < 그림 13> 4기의 MMS 위성 0 5 < 그림 14> 태양활동에의해이온층과열권이상호작용을하면서변화 15 < 그림 15> ICON의관측탑재체 15 < 그림 16> ICON의열권 / 전리권관측예상도 15 < 그림 17> 다목적실용위성 1호에탑재된과학탑재체 SPS(Space Physics Sensor) 2 < 그림 18> 과학기술위성 1호에탑재된 SPP (Space Physics Package) 3 5 < 그림 19> 현재개발중인차세대소형위성 1호 (NEXTSat-1) 4 5 < 그림 20> 정지궤도기상위성에탑재되는 KSEM의구성도 4 5 < 그림 21> SOHO에탑재된 LASCO 5 8 < 그림 22> STEREO 위성구성도 7 8 < 그림 23> 라그랑주점 L5의위치 (Gopalswamy et al. 2011) 8 < 그림 24> RHESSI 위성구성도 0 7 < 그림 25> Solar Orbiter에탑재된 STIX의구성도 ( 왼쪽 ) 및탑재위치 ( 오른쪽 ) 1 < 그림 26> 태양코로나물리량예상결과및우주정거장용코로나그래프개념도 57 < 그림 27> 중력안정점 L5 미션 (EASCIO) 의운영궤도 8 7 < 그림 28> 중형위성탑재용 X- 선영상분광기와코로나그래프를활용한태양분출및자기재결합 관측개념도 81 < 그림 29> 우주의진화과정 98 < 그림 30> 미행성체충돌상상도 09 < 그림 31> 각파장빛에대한대기의불투명도 19 < 그림 32> 우주망원경개발전략로드맵 29 < 그림 33> 미국과유럽의우주과학위성로드맵 39 < 그림 34> 우주망원경개발추진전략 59 < 그림 35> 우주망원경핵심기술과과학연구주제와의연관성 69

11 요약문 - i -

12 Ⅰ. 개요 1 연구배경및목적 우리나라는우주개발은국가의전략적수요에따라위성체및발사체의 시스템확보 획득 중심의우주개발전략을추진하여짧은우주개발역사에도불구하고 다목적실용위성시리즈, 통신해양기상위성, 나로호성공발사 등의기술적성과창출 그러나, 체계기술확보및부분품도입을통한기존의기술중심전략으로는핵심기술확보와균형적우주개발에한계가있음 기초과학의거대한실험실인우주공간을대상으로한우주과학은원천지식과미래도전극한기술을성과로창출함으로써, 범지구적문제해결, 우주활동공간의이해, 고부가가치우주기술확보등우주개발선진국진입을위한필수적인분야임 독자적우주개발능력강화를위한우주개발중장기계획 ( 14~ 40) 에따른체계적이고전략적인우주과학활성화를위한방향성및세부추진전략필요 - ii -

13 2 우주과학정의및필요성 우주과학정의 우주의탄생과진화및천체에대한연구를수행하는천문학은물론우주시대에새롭게등장한우주탐사등지구의우주경계면밖에존재하는모든대상에대한탐구와관련된과학기술을통칭함 본연구에서다루고있는협의의우주과학은 근지구우주공간과태양, 행성계에대한연구및우주기반의관측을통한별, 은하, 우주, 그리고그기원에대해연구하는다학제간학문 이라고정의함 우주과학필요성 우주에대한지식의확대와과학적발견을통한인류의통찰력증대와인류의활동영역확장 지구온난화, 자연재해, 우주폐기물문제등범지구적문제에해결및미래의우주영역및자원확보를위한기반제공 우주과학은미래우주첨단기술, 우주탐사, 국방등과밀접하게연계되어있으며, 우주선진국진입을위한전략분야임 < 그림 > 우주과학의범위및활용분야 - iii -

14 Ⅱ. 국내 외동향및시사점 1 정책동향 미국 新국가우주정책 ( 10.6), New World, New Horizon( 12~ 21), NASA 우주전략계획등우주에대한과학적이해확장을국가우주개발의중요프로그램중하나로선정하여추진중임 미국이우주과학및탐사분야에서집중하고있는부분은무인화성탐사로, 궁극적목적인유인탐사를위해선제적으로무인탐사선을보내화성의환경을분석하고있음 ( 주요프로그램 ) 미국학술원 (USNationalAcademies) 은 DecadalSurveyof Astronomy and Astrophysics 를통해 2012 년부터 2021 년까지의 10 년동안천문우주과학에대한광범위하며통합적인계획과,2022 년부터 2031 년까지의발전계획을제시함 유럽 (ESA) 유럽우주활동의독립성과국제적역할수행, 방어를위한과학적인목적의우주계획, 안보와국방수요충족등을위한단일화된 유럽우주프로그램 (EuropeanSpaceProgram) 을마련함 유럽우주청은 현재어디에있는가? 라는과학적의문을해결하기위해,10 개의차기단계연구개발도전분야를설정하였음 - 항법위성, 재사용가능한발사체, 나노위성, 시장참여확대, 기상통제, 우주의충격현상예측및완화, 우주과학의발전, 순수물질과에너지, 로봇과인간사업, Ariane 사업의업그레이드 유럽우주청은우주과학장기계획 (Cosmic Vision 2015~2025) 및우주과학분 - iv -

15 야중점목표를설정함 이장기계획의주제는크게행성과생명, 태양계, 우주근본물리법칙, 우주기원등 4개로분류하고각테마별로 M(Medium) 급임무와국제협력을통한보다큰임무인 L(Large) 급임무로구분함 러시아 러시아의우주과학은러시아연방우주국 (RAS) 이수립하는연방우주프로그램 10 년계획을기초로수행됨 근지구우주프로그램을구성하여달및화성탐사를미래러시아우주프로그램의방향으로설정함. 유인우주선, 화성화물선, 달궤도정거장, 이착륙선개발및재사용가능한달기지건설등의프로그램수행을위하여 2020 년부터 2050 년까지총 142 조달러를투자할계획이나구체적인전략및단계는비공개함 러시아가추진, 계획하고있는우주과학프로그램은 ESA,NASA,DLR,CNES, ASI 등국외기관과의공동프로그램의형태로수행되고있음 일본 국가의국제적지위와존립기반을확보하고자인공위성과우주수송시스템을필요시에독자적으로우주공간에쏘아올리는기술을개발하며, 이를위해기술의확보및개발에중점을두고있음. 현재일본은달유인과학기지건설및태양계탐사와은하계관측기술계획을지속적으로추진하고있음 2025 년까지의우주개발장기비전을통해모든파장대의우주관측을목표로하고있으며, 우주의역사와구조규명, 천체물리연구및우주론을우주과학의주요연구목적으로제시 일본이강력한국제경쟁력을갖고있는분야인우주탐사및우주과학분야를위한 ASTRO-H(X-ray),SPICA( 적외선 ) 과같은우주과학프로젝트들을수행및계획중임 - v -

16 중국 2050 우주과학기술로드맵, 중대형우주과학개발장기계획, 천문우주 중장기개발전략, 중국우주국우주과학계획 등많은우주과학프 로그램계획들이수립되어, 최근전략적으로우주개발에집중투자하고있음 -Black Hole Probe Programme(BHP), Portraits of Astrophysical Objects Programme(PAO), Dark Matter Detection Programme (DMD), X-ray Timing and Polarization(XTP) satellite < 표 > 주요우주개발선진국들의우주과학프로그램 국가구분내용 미국 EU 러시아 일본 대규모 우주과학 프로그램 중규모 우주과학 프로그램소규모 우주과학 프로그램 M Class 우주과학 프로그램 L Class 우주과학 프로그램 천체물리 우주관측 Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) An Augmented Astrophysics Explorer Program Laser Interferometer Space Antenna (LISA) International X-ray Observatory (IXO) New Worlds Technology Development Program Inflation Probe Technology Development Program Background-limited Submillimeter on SPICA Euclid Plato Solar Orbiter EJSM/Laplace TSSM/Tandem Resurs-DK/Pamela(2006 부터운영 ) Lomonosov (2012) Resonance (2013) Spectrum-Radioastron (2011), Spectrum-Ultraviolet (2014) Spectrum-Roentgen-Gamma (2013), Gamma-400 (2015 년이후 ) Millimetron (2015 년이후 ) 태양연구 Interhelioprobe (2015년이후 ) Astro-H SPICA - vi -

17 2 투자동향 2012 년세계우주개발분야의예산투자는 729 억달러로,2000 년예산 374 억달러에비해두배로증가하였으며, 우주분야에투자한국가도 2006 년 42 개국에서총 57 개국가로증가하고있는등전세계적으로우주개발예산및참여국이지속적으로증가하고있는추세임 - 우주예산규모별국가를분류해보면 10억불이상우주개발에투자하고있는국가는미국, 러시아, 일본, 중국, 프랑스, EU, 독일, 인도등의 8개국가임 우주개발주요선진국들의 GDP 대비우주개발투자비율은대부분대략 0.02~0.1% 비중을차지한반면, 한국은우주예산이 GDP 대비차지하는비중이 0.017% 로 GDP 대비우주분야에비교적적은비율로투자하고있음 주요국의우주과학연구기관의우주개발예산중우주과학에대한투자는장기계획에따라안정된비율로대부분이 10%~20% 대를유지하는반면에우리나라전체우주과학투자비율은 2.0% 미만으로우주과학분야에대한투자가상대적으로미약함 < 표 > 주요국의우주과학연구기관별투자비율비교 (2013 년기준 ) ( 단위 : 억원, 1$ 환율 1,017 원기준 ) 구분미국 (NASA) 유럽 (ESA) 일본 (JAXA) 한국 (KASI) 우주개발전체 180,209 59,351 16,226 3,372 우주과학 49,969 7,039 2, 우주과학 투자비율 28% 12% 15% 2% - vii -

18 3 연구동향 미국 미NASA 는근지구우주공간관측프로그램을통하여자기권폭퐁기작및방사선대의생성 / 소멸과정을규명하기위하여 THEMIS,VAP 위성을국제협력을통해운영중이며, 향후 MMS 등을계획하고있음. 더불어미NASA 는현재전리권 / 고층대기연구를위하여 ICON 위성프로그램수행에착수하였음. 미해양대기청 (NOAA) 은우주환경연구및예보를위해범정부차원의연구협력체계구축및지상 / 위성의모든관측자료를실시간수집하고연구자료를제공하고있음 미NASA 는 LWS 프로그램수행을통하여태양자기재결합과태양분출현상의물리적특성과그발생원인을규명하기위하여 SOHO,STEREO 위성등을운영중이며, 향후 EASCO 등을계획중임. 이관측자료들은우주통신및산업피해방지를위해미 NOAA,USAF( 미우주기상단 ),DOD( 국방성 ) 등에서활용중임 NASA 에서는과학미션을위한적외선우주망원경 Spitzer 를개발하고운용하여중적외선과원적외선에서의영상과분광을통한관측성과를이루었으며, 근적외선에서는최적화된차세대 6m 급적외선우주망원경프로젝트로 JWST 를추진중임유럽 유럽우주항공국 (ESA) 주도하에국제근지구우주환경연구를위해 CHAMP, GRACE 등우주환경관측위성을운용하였고올해 SWARM 위성을발사하여운용중. 유럽, 일본, 중국등연합으로자기권-전리권 / 고층대기결합연구를위하여세계최고분해능지상전리권레이더인 EISCAT-3D(European IncoherentSCATterradar-3D) 를 2016 년에구축완료하여 SWARM 위성과연계연구를수행할예정임 유럽은미국의 LWS 을발전시켜유럽국가들을중심으로한 LWS 프로그램을추진중이고,ESA 는 SolarOrbiter 프로그램을추진하여장기간태양근접관측을통한미세태양구조와다음태양극대기예측을위한태양극지역 - viii -

19 관측연구를수행할예정임. 유럽 ESA 에서는 1m 이하급적외선우주망원경 ISO 를개발하고운용하여많은과학적성과를이룬것을바탕으로 3m 급의대형적외선우주망원경 Herschel 을개발하여대형적외선우주망원경분야를선도하고있음 일본 일본항공우주국 (JAXA), 일본통신연구소 (NICT) 등정부관계기관과일본대학산하에있는우주환경연구소 ( 나고야대학, 교토대학, 규슈대학등 ) 와의연계를통해우주환경에관한연구를수행하고있으며, 자기권-전리권결합연구를위하여 ERG 프로그램을수행중에있음 일본은초고온태양코로나의원인규명을위해세계최대태양위성망원경 (Hinode) 운용하여광구의미세구조연구주도하고있으며, 차기위성으로 1.8m Solar-C 프로그램을추진함으로써태양채층코로나의고분해능관측으로확장할계획임 일본 JAXA/ISAS에서는적외선우주망원경 AKARI(ASTRO-F) 를발사및운용하여중적외선, 원적외선에서의전체하늘을서베이하였고, 근 / 중 / 원적외선연구분야에서많은과학적인성과를도출함한국 근지구우주환경관측탑재체는우리별 3호부터자체개발하여국내위성에탑재되어왔으며기술적도약을위한기반기술이갖추어져있으나, 부탑재체로개발되어운용상에많은제약을받았으며연구이외우주전파환경및우주기상예 경보현업업무에활용하는데많은어려움이있었음 천문 ( 연 ), 학계, 기상청, 국립전파연구원이국내지상자료와외국의관측자료를활용하여우주환경및태양활동에대한과학적역량을축적함 천문 ( 연 ) 은 NASA 와의 LOI( ) 체결을통하여 NASA SDO 위성데이터센터와 RBSP 수신기를천문 ( 연 ) 내에유치함. 이를통하여국내관련대학에는태양및우주환경연구에활용하며, 전파연구원등우주환경수요처에는우주환경예경보를위해활용하게함 - ix -

20 천문 ( 연 ) 과관련대학은 NASA 의 SOHO,STEREO,SDO, 일본의 Hinode 등외국의위성관측자료를활용하여 CME 분야의상당한연구성과를생산하였으나, 국내독자태양위성개발관련역량은미흡함 그동안과학기술위성 1호원자외선분광기 (FIMS), 과학기술위성 3호의다목적적외선영상시시스템 (MIRIS) 등의과학탑재체를성공적으로개발하였으며, 우주초기별및은하연구를위해미국 NASA 과학로켓을이용한 CIBER, 일본적외선우주망원경 (AKARI), 미국의자외선망원경 (GALEX) 등의국제협력을통하여과학적역량과네트워크를확보하였음 4 시사점분석 주요국의우주개발정책및프로그램은과학임무설정후수요기술에대한전략이수립됨에따라임무중심의패러다임으로변화필요 주요국들은체계적인임무수행을위해사전기획및연구개발을통한과학임무선정, 탑재체기술확보, 위성개발을하는선순환적연구개발체계로우주과학임무수행 세계주요국은자국의국력과국제적위상을제고하기위한우주정책및우주활동을강화하고있으며, 이를위해우주기술과우주과학에대해균형적으로투자 육성하고있음 선진국들은우주개발선점을위해꾸준히투자규모를유지하며, 이중도전적기술및기초연구를위한우주과학분야에대해서도안정적으로투자하고있음 상호호혜적협력아이템의발굴및지원을통해국제협력확대필요 우주과학분야는높은기술력과많은투자가필요함에따라비용절감을위해정책적으로국제협력을하는분야로써국제사회에서선진국으로도약하기위해전략적으로활용해야하는분야임 우주자원교차활용등국제공동연구사업다변화를통해우주과학연구역량강화및우주원천기반기술확보필요 - x -

21 <SWOT 분석 > 내부환경외부환경 강점 (Strength) 우주환경 태양활동분야의선진국수준의연구역량확보 최첨단거대연구시설구축프로젝트참여경험보유 우주과학분야의긴밀한국제협력네트워크기회 (Opportunity) NASA 등의국제우주과학프로그램에한국의참여요청 우주자산에대한우주환경영향증가에따른우주과학의필요성증가 우주기상정보수요처의요구증대 약점 (Weakness) 우주과학분야의체계적인국가연구개발로드맵및투자미흡 산발적소규모과제중심의연구진행으로인한자원 ( 인력, 예산등 ) 분산 지상관측장비만을활용한제한적연구위협 (Threat) 선진국중심의경쟁진입장벽으로인한핵심기술획득의제한 정부투자에대한경제적단기성과요구 SO 전략 ( 강점과기회요인의시너지효과 ) ST 전략 ( 강점으로위협요인극복 ) 기술협력을통한국제적우주과학프로그램참여 - 탑재체, 코로나그래프, 적외선우주망원경 우주기상의민간, 군수요대응을위한우주과학프로그램개발 우주과학투자증대를통한우주개발의위험분산 과학임무중심의차세대중소형위성개발 활용 WO 전략 ( 약점을극복하고기회요인활용 ) WT 전략 ( 약점을최소화하고위협요인극복 ) 달탐사, 우주자산보호등우주개발중장기계 획과연계되는우주과학프로그램수행 국가우주과학로드맵수립을통한선택과집중 대국민과학대중화활동으로우주과학등 기초연구특성의이해확장 오픈이노베이션을 통한 융 복합 기술 개발및신산업육성 - 엄폐광학계측정기술개발, 적외선센서개발 및운용기술활용 - xi -

22 Ⅲ. 비전및목표 비전창의적우주과학연구강화를통한우주선진국진입 전략목표 중점추진과제 1. 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 1-1. 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 1-2. 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구우주환경연구선진화및우주환경예 경보체계고도화 2. 안전한우주활동을위한태양활동규명 2-1. 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구 2-2. 중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 2-3. 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 3. 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 3-1. 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 3-2. 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구 3-3. 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구 - xii -

23 국가우주개발중장기계획과의연계성 우주개발중장기계획 본과제 세부전략 주요내용 전략분야 중점추진과제 지구이온층및자기권연구강화 우주기반태양관측과태양위험감시시스템구축 우주기원규명을위한심우주관측우주망원경개발 국내우주자산보호를위한지구이온층과자기권상시감시체제구축 근지구우주환경이위성및인체에미치는영향연구 정지궤도복합위성및차세대중 소형위성이용태양관측탑재체개발과국제협력프로그램참여를통한기반기술확보 태양에의한우주환경변화로부터위성, 항공, 통신등국가자산을보호하기위한태양위험감시시스템구축 차세대소형위성활용과우주망원경국제협력프로젝트참여를통한우주망원경기반기술확보 차세대중형위성을이용우주망원경개발을통해심우주탐사우주망원경핵심기술확보및우주가속팽창등우주과학연구 국내주도국제협력으로 3m 급심우주탐사우주망원경을개발하여선도적인빅사이언스연구 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 안전한우주활동을위한태양활동규명 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구우주환경연구선진화및우주환경예 경보체계고도화국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구 - xiii -

24 - xiv -

25 Ⅳ. 중점추진과제 1 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 개요 국내위성플랫폼활용및국제우주프로그램참여를통한근지구 우주환경기반연구의선진화및예측기술의고도화 목표 20년까지국내개발우주환경감시위성 ( 차세대소형위성 2호 ) 을발사하고이를활용한격변태양풍에의한근지구우주폭풍연구 30년까지국제협력및국내주도위성군을발사하여다중관측자료를이용한자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명 40년까지국내주도국제우주프로그램개발및차세대중형위성을이용한첨단우주환경감시체계구축을통해근지구우주환경연구의선진화및우주환경예 경보체계고도화 1-1. 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 [ 목표및내용 ] 근지구우주환경감시위성을통해근지구우주폭풍연구, 자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명등근지구우주환경연구에활용하고우주환경감시및예 경보에도활용 - 국내위성플랫폼 ( 차세대소형위성및중형위성 ) 을활용한근지구우주환경감시위성개발및우주환경관측탑재체국내주도개발 < 그림 > 근지구우주환경감시를통한우주재난대비 - xv -

26 [ 추진전략 ] 주요수요처인미래부 ( 국립전파연구원 ), 기상청등의요구사항을수용하여활용도를극대화하고, 산 학 연공동개발추진 - 자료활용이예상되는미래부 ( 국립전파연구원 ) 및기상청의요구사항수용 - 우주핵심기술의산학연협력개발 - 국내개발이어려운탑재체는국제협력을통해개발 - 학 연공동으로근지구우주폭풍및자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명연구 [ 기대효과 ] 국내독자적인우주환경감시체계구축을통한근지구우주환경연구수준향상과우주환경예 경보정확도향상및이를활용한우주재난대비 - 근지구우주폭풍발생기작과자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명 - 국내기술주도의우주환경관측탑재체개발로우주환경위성관측기술경쟁력강화 - 우주환경감시체계구축을통한위성오작동, 통신장애, GPS 오차, 우주방사선피폭등의우주재난대비 - 우주환경예 경보대국민서비스의신뢰성확보 - xvi -

27 1-2. 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구우주환경연구선진화및우주환경예 경보체계고도화 [ 목표및내용 ] 국제우주환경관측위성프로그램에국내개발탑재체참여를통해우주환경탑재체선진기술을확보하고국제공동우주감시망구축을통해근지구우주환경연구의선진화및우주환경예 경보체계고도화 - 우주환경의효율적인감시및비용절감을위해국제우주환경프로그램참여를통한국제공동우주환경감시망구축 - 해외주도개발위성에국내개발관측기를탑재하여세계적수준의우주환경관측자료확보 < 그림 > 국제위성프로그램참여를통한우주환경감시망구축 [ 추진전략 ] 국제우주환경관측위성탑재를위한관측기의산학연협력개발 - 해외위성프로그램참여를위한협약체결 - 산학연협력을통해개발한국산탑재체를해외위성에탑재 - 관측자료의공동연구및활용을위한인적교류 - 근지구우주환경에대한국제공동연구추진 [ 기대효과 ] 국제공동우주환경감시망구축을통한근지구우주환경의이해및우주재난국제공조체계수립 - 우주환경자료의공동관측및활용을통한국제사회기여 - 해외위성프로그램참여를통한국내탑재체기술력의세계수준인증 - 근지구우주환경연구의선진화 - 우주재난대비국제공조강화 - 선진국우주기술습득기회제공 - xvii -

28 2 안전한우주활동을위한태양활동규명 개요 목표 국제협력으로태양활동우주관측기술확보하고우리위성을위한세계적인관측기기를독자개발하여태양활동에관한과학적의문을규명하고안전한우주탐사에활용 지구에영향을미치는코로나의물리적특성규명 태양표면에서발생하는자기재결합및플레어발생기작규명 위성탑재첨단기기를이용한태양분출과자기재결합연구 2-1. 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등 물리적특성연구 [ 목표및내용 ] 한 미공동차세대소형코로나그래프를개발하여국제우 주정거장에설치하고태양코로나의온도, 밀도, 속도결정등의물리적특성연구에활용 온도밀도속도 < 그림 > 태양코로나물리량예상결과및우주정거장용코로나그래프개념도 [ 추진방법 ] 한미공동코로나그래프개발을통한공동연구수행 - NASA: 광학계설계및제작전담 - 한국 : 영상안정화시스템, 전자부, 검출부제작 - 한미공동 : 태양코로나및 CME 관측연구 [ 기대효과 ] - 태양코로나물리적특성연구를통한태양풍가속과정규명 - 우주기반코로나그래프의핵심기술확보 - 국립전파연구원과기상청에우주환경핵심자료제공을통한국가위성및통신보호 - xviii -

29 2-2. 중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 [ 목표및내용 ] 태양-지구측면관측을통한지구에영향을미치는태양활동예측 - 대형태양권탐사위성용차세대코로나그래프국제공동개발참여 - 중력안정점 L5 위치에태양탐사선을보내태양분출의지구도달과정을관측 < 그림 > 중력안정점 L5 미션 (EASCIO) 의운영궤도 [ 추진전략 ] 미국, 유럽연합과국제공동개발및공동연구 - 미국 : 우주탐사선개발및운영 - 유럽연합 : 운영소프트웨어개발 - 한국 : 광학계, 전자부, 검출부참여 - 한국, 미국, 유럽연합 : 코로나물질방출의지구방향속도와 3차원구조정밀관측 [ 기대효과 ] 우주환경변화의가장큰원인인코로나물질방출의과학적문제규명 - 국제우주정거장에서의관측과연계한후속연구주제발굴 - 우주관측자원의국제공동활용으로국제사회의기여 - 국제프로그램참여를통하여인력양성및국내주도우주관측기기개발의초석마련 - xix -

30 2-3. 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 [ 목표및내용 ] 태양분출과자기재결합의과학적규명 - 차세대소형코로나그래프와 X-선영상분광관측기를국내주도로개발하여국내위성에탑재하여발사운용함 - 코로나그래프 ( Rs) X-선영상분광기 (1 kev 20 MeV, 0.1초 ) 동시관측을통하여태양자기재결합과코로나물질방출의상관성규명 < 그림 > 중형위성탑재용 X-선영상분광기와코로나그래프를활용한태양분출및자기재결합관측개념도 [ 추진방법 ] - 광학, 전자및검출부까지국내기술로코로나그래프독자개발및 UC Berkely와유럽연합과인적교류를통한 X-선영상분광기기술축적 - 대학 : 코로나그래프광학계설계, X-선검출기설계참여 - 출연연 : 코로나그래프자체제작, X-선영상분광기제작참여 - 국내연구 : 자기재결합을통한분출발생과정연구 [ 기대효과 ] 국내주도의우주관측기기개발로국제사회의기여 - 태양자기재결합과코로나물질방출의상관성규명으로세계적과학난제규명 - 탑재체및과학위성기기개발을위한국내우주기술자립화 - 우주환경핵심자료제공을통한국가위성및통신보호 - xx -

31 3 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 개요 국내외인공위성에첨단우주망원경을탑재하여우주를관측함으로써 우주에대한인류지식증대, 생명의기원에대한이해및우주개발능력을강화 목표 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 우주별탄생및은하진화연구를위한적외선우주망원경국제공동개발 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창및생명의기원연구 < 그림 > 우주망원경개발전략로드맵 - xxi -

32 3-1. 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 [ 목표및내용 ] 국내우주망원경핵심기술확보와소규모과학주제를달성하기위한소형우주망원경개발 - 광시야영상및분광기술개발 - 우리은하및태양계성간물질의분포및순환연구 - 우주초기의거대구조의이해 - 적외선 / 고에너지 / 자외선관측기술개발 - L2 궤도위성운용을위한요소기술개발 [ 추진방안 ] - 단계별소형우주망원경프로젝트수행을통해국내우주핵심기술의확보 - 국내우주기술을바탕으로소형우주망원경에대한설계및과학임무설정 - 다천체분광기술확보를위한전문인력양성및해외파견 [ 기대효과 ] - 우주망원경국내개발및활용을통한국내우주기술자립화 - 국방기술로적용가능한우주기술을 Spin-On - 소형우주망원경활용할수있는국내과학연구그룹육성 < 그림 > L2 궤도에서운용중인소형위성우주망원경상상도 - xxii -

33 3-2. 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구 [ 목표및내용 ] 국제공동프로젝트를통해적외선광시야영상 / 분광탐사관측을수행하여우주별탄생역사및은하진화연구를수행 - 적외선광시야영상분광기기개발 - 적외선우주망원경을활용하여전천 / 광시야영상 / 분광탐사수행 - 우주초기의진화양상파악 - 무거운은하들 / 초기은하단 / 초기천체들의특성및진화 - 활동성은하핵 ( 블랙홀 ) 의진화및별생성과의상호피드백 - 우리은하내의성간물질의순환조사 - 별생성영역및원시성연구 [ 추진전략 ] - 전략적국제협력프로젝트발굴 - 국내우주기술을바탕으로적외선광시야 / 분광기기개발 - 지상거대망원경과의협업을통해과학연구시너지창출 [ 기대효과 ] - 해외우주기관의우주망원경개발기술과개발노하우확보 - 세계수준의우주천문연구를위한과학관측자료확보 - 국민의우주에의관심도증가로과학적이해증진 - 빅데이터활용 / 분석을통한산업기술개발 < 그림 > 국제공동개발로계획중인 NASA 우주망원경 SPHEREx 상상도 - xxiii -

34 3-3. 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구 [ 목표및내용 ] 국내주도로우주의기원연구를위한창의적인과학주제를발굴하여이를위한우주망원경을개발 - 적외선광시야영상및분광기기개발 - 암흑에너지의기원규명 - 우주의거대구조및암흑물질의구조규명 - 외계행성발견및외계행성의특성연구 - 항성및행성의기원과원시행성계원반특성연구 < 그림 > 국내주도로개발하는중대형우주망원경예 ( 미국 Spitzer 적외선우주망원경 ) [ 추진방안 ] - 국내독자적인기술확보가어려운분야는국제협력을도모함 - 국내우주기술을바탕으로중형우주망원경에대한설계및과학임무설정 - 산학연네트워킹으로우주산업활용극대화 [ 기대효과 ] - 국내기술로우주망원경활용 - 중형우주망원경개발기술과개발노하우확보 - 세계수준의우주천문연구를위한과학관측자료확보 - xxiv -

35 Ⅴ. 기대성과 1 정성적성과 인류의지식확장기여를통한국가위상제고 - 세계적과학난제규명을통한국가과학역량강화 - 우주관측자원의국제공동활용으로국제사회의기여 - 인류의활동영역확대를위한정보제공 우주기술확보를통해미래성장동력창출 ( 원천지식확보 ) - 선진국우주기술습득기회제공 - 탑재체및과학위성기기개발을위한국내우주기술자립화 - 우주기술산업화를통한신시장발굴 - 빅데이터활용및분석을통한산업기술개발 국민의삶의질향상및창의적인재양성 - 신뢰성있는우주기상예 경보대국민서비스 - 우주환경핵심자료제공을통한국가위성및통신보호 - 우주를주제로한사회 문화적창의성확대에기여 - 우주기술을활용한국방기술로의 Spin-On - 과학기술연구인력양성및연구집단육성 - xxv -

36 2 정량적성과 - xxvi -

37 Ⅵ. 정책적제언및향후활용방안 우주개발의균형적발전을위한패러다임변화및체계구축 국제적개방성을활용한우주과학국제협력프로그램의전략적추진 연구역량강화및독자적기술확보를위해국내 외연구지원확대 우주개발의균형적발전을위하여우주과학분야에대한전략수립및안정적예산지원체계구축 국가우주개발중장기계획 ( 14~ 40) 상의우주과학프로그램추진 - 우주과학이국가우주개발을견인하는중요한한축으로자리매김하기위해명확한비전및목표하에국가우주과학프로그램실행 국가우주개발경쟁력제고및우주개발선진국진입을위해우주과학투자확대필요 - 향후우주과학분야의투자비중을현재 2% 대에서 20년까지 5% 까지점진적으로확대하고 30년까지선진국수준인 10% 수준으로확대필요 - 차세대소형위성프로그램은기술개발임무위성과과학임무위성프로그램으로분리추진 경쟁을통한우주과학임무및탑재체선정을위한선행연구프로그램운영및예산지원 - 특히대형국제협력사업을위한 Bottom-up/Top-down형사업추진을위해서는사전기획연구및선행연구의필요성제기 우주과학의국제적개방성을활용한국제협력프로그램의전략적이용 우주분야국제협력전담조직및 R&D 프로그램신설 - 우주과학국제협력대응체계강화를위해국가우주위원회산하우주과학분과위원회설치및미래창조부내에우주과학전담조직의신설 ( 또는전담인력배치 ) 와우주과학국제협력전문인력양성이필요함 - xxvii -

38 우주과학기술선도화를위한다양한국제협력우주프로그램지원 - 협력대상국마다상황이매우상이하고또한우리나라효율적인우주과학국제협력추진전략측면에서선진국, 개도국등과의차별적인프로그램운영이필요 - 미국유럽등우주선진국들은우주개발예산정책및국제금융위기등으로인하여계획했던사업들을자체적으로추진하기에어려운상황으로, 국제협력대상범위를점차확대하고있음. 이에, 적극적인협력네트워크구축및인력교류를통해세계선도적연구역량확보의기회로활용하여야함 - 태국, 인도네시아등을중심으로동남아시아국가의우주과학에대한관심도가급격히증가함에따라후발국가와도특화된협력또는경쟁을하면서세계속에서위상을한단계높여가야함 국제협력프로젝트참여에필요한우주핵심기술개발사업지원 - 국제협력프로젝트에주도적으로참여할수있는핵심기술발굴및단계적추진전략실행을위해우주핵심기술개발사업적극활용 우주과학연구역량강화를위한지원확대 우주과학분야인력양성을위한학 / 연협력체제지원강화 - 특정연구분야, 선진우수기술, 핵심필요기술부분의습득은우리나라의연구인력이장, 단기해당선진기관에방문하여연수받는것이가장효과적이나, 현재이러한부분의인력양성을위해필요한예산지원방법이어려우므로이에대한별도의프로그램을기획하여운영하는것이필요함 산 학 연맞춤형우주기술교류지원및과학대중화사업강화 - 우주산업육성을위한산 학 연기술교류지원을통한아이디어공유및신시장창출 - 우주과학투자필요에대한대국민공감대형성을위해우수과학성과를활용한과학대중화사업아이디어발굴및지원강화 - xxviii -

39 활용방안 국가우주과학분야에대한국가적정책수립에활용 중소형위성등임무설정등을위한자료로활용하여국가우주개발과제간의연계성확보필요 우주과학투자를위한우선순위설정시활용 선정된우주과학용위성프로그램기획연구에활용 우주과학프로그램추진을위한사업공고시 RFP로활용가능 - xxix -

40 SUMMARY Ⅰ. Research Purpose and Needs ㅇ It is necessary for Korea to set up strategies for Mid to Long Term Space Development Plan (( 14~ 40) which can strengthen the ability of space development in Korea to meet the international needs in the field of astronomy and space science. ㅇ Detailed action plans should be made for utilization of space telescopes and observation system for solar system, achievement of generic technologies for near Earth space weather payload to monitor space weather changes Objects observation. Ⅱ. Research Contents and Scope Broad definition of space science designates all the science and technology related to the studies on all the objects which exist outside of space border of the Earth. However, this study deals with the narrow interdisciplinary studies which is defined as the research of near Earth space and the Sun, and planetary system, and the research of the Stars, Galaxies, the Universe, and their origins. Status of Domestic and International Space Science Field ㅇ Major countries of the world such as USA, Europe, Japan and Russia have recognized the importance of space science in the near future and carried out missions under mid to long term plans for over 10 years with space policies for space research and development. ㅇ In 2012, 57 countries were investing budget to national space programs, and major advanced countries are investing 0.02% to 0.1% of their GDP to space development and tend to expand the amount of investment. On the other hand, Korea is investing less than 0.02% of its GDP which is lower than the average of the countries above. - xxx -

41 ㅇ Advanced countries in the field of space science are carrying out researches to predict solar activity changes in terrestial magnetosphere and ionosphere/upper atmosphere, and, on the other hand, developing next generation space telescope by international cooperation and independent development for infra research to solve tantalizing questions in the field of astrophysics. ㅇ Korea has carried out space development projects such as space weather change using satellite payload, independent space weather prediction/forecast model development using coronagraphs loaded on satellites, drawing Far-ultraviolet map of the whole sky by space telescope payload development, and cosmic background radiation. ㅇ Plans to secure stable budget security and to implement independent national space science R&D program should be prepared for Korea to keep up with the global trend of space science which is being focused as one of the important strategic part for the elevation of national power and status. Vision and Objectives ㅇ The vision is Entry to the level of advanced countries in space development by creative space science research. The first strategic objective is to understand near Earth space environment to protect national space assets. Second one is to define solar activities for safe space development. Third one is to study the origin and evolution of space with space telescope. Key Implementation Plans by Strategies ㅇ To understand near Earth space environment to protect national space assets: To precisely observe and monitor the changes of near Earth space environment and to do the international joint research and exchange using observation data by upgrading the prediction technology on space environment ㅇ To define solar activities for safe space development: To participate in the development of coronagraph by international cooperation with NASA and EU and to develop coronagraph for EASCO by NASA independently - xxxi -

42 ㅇ To study the origin and evolution of space with space telescope : To achieve core space technologies by small space telescope projects with domestic cooperation and to participate in the project developing infrared space telescope for researches on star formation and Galaxy evolution Expectations by Vitalization of Space Science ㅇ To enhance the national status by making contributions to the expansion of human knowledge such as solving global science issues, international joint use of space observation facilities, and information sharing on space environment ㅇ To create growth engine for the future by securing knowledge such as space technologies of advanced countries, self-development of domestic space technologies for payload and science satellite, acquisition of new market by industrialization of space technologies, and development of industrial technologies by utilizing and analyzing big data ㅇ To elevate the quality of the public and cultivate human resources by defending national satellite and telecommunications with core data on space environment, providing the public with trustable space weather prediction service, spinning off of the space technology to national defence technology, fostering research manpower and groups, and expanding social and cultural creativity with the space topics ㅇ To improve the rank of research ability of Korea from the 16 th at present to the 9 th by 2040, the independence of space technology development from 50% at present to 90% by 2040, the precision of space weather prediction from 30% at present to 80% by 2040, and the acquisition of satellite facilities from 10 at present to 30 by Ⅲ. Policy Proposal for Development of Space Science Research It is necessary to set up the strategies for space development and the system for systematic budgeting to balance the advancement of space development - xxxii -

43 ㅇ The portion of space science research should be expanded in space development in order to elevate the competance of national space development and entry to the advanced countries, and follow-up studies specified in the Mid to Long Term Space Development Program should be conducted. Also, new science missions and payload design programs should be created. International cooperation programs based on the global openness in the field of space science should be applied strategically ㅇ Exclusive organization for the participation in the international cooperation programs and R&D programs should be created to support the projects on the development of core space technologies. Support to the domestic and international researches should be expanded to strengthen the research ability of space science. ㅇ Systematic support to the industry/academia/institute-oriented cooperation for raising human resources should be reinforced along with the expansion of support to the dissemination of space science research outcome and its popularization.

44 제 1 장서론 제 1 절연구배경및목적 우리나라는우주개발은국가의전략적수요에따라위성체및발사체의 시스템확보 획득 중심의우주개발전략을추진하여짧은우주개발역사에도불구하고 다목적실용위성시리즈, 통신해양기상위성, 나로호성공발사 등의기술적성과창출 그러나, 체계기술확보및부분품도입을통한기존의기술중심전략으로는핵심기술확보와균형적우주개발에한계가있음 기초과학의거대한실험실인우주공간을대상으로한우주과학은원천지식과미래도전극한기술을성과로창출함으로써, 범지구적문제해결, 우주활동공간의이해, 고부가가치우주기술확보등우주개발선진국진입을위한필수적인분야임 독자적우주개발능력강화를위한우주개발중장기계획 ( 14~ 40) 에따른체계적이고전략적인우주과학활성화를위한방향성및세부추진전략필요 < 그림 1> 우주개발중장기계획중점과제및세부추진과제 - 1 -

45 < 표 1> 우주개발중장기계획과본과제와의연계성 세부전략 주요내용 프로그램 국내우주자산보호를위한지구 정지궤도위성, 차세대 이온층과자기권상시감시체제구축중 소형위성, 고고도플랫폼지구등활용이온층및 근지구우주환경이위성및인체에 우주공간탐사국제프로그램에자기권미치는영향연구국내개발탑재체참여연구강화 (NASA/ESA의 Living with a Star 프로그램 ) 및차세대 소형위성활용 우주기반 정지궤도복합위성및차세대중 소 정지궤도복합위성 2A호의 태양 형위성이용태양관측탑재체개 우주환경탑재체개발 ('17) 관측과 발과국제협력프로그램참여를 NASA 코로나관측기국제우주 태양위험 통한기반기술확보 정거장설치프로그램참여 ('17) 감시시스템 차세대소형위성용태양코로나 구축 관측기국내주도개발 ('20) 태양활동에의한우주환경 태양흑점폭발에따른 X선, 변화로부터위성 항공 통신등 고에너지입자, 태양풍등으로 우주기반 국가자산을보호하기위한 인한우주전파환경변화관측 태양 태양위험감시시스템구축 예경보체계고도화 ('20) 관측과 태양및우주환경감시 태양위험 광학 전파네트워크 감시시스템 ( 한국-미국 -터키 ) 구축 ('19) 및 구축 극지우주환경관측시스템 설치 ('20, 남극 ) 차세대소형위성활용과우주망원경 차세대소형위성을이용하여 국제협력프로젝트참여를통하여 적외선우주망원경, 초경량 우주기원 우주망원경기반기술확보 (~ 20) 반사경소재기술확보 규명을 차세대중형위성이용우주망원경 극저온냉각기술, 태양-지구 위한 (1m급) 개발을통해심우주탐사 중력균형점 (L2, 150만 km) 궤도 심우주 우주망원경핵심기술확보및우주 운영기술, 고정밀자세제어연구 관측우주 가속팽창등우주과학연구 (~ 30) 및우주과학빅데이터구축 망원경 국내주도국제협력으로 3m급 우주가속팽창, 암흑물질, 암흑 개발 심우주탐사 우주망원경을 개발 에너지등우주기원규명 하여선도적인빅사이언스연구 (~ 40) 본과제해당범위국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해안전한우주활동을위한태양활동규명우주망원경을이용한우주기원및진화연구 - 2 -

46 제 2 절연구의목표와연구내용 최종목표 : 우주관측인프라확보를통한창의적우주과학연구활성화전략수립 - 향후 5~10년간국가우주과학우주관측프로그램수립 - 각분야별우선순위및추진전략도출 본연구는크게 5개의장으로구성되어있으며각장의내용은다음과같음 - 제1장은서론부분으로연구의목적및필요성, 연구의내용등에대해살펴봄 - 제2장은우주과학의정의및사회적역할에대해살펴봄 - 제3장은국내외우주과학정책및지원체계, 연구동향을살펴봄으로써, 현재우리의수준및시사점을도출하고자함 - 제4장은우주과학을활성화하기위한비전및목표를제시하며, 이를달성하기위한중점분야를도출함 - 제5장은중점분야별세부추진계획을제시함 - 제6장은우주과학활성화를통한기대효과를제시하며, - 제7장은우리나라우주과학연구발전을위한정책적제언을제시함 - 3 -

47 제 2 장우주과학의정의및필요성 제 1 절우주과학의정의및분류 ( 우주 ) 생명체가상주하는지상의대기와는달리저밀도의우주입자들만이존재하는고진공상태인지상 100Km 이상의공간을 우주 라고지칭 지구의대기는질소와산소로구성된건조공기 (dry air) 가대부분을차지하며, 미량의기타가스및수증기로구성되어있는반면, 천체들사이의공간은플라즈마상태의수소와헬륨이주를이루고상태로그밖에뉴트리노, 먼지등저밀도의입자들로구성 - 지구의대기는중력에의해포집되어있는가스들이고도에따른중력및온도변화등에따라대기의밀도가지표면으로부터점진적으로감소하는변화특성을보이며, 대기질량의대부분이집중되어있는지상 20Km 이하의대류권과성층권, 중간권, 열권및 500~1000Km 이상에존재하는외기권 (Exosphere) 으로구성되어있음 - 천체들사이의우주공간은완벽에가까운진공의극저온상태 (2.7 켈빈온도 ) 이며, 플라즈마상태의수소와헬륨및광전자, 뉴트리노, 우주먼지, 우주선 (Cosmic ray) 등이존재하는저밀도의공간임 지구대기의수직적구성분포특성상지구의대기와우주를명확히구분할수는없으나, 일반적으로국제연합및국제항공연맹에서정의하는해수면상공 100Km의 Karman Line을우주경계면 (Edge of Space 또는 Outer Space) 으로인식 - 항공공학및천문항행연구자인 Karman은 1950년대에항공역학의적용한계고도를계산하였으며, 대기밀도에의한양력발생의한계치를계산하는방법으로우주의경계면을 100Km 주변으로제시 - 4 -

48 - 국제엽합및국제우주법에따르면우주경계면 (Karman line) 이상의고도에서는영공에대한개념이없이모든나라들이자유롭게탐사및활용할수있으며, 특히평화로운활용과무기사용및개발을금지하는국제협력의공간임 - 이밖에 NASA는대기의저항을무시할수있는고도 122Km를궤도재진입고도로설정하고있으며, 미국에서는 80Km 이상의고도를비행한사람을우주인으로간주하고있음 광의의우주과학 우주의탄생과진화및천체에대한연구를수행하는천문학은물론우주시대에새롭게등장한천체항행및우주생물학등의융합학문을포함하는우주과학은지구의우주경계면밖에존재하는모든대상에대한탐구와관련된과학기술을통칭함 지상기반의관측인프라를활용한전통적인연구방법을포함하여우주망원경등지난수십년간인류가이룩한과학기술분야성과들과의융합을통해급격하게발전한천문학은우주과학의대표적인연구분야임 - 우주시대의천문학은다양한관측기술을통해기존의연구분야를보다다양하게확장할수있었으며, 물리학및수학등기초과학의발전과함께우주의탄생과진화에대한인류의의문에매우가깝게접근해가고있음 우주시대를맞아인공위성을이용한근지구환경연구와우주망원경을활용한천문학연구, 탐사선을이용한행성및소행성등에대한심도있는연구가가능해짐에따라이와관련된천체항행 (Astronautics) 분야도우주과학에포함 또한, 우주관련학문과의연계를통해등장한우주생물학, 우주화학, 천체물리학, 천체동역학, 미소중력연구, 우주생명과학등우주관련융합학문분야도넓은의미의우주과학의범주에포함 ( 우주연구 ) 우주자체가연구대상인우주과학의개념과는달리우주연구는우주에서운용되는장비들을이용하는모든과학적연구들을통칭함 우주의평화적활용시대를맞이하여다양한과학기술분야에서인공위성, - 5 -

49 우주정거장, 탐사선등에탑재된우주장비들을이용하여해당분야의획기적인과학적발견과새로운연구영역의창출, 관련기술의급속한발전을이룩함 - 지구대기권에서운영되는벌룬및사운딩로켓과우주정거장을포함한지구궤도상의인공위성및심우주탐사선에서운용되는다양한과학기술적장비들을활용하는우주연구는우주자체에대한연구분야인우주과학및우주탐사를비롯하여지구과학, 재료과학, 생명과학, 의학및물리학등이포함됨 2차세계대전직후발전된로켓기술을이용한근지구우주공간에대한과학연구프로그램을시작으로, 반-알렌벨트를발견한미국의 Explorer 1 호와달탐사선인 Lunar 3호의성공을통해위성기반의우주연구가활성화되기시작함 - V-2 로켓을이용한최초의과학로켓프로그램 (1948~1949) 은태양으로오는 X선관측에성공하였으며, 오로라와이온층및자기권등상층대기의연구에도활용되어우주물리 (Space Physics) 의탄생에커다란영향을미침 - 위성기반의관측장비및달탐사선에의한우주과학의비약적발전과더불어유인우주비행및행성탐사, 우주정거장 (Skytlab 등 ) 등은새로운융복합학문들을탄생시키며우주연구라는커다란학문분야를이루게됨 UN/UNESCO 산하의국제우주연구위원회 (COSPAR) 는우주연구관련과학단체및연구자들로구성된국제적인학술조직으로서, 8개의과학위원회와 11개의협의체를가지고정기총회와콜롬퀴움, 세미나개최등의활동을수행하고있음 - COSPAR 과학위원회는지표면및기상 / 기후연구 (Scientific Commission A), 태양계행성및소천체연구 (SC-B), 지구및행성의상층대기 (SC-C), 자기권을포함한태양계플라즈마연구 (SC-D), 우주기반의천체물리학 (SC-E), 우주생명과학 (SC-F), 재료과학 (SC-G) 과기초물리학 (SC-H) 으로구성 협의의우주과학 천문학, 물리학및항공우주공학등다양한분야와연계되어있는우주과 - 6 -

50 학의특성과국내연구역량을고려하여본연구에서는다음과같이일부우주과학관련분야에대해제한적으로범위를축소함 - 우주망원경을이용한우주천문학은천문학발전에획기적전기를제공하였으며, 지상관측시설을이용하는천문학과는별개로우주연구의한분야로다루어지고있어본연구에서는우주천문학만을우주과학의범주안에고려 - 유인우주탐사및우주정거장활용등유인우주활동에따라새롭게등장한우주연구분야인우주생명공학및미소중력연구등은그연구대상이우주자체보다는인류의우주활동에따라인위적으로만들어진환경과관련되어있으므로본연구의범위에서제외 따라서, 본연구에서다루고있는협의의우주과학은 근지구우주공간과태양, 행성계에대한연구및우주기반의관측을통한별, 은하, 우주, 그리고그기원에대해연구하는다학제간학문 이라고정의함. < 그림 2> 우주과학연구분야및활용분야 - 7 -

51 우주과학의분류 본연구에서는우주과학에관한체계적인조사, 분석을위해서관련국제기구인국제우주연구위원회 (COSPAR) 의분류체계를국내연구환경에맞게수정,4 개의대분류와 8개의소분류체계로전개함 전개기준 - 1차분류 : COSPAR 우주과학분류기준을국내우주과학연구환경에맞게수정하여 4개의기본추진영역별 1차분류전개 - 2차분류 : 1차분류의목적기능달성에필요한구성변수를중심으로 2 차분류전개 전개결과 : 대상에따라 4개 1차분류, 8개의 2차분류로전개된세부분류체계도출 연구내용분석 : 개념, 주요내용, 요소기술, 선행, 후행, 연계연구, 연구수준및독자개발가능성, 전문연구집단등을중심으로분류수준별정의서분석및작성 본연구를통해분류한 1차분류의내용은아래와같음 - SC A: 지구-달계, 행성및태양계소행성 (Earth-Moon System, Planets and Small Bodies of the Solar System) - SC B: 지구상층대기와행성대기 (Upper Atmosphere of the Earth and Planets including Reference Atmospheres) - SC C: 행성자기권을포함한태양계내우주플라즈마 (Space Plasma in the Solar System, including Planetary Magnetosphere) - SC D: 우주관측을활용한천체물리학 (Astrophysics from Space) - 8 -

52 < 표 2> 우주과학분류체계 구분 1 차분류 2 차분류 A 지구 - 달계, 행성및태양계소행성 Earth-Moon System, Planets and Small Bodies of the Solar System A1. 우주측지및지구역학 Space Geodesy and Geodynamics A2. 달과학, 태양계소천체 Lunar Science, Small Bodies in the Solar System B 지구의상층대기와행성대기 Upper Atmosphere of the Earth and Planets including Reference Atmospheres B1. 지구의상층대기와전리층 Earth s Upper Atmosphere and Ionosphere B2. 행성대기 Planetary Atmosphere C 행성자기권을포함한태양계내우주플라즈마 Space Plasma in the Solar System, including Planetary Magnetosphere C1. 태양및지구자기권 The Sun, the Heliosphere and the Earth s Magnetosphere D1. 별과우리은하에대한천체물리학 Stellar(Galactic) Astrophysics D 우주관측기반천체물리학 Astrophysics from Space D2. 성간물질에대한천체물리학 Astrophysics of Interstellar Medium D3. 외부은하에대한천체물리학 Extragalactic Astrophysics - 9 -

53 제 2 절우주과학의필요성 우주과학은인류의호기심을충족시키는데그치지않고관련기술과산업발전과함께실생활에커다란영향을끼치고있음 우주과학의성과는원천지식과미래도전극한기술로써, 기술특성상산업화를위한시간이많이소요되는반면그파급효과는매우큼 - 의학 : 화상재구성기법은컴퓨터단층촬영 (CAT) 과자기공명영상촬영 (MRI), 양전자방출촬영 (PET) 과같은의료영상분석과진단에핵심적으로활용되며, 허블우주망원경 (HST) 영상분광촬영기 (STIS) 관련기술은유방암진단에, 우주망원경시험용청정시설은병원수술실에이용되고있음 - 산업 : 화상처리기법은자동차충돌실험과항공기구조실험에활용되며, 4세대컴퓨터언어는차량엔진시험과필름품질관리에, 안테나경면조정에쓰인레이저홀로그램기술은통신안테나경면조정에, 저잡음검출기기술은자원탐사와원격탐사에활용되고있음. 이밖에 X-선우주망원경의검출기기술은공항수하물검색대설계, 제작에이용됨 - 국방과학 : 항성관측, 항성대기모델은로켓과탄도무기에의한분출화염과천체를구분하는데활용될뿐아니라, 적외선검출기기술은무인정찰기는물론, Keyhole-11과같은정찰위성카메라에적용됨. 감마선과 X-선검출기기술은핵실험감시와군사위성에, 퀘이사관측은군용항해술에, 거울제작기술, 능동광학계기술등은지상, 위성용초경량카메라에활용되고있음 - 환경 : 밀리미터파분광기술은오존결핍연구에, 행성대기모델은지구종관모형구축과생태계연구에, 태양지진과항성지진연구는지구온난화연구에활용되고있음. 또한태양흑점과플레어연구, 그리고태양에대한가시광, 자외선, X-선연구는지상, 위성통신, 위성운용, 군사활동등과같은다양한분야에활용되고있음 - 자원과에너지 : 적외선우주망원경에활용되는특수소재는태양전지판에, 항성내부에서일어나는핵융합반응은핵융합로의설계, 제작에활용되며, 소행성에다량함유된것으로알려진각종금속과희토류원소는미래자원으로활용가치가크다고평가되고있음

54 < 표 3> 우주과학기술의사회적파급효과 분야 의 학 우주과학관련기술 화상재구성기법 화상처리소프트웨어 마이크로웨이브수신기기술 시험용청정실 X- 선천체검출기 컴퓨터단층촬영, 자기공명영상촬영등에응용 유방암진단에활용, 병원수술실, 의료용 X- 선촬영기 사회적파급효과 산 업 화상처리소프트웨어, 컴퓨터언어 안타네경면조정용홀로그래피 저잡음수신기기술 X- 선검출기기술 자동차충돌, 엔진시험, 품질관리등 상용통신기술 자원탐사, 원격탐사분야활용 공항수화물검색대 국방과학 항성관측및항성대기모델연구 적외선검출기기술 감마선, X- 선검출기 퀘이사및먼은하관측 반사경제작기술, 능동광학계, 화상처리알고리즘 천체와위성, 로켓, 탄도무기에의한분출화염구별 핵실험모니터, 군사위성에활용 민간및군용항해술에사용 고해상카메라제작에활용 환 경 밀리미터파를이용한천체관측 행성대기모델연구 태양및별들의흑점, 플레어연구 태양에대한가시광, 자외선, X- 선데이터 지구의오존결핍 (ozone depletion) 연구 지구종관모형연구및생태계보존 지구기상변화연구에활용 통신두절예보등에활용 자원과에너지 적외선우주망원경용으로개발된특수소재 우주선입자, 태양플레어, 항성내부의핵융합반응 소행성분광관측및시료채취 태양전지판설계시이용 핵융합로설계시반영 미래자원 ( 희귀금속, 희토류원소외 )

55 임무기반의위성개발패러다임변화를위한우주과학분야정책연구로서, 우주과학분야활성화뿐아니라우주개발중장기계획상전략과제와도연계되어성공적인우주개발중장기계획추진에기반이됨 < 표 4> 우주개발중장기계획및타정책과제와의연계성 중점목표세부추진과제우주개발중장기계획관련과제관련정책과제명 우주자산보호를위한근지구우주환경이해 안전한우주활동을위한태양활동규명 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 근지구우주환경감시전용차세대소형위성개발 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보 국제우주정거장을활용한차세대코로나그래프핵심기술확보 중력안정점 L5 용국제공동태양탐사선개발및관측참여 국내중형위성을활용한태양활동연구 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술ㅎ 수요자중심의위성정보활용서비스강화 국가위성정보활용지원시스템및인프라구축 우주위험대응우주감시시스템구축 우주기술융 복합활성화 우주개발인력양성및우주문화확산 우주개발국제협력강화 국가위성정보활용지원시스템및인프라구축 산업체역할확대및경쟁력강화 우주개발인력양성및우주문화확산 우주위험대응우주감시시스템구축 우주기술융 복합활성화 우주개발국제협력강화 국제협력기반의심우주탐사추진 우주원천 핵심기술강화및미래기반기술개발 우주기술융 복합활성화 우주개발국제협력강화 우주전파환경변화에따른고출력전자파피해대책연구 창조경제실현을위한우주기술산업화전략등 위성공동개발활용을위한국제협력전략에관한연구 2013 년천문우주국제화협력사업등 한미우주협력중심국제협력전략및로드맵수립등 우주과학에대한정부및민간, 군, 학계등다양한사회적수요발생 < 표 5> 우주과학사회적수요 사회적수요 전략분야 항공극항로비행에따른우주방사선피폭저감 정부및민간 위성항법시스템정확도향상우주기상및통신서비스안정화 근지구우주환경이해 국가우주자산보호를위한저궤도우주환경정보 미사일정확도향상을위한전리권환경분석 군 군전파교란대응기술개발 태양활동규명 적외선영상정보획득및자료처리 인력양성을위한연구인프라 학계 핵융합연구를위한원천지식 우주기원및진화연구 우주탐사를위한우주환경정보제공

56 제 3 장국내 외우주과학현황및시사점 제 1 절우주과학정책동향및지원체계 미국 新국가우주정책 ( 10.6), New World, New Horizon( 12~ 21), NASA 우주전략계획등우주에대한과학적이해확장을국가우주개발의중요프로그램중하나로선정하여추진중임 미국이우주과학및탐사분야에서집중하고있는부분은무인화성탐사로, 궁극적목적인유인탐사를위해선제적으로무인탐사선을보내화성의환경을분석하고있음 주요계획 New World, New Horizons (2012~2021) - 미국학술원 (US National Academies) 은우주과학분야의향후 10년간연구비투자를원하는거대프로젝트의우선순위를정하는계획을담은 New World, New Horizons 보고서를 2년의동안조사하여완료함 - 이보고서및권고프로젝트목록은항공우주국 (NASA) 나미국립과학제단 (NSF) 등의연구비지원기관은물론과학예산전반을관장하는의회에게도중요한자료가됨 NASA 의우주전략계획 (2011) - 태양계에서의인류의행동영역을유지, 확장 - 인류가거주하고있는지구와우주의과학적이해를확장 - 미래의탐험, 과학, 경제에쓰일새로운혁신적우주기술을창조 - 항공분야연구의발전을통하여사회적이익에공헌 - NASA의항공및우주활동을위한프로그램과제도를확립 - NASA를일반인, 교육자및학생들과공유

57 주요프로그램 미국학술원 (USNationalAcademies) 은 DecadalSurvey ofastronomy and Astrophysics 를위한향후 10 년간의거대프로젝트우선순위보고서를완성함. 이보고서는 2012 년부터 2021 년까지의 10 년동안천문우주과학에대한광범위하며통합적인계획과,2022 년부터 2031 년까지의발전계획을제시함 과학프로그램선발절차 진행단계진행단계설명주체 연구제안서접수및 1 차평가 제안서검토및선정 평가위원조직 과학적 기술적측면평가개별제안서에대한권고사항작성 양식준수, 기재사항, 과학 / 기술 / 관리계획, 예산사항등평가 제안서평가를위한분야별전문가위원회조직 동료평가실시 동료평가내용을바탕으로작성됨 NASA 프로그램관리자 동료평가단프로그램관리자 프로그램관리자 1 차제안서선발권고사항을바탕으로선발프로그램선발단 2 차제안서재선발연구자요청에따라진행여부결정 NASA 선발결과통보및공고 NASA 특징 - 연간총예산 86% 가량을선정된과학연구에투자하며, 과학적임무를중심으로과제선정 - 선정기준및절차는연방조달규정 (Federal Acquisition Regulation, FAR) 을준수하며, 실제적인평가는이해관계에해당하지않은동료평가에의해이루어진후미항공우주국선정단에의해최종선발됨 - 선정결과의발표는연구제안서제출후연방재정법에의해투자자금이확정된뒤이므로최소 250일가량이소요됨

58 유럽 (ESA) 유럽우주활동의독립성과국제적역할수행, 방어를위한과학적인목적의우주계획, 안보와국방수요충족등을위한단일화된 유럽우주프로그램 (European Space Program) 을마련함 현재까지의성공이후 European SpaceAgency 는 현재어디에있는가? 하는과학적의문을해결하기위해, 차기단계연구개발 10 가지도전분야를설정하였음 - 항법위성, 재사용가능한발사체, 나노위성, 시장참여확대, 기상통제, 우주의충격현상예측및완화, 우주과학의발전, 순수물질과에너지, 로봇과인간사업, Ariane 사업의업그레이드 주요계획 유럽우주청은우주과학장기계획 (CosmicVision 2015~2025) 및우주과학분야중점목표를설정함 - 초고에너지의우주대상에대한이해 - 은하의형성과진화에대한이해 - 항성과행성의근원, 진화에대한이해 - 태양계형성에대한이해 주요프로그램 (Cosmic Vision ) 이장기계획의주제는크게행성과생명, 태양계, 우주근본물리법칙, 우주기원등 4개로분류하고각테마별로 M(Medium) 급임무와국제협력을통한보다큰임무인 L(Large) 급임무로구분함 과학프로그램선발절차

59 진행단계진행단계설명주체 연구범위및연구비규모에따라소형, 사업공고 ESA 중형, 대형미션으로분류하여사업공고과학자문위원회 1차선발각미션당 3-4개의제출안선발및기술자제출안동시설계단평가전문가가 1년여간각제출안의타당성조사 (Concurrent 실행가능성조사착수, 2-3 개의미션선발 Design Facility) 미션당두산업체와계약후산업성평가분석연구관리자중평가진행중간선형과학적우수성및평가결과를발및정의및구현과학자문위원회바탕으로최종미션선발선발미프로그램및재정적부담을반영한션기술성평가연구관리자대기술개발계획수립관리형산업성평가및과학적우수성을정의및구현과학자문위원회바탕으로최종미션선발 * 선발된미션은관리단계를거쳐실제수행시기까지규모에따라소형 5년, 중형 5-8년, 대형 10년 가량소요됨 특징 - 과학프로그램의특징을반영한평가체계과학적측면과기술적측면을 고려하여평가진행 - 중형및대형미션선정은평가및분석을통해세개의미션을선정한 후제시된과정을통해최종프로젝트를선발 일본 국가의국제적지위와존립기반을확보하고자인공위성과우주수송시스템을필요시에독자적으로우주공간에쏘아올리는기술을개발하며, 이를위해기술의확보및개발에중점을두고있음. 현재일본은달유인과학기지건설및태양계탐사와은하계관측기술계획을지속적으로추진하고있음 주요계획 2025 년까지의우주개발장기비전을통해모든파장대의우주관측을목표로하고있으며, 우주의역사와구조규명, 천체물리연구및우주론을우주과학의주요연구목적으로제시

60 주요프로그램 일본이강력한국제경쟁력을갖고있는분야인우주탐사및우주과학분야를위한 ASTRO-H(X-ray),SPICA( 적외선 ) 과같은우주과학프로젝트들을수행및계획중임 기초연구를비롯한우주활용과우주과학분야와관련해서, 국제우주정거장 (ISS) 일본실험모듈인 JEM (JapaneseExperimentModule) 모듈에서실행될미소중력 (microgravity) 환경하에서의지상기반연구를진행하고있음 과학프로그램선발절차 진행단계진행단계설명주체 소위원회의사업설계및제안 평가단계 1 단계평가 사업연구대상, 과학적필요성, 연구수행가능성연구과학적우선순위, 기술및경제적실현가능성, 연구수행그룹수준평가 운영위원회소속소위원회 상임위원회 선발여부를정부에보고 2 단계평가예산및연구기간평가 연구수행및예산승인을위한보고집행 연구개발자문위원회 최종결과공고 특징 - 내외부인사 30여명으로구성된소위원회가프로젝트를평가함 - 연구그룹의연구수행을위한재정적지원은없으나향후기술개발을위한재정은기본예산에포함됨 - 전년도 6월까지정부의승인을받은프로젝트만이당해년도에연구수행가능 - 선정된프로젝트의관리는조직내과학자혹은기술자가담당함

61 러시아 러시아의우주과학은러시아연방우주국 (RAS) 이수립하는연방우주프로그램 10년계획을기초로수행됨 2010 년 ~2020 년까지의 10 년계획으로제시된연방우주프로그램은라그랑주점에우주기지유치, 독자위성항법시스템구축, 국제우주정거장설치, 심우주탐사선, 발사체기술향상, 중형발사체개발, 소유즈미션진행을포함하고있음 주요계획 근지구우주프로그램을구성하여달및화성탐사를미래러시아우주프로그램의방향으로설정함. 유인우주선, 화성화물선, 달궤도정거장, 이착륙선개발및재사용가능한달기지건설등의프로그램수행을위하여 2020 년부터 2050 년까지총 142 조달러를투자할계획이나구체적인전략및단계는비공개함 주요프로그램 러시아가추진, 계획하고있는우주과학프로그램은 ESA,NASA,DLR, CNES,ASI 등국외기관과의공동프로그램의형태로수행되고있음 중국 중국정부의우주정책방향은다음과같음 - 장기적이고지속가능한우주개발및활동을위한정책고수 - 독립성을기반으로한신뢰성, 혁신성의원칙을기반으로국제협력관계를장려 - 국가경쟁력을강화하기위하여소수의핵심분야에돌파구마련 - 우주활동에관한사회경제적보상을강화하여기술진보에동기를부여 - 중장기개발과단기개발의동시진행, 우주선기술과지상의관측기기의동시개발등사업통합계획준수 주요계획

62 2050 우주과학기술로드맵, 중대형우주과학개발장기계획, 천문우주중장기개발전략, 중국우주국우주과학계획 등많은우주과학프로그램계획들이수립되어, 최근전략적으로우주개발에집중투자하고있음 - Black Hole Probe Programme(BHP), Portraits of Astrophysical Objects Programme(PAO), Dark Matter Detection Programme (DMD), X-ray Timing and Polarization(XTP) satellite 주요프로그램 중국이계획 추진중인미래우주과학프로그램들은다음과같음 - Black Hole Probe Programme (BHP): 블랙홀과고에너지천체물리를연구프로젝트. Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) 위성, 우주변광물체모니터 (Space Variable Objects Monitor, SVOM) 위성, 그리고 Gamma-ray Burst Polarization (POLAR) 실험장비를 2020년에발사계획중인중국의유인우주정거장에진입시키는것을최종목표로하고있음 - Portraits of Astrophysical Objects Programme (PAO): Submillimeter Space VLBI (Very Long Baseline Interferometer) 로서지구전영역에서의천체지도작성추진함 - Dark Matter Detection Programme (DMD): 천문학의난제인암흑물질및암흑에너지규명을위하여 Dark matter particle detection 위성및실험장비를 2020년에발사예정인중국의유인우주정거장에설치 - X-ray Timing and Polarization (XTP) satellite: 2020년에발사예정으로 Soft X-ray 와 hard X-ray array 망원경장착예정인도 2004년인도과학아카데미 (Indian Academy of Science) 에서발족한위원회에의해 천문우주비전보고서 (Decadal Vision Document for Astronomy and Astrophysics) 가발간됨. 인도의우주과학은현재대형우주과학프로젝트의경우다국적협력에참여하고, 자체적으로는소형위주의프로젝트를주도하는전략을갖고있음

63 주요계획 인도는찬드라얀의발사성공에따라미국, 러시아등이주도하는세계위성발사체시장에본격참여추진중으로차세대위성, 발사체, 발사용로켓및우주선을개발중임 주요프로그램 태양계행성탐사를위한찬드라얀 2호 (Chandrayaan-2) 와다파장채널의 ASTROSAT 프로젝트계획중임.ISRO 는 2013 년독자적으로개발한엔진을장착한정지궤도발사체 GSLV 로켓을이용해 GSAT-14 통신위성발사에성공하였고, 인도의두번째무인달탐사임무인찬드라얀 2호의 2016 년발사를위하여러시아와협력추진하고있음.2 호임무에서는달착륙선과달표면탐사차량인로버 (rover) 로구성되며, 달탐사우주선은인도가개발하고달착륙선과로봇탐사차량은러시아가개발함. 향후 2020 년대에유인우주선을발사할계획중임 현재계획중인우주과학프로젝트로는태양코로나의가시광선및근적외선영역관측을위한 Aditya-1 과 X-ray polarization 측정을위한소형위성인 ThomsonX-rayPolarimeter 가있음

64 < 표 6> 주요국의우주정책 국가문서명발표시기 미국 National Space Policy NASA Strategic Plan (2011~2021) Federal Space Program (2006~2015) 2012( 수정 ) 러시아 Space Activities of Russia in Principles of State Policy on Russian Space Activities up to 2030 and beyond European Space Policy 유럽 Towards a Space Strategy for EU that benefits its Citizens EU Space Industrial Policy ESA Long-Term Plan 2013~2022 ( 예정 ) 프랑스 French Space Strategy 이태리 영국 일본 ASI Strategic Vision ASI 3개년계획 (2013~2015) 2012 UK Space Agency Civil Space Strategy UK Space Innovation and Growth Strategy 우주기본계획 (2013~2017) JAXA 중기목표및계획 (2013~2018) JAXA 중기목표및계획 (2013~2018) 중국 우주활동백서 우주과학 기술로드맵 인도 한국 Space Vision Twelfth 5-Year Plan (2012~2017) 제2차우주개발진흥기본계획 (2012~2016) 우주개발중장기계획

65 < 표 7> 주요우주개발선진국들의우주과학프로그램 국가구분내용 미국 EU 러시아 대규모우주과학프로그램중규모우주과학프로그램소규모우주과학프로그램 M Class 우주과학프로그램 L Class 우주과학프로그램천체물리우주관측 Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) An Augmented Astrophysics Explorer Program Laser Interferometer Space Antenna (LISA) International X-ray Observatory (IXO) New Worlds Technology Development Program Inflation Probe Technology Development Program Background-limited Submillimeter on SPICA Euclid Plato Solar Orbiter EJSM/Laplace TSSM/Tandem Resurs-DK/Pamela(2006 부터운영 ) Lomonosov (2012) Resonance (2013) Spectrum-Radioastron (2011), Spectrum-Ultraviolet (2014) Spectrum-Roentgen-Gamma (2013), Gamma-400 (2015년이후 ) Millimetron (2015년이후 ) 태양연구 Interhelioprobe (2015 년이후 ) 일본 Astro-H SPICA 인도 Chandrayaan-2 ASTROSAT

66 제 2 절우주과학투자동향 세계우주분야투자현황 2012 년세계우주개발분야의예산투자는 729 억달러로,2000 년예산 374 억달러에비해두배로증가하였으며, 우주분야에투자한국가도 2006 년 42 개국에서총 57 개국가로증가하고있는등전세계적으로우주개발예산및참여국이지속적으로증가하고있는추세임 우주예산규모별국가를분류해보면 10 억불이상우주개발에투자하고있는국가는미국, 러시아, 일본, 중국, 프랑스,EU, 독일, 인도등의 8개국가임 - 북미대륙및유럽국가들의우주개발예산은세계우주예산대비 72.6% 를차지하여우주분야에서주요선진국의지배력이큼을알수있음 - 이는모든 G20 국가가우주관련프로그램을가지고있으며, 우주개발역량에따라국가위상을나타내는중요한척도로서각국이우위선점을위해전략적으로우주분야투자를확대중임 < 표 8> 우주예산규모별국가분류 Tier 1(10 억달러이상 ) Tier 2(1~10 억달러 ) Tier 3(1 억달러이하 ) 미국, 러시아, 일본, 중국, 프랑스, EU, 독일, 인도 이탈리아, 영국, 캐나다, 스페인, 호주, 벨기에, 아랍에미리트, 브라질, 카자흐스탄, 멕시코, 터키, 대한민국, 이스라엘, 아르헨티나, 스웨덴, 노르웨이, 이란, 우크라이나, 네덜란드 아제르바이잔, 라오스, 남아프라카공화국, 볼리비아, 핀란드, 대만, 벨라루스, 나이지리아, 알제리, 인도네시아, 파키스타, 그리스, 루마니아, 앙골라, 말레이시아, 투르크메니스탄, 베네수엘라, 칠레 ( 출처 : 최남미외, 항공우주산업기술동향 (2013))

67 우주개발주요선진국들의 GDP 대비우주개발투자비율을비교해보면, 대부분대략 0.02~0.1% 비중을차지함. 한국은우주예산이 GDP 대비차 지하는비중이 0.017% 로 GDP 대비우주분야에비교적적은비율로투자 하고있음 < 표9> 주요국의전체 GDP대비우주분야투자비율비교 (2012년기준 ) 국가 우주예산 ( 백만불 ) 우주예산 /GDP비중(%) 미국 42, 러시아 8, 일본 3, 중국 3, 프랑스 2, EU 1,679 - 독일 1, 인도 1, 이탈리아 영국 한국 ( 출처 : 2012 Euroconsult Government Space Markets) < 표 10> GDP 대비우주예산에따른국가분류 (2012 년기준 ) GDP 대비우주예산비율 0.1% 이상 0.05% ~ 0.1% 0.02% ~ 0.05% 0.02% 이하 국가라오스, 러시아, 볼리비아, 미국, 아제르바이잔, 카자흐스탄, 프랑스베라루스, 아랍에미리트, 인도, 이스라엘, 일본, 우크라이나, 벨기에, 투르크메니스탄이탈리아, 독일, 중국, 캐나다, 아르헨티나, 스페인, 영국, 알제리, 핀란드, 스웨덴, 영국, 알제리, 핀란드, 스웨덴, 이란, 터키, 노르웨이, 호주, 남아프라카공화국, 멕시코, 나이지리아대한민국, 앙골라, 타이완, 네덜란드, 파키스탄, 루마니아, 그리스, 브라질, 말레이시아, 인도네시아

68 주요국의우주과학연구기관의우주개발예산중우주과학에대한투자는장기계획에따라안정된비율로대부분이 10%~20% 대를유지하는반면에우리나라전체우주과학투자비율은 2.0% 를차지하여우주과학분야에대한투자가미비함 < 표 11> 주요국의우주과학연구기관별투자비율비교 (2013 년기준 ) ( 단위 : 억원, 1$ 환율 1,017 원기준 ) 구분미국 (NASA) 유럽 (ESA) 일본 (JAXA) 한국 (KASI) 우주개발전체 180,209 59,351 16,226 3,372 우주과학 49,969 7,039 2, 우주과학 투자비율 28% 12% 15% 2% 주요국의우주과학관련투자동향 미국 항공우주국 (NASA) 은유인탐사를위해국제우주정거장의설립완료및우주탐사에초점을둔유인우주비행과우주과학, 우주탐사등균형적인우주프로그램개발및추진을위한 2013 년도 NASA 의총예산은 177 억 1,100 만달러로편성됨 과학임무분야 (ScienceMissionDirectorate): 지구과학, 행성과학, 천체물리, 제임스웹우주망원경, 태양물리의 5대분야에총 49 억1,100 만달러편성됨 - 지구과학분야의총예산은 17.84억달러로전년대비 1.3% 증가함. 기후변화모델구축, 일기예보의정확성향상을위한위성 2기발사및새로운위성개발, 기존의위성 15기운용등 6개의하위프로그램으로구성 - 행성과학분야의총예산은 11.92억달러로전년대비 21% 감소

69 2016년에발사하는 OSIRIS-REx호, 소행성감시프로그램강화, 화성탐사선및화성탐사로봇개발등 7개분야에전년대비 3.09억달러감소편성 - 천체물리분야의총예산은 6.59억달러로전년대비 1.9% 감소 현재진행중인모든우주망원경미션에관한지원, 외계행성후보군탐색관측 6개의하위프로그램으로구성 - 제임스웹우주망원경분야의총예산은 6.27억달러로전년대비 4.3% 증가 2018년발사예정인제임스웹우주망원경미션수행을위한기기개발및테스트등 4개의하위프로그램으로구성 - 태양물리분야의총예산은 6.47억달러로전년대비 4.3% 증가 유럽우주청과공동으로수행하는태양탐사선개발, 저비용큐브셋개발, 24기의탐사로켓운영등 6개의하위프로그램으로구성 < 그림 3> NASA 의 14~ 17 예산현황 유럽 ( 유럽우주청 : ESA) 유럽우주청의예산은 2012 년약 57 억달러에서 2013 년 58 억달러로증가추세를보임 - 발사체, 지구관측, 우주로봇공학의세분야에서 10% 이상의예산증감추세를보였으며, 우주정거장분야에서 35% 의큰예산감소추세를보임

70 < 그림 4> 2013 년유럽우주청 (ESA) 예산연구영역별투입현황 < 표12> ESA 과학관련예산지출비교 ( 단위 : 백만달러 ) 년도과학관련예산항목 증감추세 지구관측 % 증가 발사체 % 증가 유인우주활동 % 감소 통신및통합체제 % 감소 항법 % 감소 우주로봇공학 % 증가 기술개발 % 증가 우주정거장 % 감소 과학적프로그램 % 증가 유럽우주협력 0.62 신설

71 일본 일본우주개발기관인 JAXA 의 2013 년정부예산은 억엔 ( 주예산 : 억엔,2012 년도보정예산 22.9 억엔 ) 으로이전회계연도에비해 1% 증가하였음 - 과학임무관련프로그램으로소행성탐색을위한하야부사2로소행성샘플회수를목표로 98밀리언달러를투자함 < 그림 5> JAXA 2013 년예산 < 표 13> JAXA 2013 년프로그램별예산 ($M; $1 = 95 yen) 1. The Promotion of space development and use based on advanced technology 262 Greenhouse gases Observing Satellite GOSAT-2 7 Advanced Land Observing Satellite ALOS Global Precipitation Measurement/ Dual-frequency Precipitation Radar (GPM/DPR) 76 Global Change Observation Mission. Climate (GCOM-C) 31 Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE/CPR; Joint project with ESA) The Challenge to advanced science and technology such as space science and space exploration 275 Asteroid Exploper "HAYABUSA2" 98 Solid-propellant Rocket Epsilon 78 X-ray Astronomy Satellite ASTRO-H The Promotion of international cooperation as an advanced space faring nation 371 Space transporter HTV 232 Scientific research in Japanese Experiment Module Kibo 129 Nano-satellite development

72 한국 2013 년정부의우주개발예산은 3,372 억원에서 2014 년 5,096 억원으로증가하며약 51% 의증가폭을보이나, 대부분이기술개발중심의투자에집중되어있음 2014 년분야별주요사업투자계획 - 한국형발사체조기개발을위한시험설비구축, 발사체및액체엔진개발등을위해 1,227억원 ( 13) 에서 2,350억원 ( 14) 로투자확대 - 한국형발사체발사를위한나로우주센터시설 / 장비추가구축및발사운용기술개발투자를 159.5억원 ( 13) 에서 222.8억원 ( 14) 으로확대 - 다목적실용위성, 차세대소형위성및정지궤도복합위성개발투자를 107억 ( 13) 에서 168억 ( 14) 으로확대 - 수요자중심의위성정보활용, 지원시스템및인프라구축을위하여 369 억 ( 13) 에서 446억 ( 14) 으로투자확대 - 무인달탐사, 심우주탐사및창의적우주과학연구강화와우주감시시스템구축에 120억 ( 13) 에서 180억 ( 14) 로투자확대 - 우주핵심기술개발및우주교육, 위성경진대회등우주개발활성화및선진화를위한기반확충을위하여 210억 ( 13) 에서 240억 ( 14) 으로투자확대

73 제 3 절우주과학연구동향 미국 미NASA 는근지구우주공간관측프로그램을통하여자기권폭퐁기작및방사선대의생성 / 소멸과정을규명하기위하여 THEMIS,VAP 위성을국제협력을통해운영중이며, 향후 MMS 등을계획하고있음. 더불어미NASA 는현재전리권 / 고층대기연구를위하여 ICON 위성프로그램수행에착수하였음. 미해양대기청 (NOAA) 은우주환경연구및예보를위해범정부차원의연구협력체계구축및지상 / 위성의모든관측자료를실시간수집하고연구자료를제공하고있음 미NASA 는 LWS 프로그램수행을통하여태양자기재결합과태양분출현상의물리적특성과그발생원인을규명하기위하여 SOHO,STEREO 위성등을운영중이며, 향후 EASCO 등을계획중임. 이관측자료들은우주통신및산업피해방지를위해미 NOAA,USAF( 미우주기상단 ), DOD( 국방성 ) 등에서활용중임 NASA 에서는과학미션을위한적외선우주망원경 Spitzer 를개발하고운용하여중적외선과원적외선에서의영상과분광을통한관측성과를이루었으며, 근적외선에서는최적화된차세대 6m 급적외선우주망원경프로젝트로 JWST 를추진중임유럽 유럽우주항공국 (ESA) 주도하에국제근지구우주환경연구를위해 CHAMP,GRACE 등우주환경관측위성을운용하였고올해 SWARM 위성을발사하여운용중. 유럽, 일본, 중국등연합으로자기권-전리권 / 고층대기결합연구를위하여세계최고분해능지상전리권레이더인 EISCAT-3D(European IncoherentSCATterradar-3D) 를 2016 년에구축완료하여 SWARM 위성과연계연구를수행할예정임 유럽은미국의 LWS을발전시켜유럽국가들을중심으로한 LWS 프로그램을추진중이고, ESA는 Solar Orbiter 프로그램을추진하여장기간태양근접관측을통한미세태양구조와다음태양극대기예측을위한태양극지역관측연구를수행할예정임

74 유럽 ESA 에서는 1m 이하급적외선우주망원경 ISO 를개발하고운용하여 많은과학적성과를이룬것을바탕으로 3m 급의대형적외선우주망원경 Herschel 을개발하여대형적외선우주망원경분야를선도하고있음 일본 일본항공우주국 (JAXA), 일본통신연구소 (NICT) 등정부관계기관과일본대학산하에있는우주환경연구소 ( 나고야대학, 교토대학, 규슈대학등 ) 와의연계를통해우주환경에관한연구를수행하고있으며, 자기권-전리권결합연구를위하여 ERG 프로그램을수행중에있음 일본은초고온태양코로나의원인규명을위해세계최대태양위성망원경 (Hinode) 운용하여광구의미세구조연구주도하고있으며, 차기위성으로 1.8m Solar-C 프로그램을추진함으로써태양채층코로나의고분해능관측으로확장할계획임 일본 JAXA/ISAS에서는적외선우주망원경 AKARI(ASTRO-F) 를발사및운용하여중적외선, 원적외선에서의전체하늘을서베이하였고, 근 / 중 / 원적외선연구분야에서많은과학적인성과를도출함한국 근지구우주환경관측탑재체는우리별 3호부터자체개발하여국내위성에탑재되어왔으며기술적도약을위한기반기술이갖추어져있으나, 부탑재체로개발되어운용상에많은제약을받았으며연구이외우주전파환경및우주기상예 경보현업업무에활용하는데많은어려움이있었음 천문 ( 연 ), 학계, 기상청, 국립전파연구원이국내지상자료와외국의관측자료를활용하여우주환경및태양활동에대한과학적역량을축적함 천문 ( 연 ) 은 NASA와의 LOI( ) 체결을통하여 NASA SDO위성데이터센터와 RBSP 수신기를천문 ( 연 ) 내에유치함. 이를통하여국내관련대학에는태양및우주환경연구에활용하며, 전파연구원등우주환경수요처에는우주환경예경보를위해활용하게함

75 천문 ( 연 ) 과관련대학은 NASA의 SOHO, STEREO, SDO, 일본의 Hinode 등외국의위성관측자료를활용하여 CME분야의상당한연구성과를생산하였으나, 국내독자태양위성개발관련역량은미흡함 그동안과학기술위성 1호원자외선분광기 (FIMS), 과학기술위성 3호의다목적적외선영상시시스템 (MIRIS) 등의과학탑재체를성공적으로개발하였으며, 우주초기별및은하연구를위해미국 NASA 과학로켓을이용한 CIBER, 일본적외선우주망원경 (AKARI), 미국의자외선망원경 (GALEX) 등의국제협력을통하여과학적역량과네트워크를확보하였음

76 제 4 절시사점분석 주요국의우주개발정책및프로그램은과학임무설정후수요기술에대한전략이수립됨에따라임무중심의패러다임으로변화필요 주요국들은체계적인임무수행을위해사전기획및연구개발을통한과학임무선정, 탑재체기술확보, 위성개발을하는선순환적연구개발체계로우주과학임무수행 세계주요국은자국의국력과국제적위상을제고하기위한우주정책및우주활동을강화하고있으며, 이를위해우주기술과우주과학에대해균형적으로투자 육성하고있음 선진국들은우주개발선점을위해꾸준히투자규모를유지하며, 이중도전적기술및기초연구를위한우주과학분야에대해서도안정적으로투자하고있음 상호호혜적협력아이템의발굴및지원을통해국제협력확대필요 우주과학분야는높은기술력과많은투자가필요함에따라비용절감을위해정책적으로국제협력을하는분야로써국제사회에서선진국으로도약하기위해전략적으로활용해야하는분야임 우주자원교차활용등국제공동연구사업다변화를통해우주과학연구역량강화및우주원천기반기술확보필요

77 제5절우리의현재수준과전략 전략분야도출 이러한국내외동향분석및국내학계수요조사, 국내 R&D 과제조사를실시하여전략분야를다음과같이도출하였음 < 그림 > 전략분야도출과정 - 우주환경 : 국내위성상주공간인전리권및자기권의격변현상을감시하고우주폭풍의발생기작및예측연구를위한관측임무수행 - 태양활동 : 우주환경에영향을미치는태양물질방출과정에관한위성기반관측연구 - 우주기원규명 : 우주공간에서천문관측을위한망원경및카메라시스템을활용하여우주기원규명을위한은하생성과진화연구 < 그림 > 우주과학연구강화를위한전략분야

78 연구기술수준 본과제에서정의한우주과학범위중체계화하여 23 개의세부요소분야를도출하여우선순위설정을위한포트폴리오분석을실시함 < 표14> 중점분야별과학분류체계 1 단계 2 단계 3 단계 우주환경변화태양우주기원과진화 격변태양풍에의한근지구우주폭풍이해자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명태양활동성간물질및별 / 행성계암흑에너지및우주진화우주별탄생역사및은하진화 A-01 우주폭풍시자기권변화연구 A-02 우주폭풍시전리권 / 고층대기변화연구 A-03 자기권-전리권 / 고층대기에너지교환과정규명 A-04 전리권 / 고층대기-저층대기역학적 / 화학적상호작용규명 B-01 CME 발생및가속과정 B-02 지구에영향을미치는 CME의물리적특성 B-03 NST를이용한태양미세구조연구 C-01 분자운과원시성연구 C-02 젊은별과성단연구 C-03 무거운별의생성및진화 C-04 별원반진화와행성형성 C-05 우리은하성단의특성과형성 C-06 이온화된성간물질의구조연구 C-07 암흑에너지밀도의시공간적변화 C-08 우주거대구조의통계적성질 C-09 우주규모에서의일반상대성이론 C-10 블랙홀과강착물리 C-11 제트와고에너지물리 C-12 은하단에서의은하의형성과진화관측 C-13 외부은하구성단계의화학적및운동학적특성 C-14 국부은하군내왜소은하탐색및특성 C-15 활동성은하핵진화와상호작용 C-16 무거운은하들 / 초기은하단 / 초기천체들에서의별탄생특성및진화

79 < 표 15> 중점분야별기술분류체계 1 단계 2 단계 3 단계 관측기술 자기권입자검출기, 자력계, 전자기파동검출기, 전리권입자검출기, 전리권전파엄폐 (RO) 측정기, 영상분광기, 열권바람측정간섭계, 레이더, GPS 네트워크 우주환경변화 정보처리기술 우주환경위성관제기술, 우주환경자료처리수신기술, 우주환경자료관리및서비스기술, 실시간자료처리기술, 대용량자료분석기술 활용기술 우주기상예경보모델개발기술, 국방활용기술, 위성항법적용기술 태양 코로나그래프 X- 선분광관측기 엄폐기술, 이산광제거기술, 지향안정도유지기술, 우주광학 / 광기계 / 전자기술 X-선검출기술, 검출기포화방지기술, 우주광기계 / 전자기술 우주기원과진화 영상분광기 센서기술 원자외선 / 적외선 / 서브밀리 /X 선영상분광기 다천체분광 / 광시야관측기술광학 / 광기계 / 냉각기술고분산분광 / 센서구동기술 전략적중요도와연구수준, 전략적중요도와시급성, 시급성과연구수준 을분석하여핵심요소분야로도출된과학주제와기술분야를매칭하여중 점추진과제를도출함 < 그림 6> 중점추진과제선정을위한포트폴리오분석

80 지구-달계, 행성및태양계소행성 : 탐사위성개발국가에서관측자료를배타적으로소유하고있기때문에후발국에서진입하기어려운분야이며, 현재달과학을중심으로활발한연구가시작되는단계임 지구의상층대기와행성대기 : 상층대기및행성대기관측은중대형위성 / 탐사선을이용하여야가능하기때문에선진국위주로연구가진행되어왔으며, 국내에서는연구인력과관측인프라가부족한상황임 행성자기권을포함한태양계내우주플라즈마 : 태양및지구자기권에대한연구는국내에서비교적일찍시작되어지상기반관측및해외위성관측자료를이용한연구가활발히진행되고있음. 선진국수준으로도약하기위해서는국내독자적인위성관측인프라구축이시급함 우주관측기반천체물리학 : 국내우주망원경을활용한천체물리학연구는소형위성에국한되어소규모사이언스위주로연구되고있으며, 큰규모의사이언스는국제협력을통해일부수행하고있음. 선진국수준의사이언스를기획하고독자적인연구분야를개척하기위해서국내중 / 대형우주망원경개발이절실함 < 표16> 연구분야별선진국대비연구 기술수준 분야 선진국대비수준 1 차분류부족다소부족동등우월 보다 우월 지구 - 달계, 행성및태양계 소행성 지구의상층대기와행성대기 행성자기권을포함한태양계내 우주플라즈마 우주관측기반천체물리학

81 SWOT 분석을통한전략수립가. 기회 / 위협요인 [ 기회요인 ] 세계적인경제불황으로예정되어있던우주과학분야국제대형프로그램에상대적으로안정적인한국의참여가요구되고있음 - NASA 등과같은해외최고수준의기관에있는연구자들이한국에서의연구활동에관심을가지며, 한국과의국제협력을위한공동연구 사업아이템의수요가증대 우주개발은획기적인발전과기존기술의한계를돌파하는신기술의창출및신산업창출을위한국가전략분야로써최근국내에서도우주자산이증가함에안정적인운영을위한우주환경연구의필요성이강조되고있음 우주환경이실생활과밀접해지면서우주기상정보의전문화고도화된정보가요구되고있음 [ 위협요인 ] 우주분야의특성상일부선진국중심으로경쟁진입장벽이형성되어국제공동연구프로젝트참여가쉽지않음 중국, 대만, 인도, 브라질, 이란등과같은후발국가들은 GDP 대비우주개발예산에투자확대로인하여국제사회에서한국의우주국제경쟁력저하됨 정부투자에대한경제적단기성과요구로인하여타분야에비해예산획득의어려움 나. 강점 / 약점요인 [ 강점요인 ] 최근 15 년동안우주과학분야의꾸준한성장으로대형프로젝트를수행할수있는인력규모및선진국수준의연구역량확보

82 연구자나소그룹형태로 FIMS 나 NST 등의소규모프로젝트를수행함으로써우수성과를창출한경험보유 GMT 등과같은거대연구시설을국제협력을통해구축한경험을기반으로한선진국수준의연구역량및긴밀한국제협력네트워킹확보 [ 약점요인 ] 해외선진국은우주기술과우주과학이균형을이룬중장기계획이수립되어있는반면에단기간우주분야투자에서선택과집중에의해현재대부분의우주관련국가주요계획이우주기술개발분야로편중되어있음 개인연구자네트워킹중심의산발적소규모과제수행으로인하여인력, 예산등의자원분산으로전략적으로수행되지못함 우주관측장비의부재로인하여지상관측장비만을활용한제한적인연구가추진되고있음

83 < 표 17> SWOT 분석을통한전략 내부환경외부환경 강점 (Strength) 우주환경 태양활동분야의선진국수준의연구역량확보 최첨단거대연구시설구축프로젝트참여경험보유 우주과학분야의긴밀한국제협력네트워크기회 (Opportunity) NASA 등의국제우주과학프로그램에한국의참여요청 우주자산에대한우주환경영향증가에따른우주과학의필요성증가 우주기상정보수요처의요구증대 약점 (Weakness) 우주과학분야의체계적인국가연구개발로드맵및투자미흡 산발적소규모과제중심의연구진행으로인한자원 ( 인력, 예산등 ) 분산 지상관측장비만을활용한제한적연구위협 (Threat) 선진국중심의경쟁진입장벽으로인한핵심기술획득의제한 정부투자에대한경제적단기성과요구 SO 전략 ( 강점과기회요인의시너지효과 ) ST 전략 ( 강점으로위협요인극복 ) 기술협력을통한국제적우주과학프로그램참여 - 탑재체, 코로나그래프, 적외선우주망원경 우주기상의민간, 군수요대응을위한우주과학프로그램개발 우주과학투자증대를통한우주개발의위험분산 과학임무중심의차세대중소형위성개발 활용 WO 전략 ( 약점을극복하고기회요인활용 ) WT 전략 ( 약점을최소화하고위협요인극복 ) 달탐사, 우주자산보호등우주개발중장기계 획과연계되는우주과학프로그램수행 국가우주과학로드맵수립을통한선택과집중 대국민과학대중화활동으로우주과학등 기초연구특성의이해확장 오픈이노베이션을 통한 융 복합 기술 개발및신산업육성 - 엄폐광학계측정기술개발, 적외선센서개발 및운용기술활용

84 제 4 장비전및목표 비전창의적우주과학연구강화를통한우주선진국진입 전략목표 중점추진과제 1. 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 1-1. 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 1-2. 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보를통한근지구우주환경연구및우주환경예 경보체계고도화 2. 안전한우주활동을위한태양활동규명 2-1. 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구 2-2. 중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 2-3. 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 3. 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 3-1. 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 3-2. 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구 3-3. 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구

85 국가우주개발중장기계획과의연계성 우주개발중장기계획 본과제 세부전략 주요내용 전략분야 중점추진과제 지구이온층및자기권연구강화 우주기반태양관측과태양위험감시시스템구축 우주기원규명을위한심우주관측우주망원경개발 국내우주자산보호를위한지구이온층과자기권상시감시체제구축 근지구우주환경이위성및인체에미치는영향연구 정지궤도복합위성및차세대중 소형위성이용태양관측탑재체개발과국제협력프로그램참여를통한기반기술확보 태양에의한우주환경변화로부터위성, 항공, 통신등국가자산을보호하기위한태양위험감시시스템구축 차세대소형위성활용과우주망원경국제협력프로젝트참여를통한우주망원경기반기술확보차세대중형위성을이용우주망원경개발을통해심우주탐사우주망원경핵심기술확보및우주가속팽창등우주과학연구국내주도국제협력으로 3m급심우주탐사우주망원경을개발하여선도적인빅사이언스연구 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 안전한우주활동을위한태양활동규명 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보를통한근지구우주환경연구및우주환경예 경보체계고도화국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구

86 - 43 -

87 제 5 장전략목표별중점추진계획 전략목표 1. 국가우주자산보호를위한근지구우주환경이해 1. 배경및필요성가. 사회문화적관점 1992 년우리별 1호발사이후, 다수의국적인공위성이전리층및자기권공간에서운용되고있으며, 이들위성을보호하기위한위성상주공간의지속적인감시및연구가요구됨 근지구우주환경변화는위성영향뿐만아니라, 통신장애, 우주방사선피폭, 전력망손상등광범위한분야에서현대산업사회에영향을미칠수있으며 2009 년발표한미항공우주국 (NASA) 의연구결과에의하면, 심각한수준의근지구우주환경변화에의해약 2조달러의경제손실이발생할수있다고경고하고있음 최근국내에서는방송, 통신,GPS, 환경, 기상, 재난, 군사분야산업의위성의존도가빠르게증가하고있기때문에심각한수준의우주환경변화가발생할경우막대한피해가예상됨 이러한우주재난에대비하기위해국립전파연구원과기상청에서는우주전파환경과우주기상에대한예 경보업무를시작하였지만, 위성을이용한근지구우주환경관측자료는외국위성자료에전적으로의존하고있음 나로호발사및주변국의우주경쟁으로우주과학에대한국민적관심이증대되고있는상황에서근지구우주환경연구에대한투자로우주과학분야에서소기의과학성과를창출할수있음 2012 년도우주관련분야투자액 ( 연구기관 )2,389 억원중 20 억원이하의예산만이근지구우주환경연구에투자되고있는것으로추정됨

88 나. 경제 산업적관점 2013 년전세계우주관련산업 ( 위성, 발사체, 서비스포함 ) 은 1959 억불의시장규모를형성하고있으나국내우주산업의규모는약 1조 4,400 억원 (14 억불 ) 규모로세계시장의 1% 도안되는규모임 ( 출처 :2013 년우주산업실태조사보고서 ) 우주관련사업은고부가가치산업이며, 다른분야산업에로의파급효과가크고, 양질의일자리를창출할수있기때문에정부에서는우주개발계획등을통하여우주관련산업을육성하기위해적극적으로노력하고있음 국가우주개발계획의성공적추진을위해우주재난에대한적절한대비가요구되며이를위한근지구우주환경관측인프라 ( 위성 ) 구축과기반연구가시급히요구됨 다. 기술적관점 지금까지국내우주개발투자는위성체에집중되어소기의성과를이룬것으로보이나, 우주기술의핵심이라할수있는탑재체분야의기술력은미흡한실정임 * 다목적실용위성및정지궤도복합위성의경우광학탑재체를해외기술에의존하고있음 근지구우주환경관측탑재체는대부분경량으로실패에따른위험부담이적고국제협력및기술이전이용이함 * 광학탑재체는군사목적으로사용될수있기때문에선진국에서는기술협력을꺼리나우주과학분야는연구자들간기술교류가빈번하게이루어지고있음 근지구우주환경관측탑재체는우리별 3호부터자체개발하여국내위성에탑재되어왔으며기술적도약을위한기반기술이갖추어져있음

89 < 표 18> 지금까지개발된근지구우주환경관측탑재체 탑재위성발사년근지구우주환경탑재체관측대상 우리별 3 호 1999 다목적실용위성 1 호 1999 과학기술위성 1 호 2003 ETP(Electron Temperature Probe) SPS (Space Physics Sensor) SPP (Space Physics Package) FIMS (FUV Imaging Spectrograph) 전리권플라즈마관측전리권플라즈마관측전리권플라즈마및자기권입자관측오로라및대기광관측 * 차세대소형위성 1호 2016 ISSS 정지궤도기상위성 2018 KSEM(Korea Space Environment Monitor) 전리권및자기권입자관측자기권입자및자기장관측 FIMS 는천문관측을위한탑재체이나근지구우주환경관측에도일부활용됨 그러나이러한근지구우주환경관측탑재체는위성의주탑재체로한번도탑재되지못하고부탑재체로개발되어운용상에많은제약을받았으며연구이외우주전파환경및우주기상예 경보현업업무에활용하는데많은어려움이있었음 근지구우주환경에대한체계적인감시를위해서는근지구우주환경전용위성이필요함 우주환경관측자료의협업화를위해서는지속적인관측및감시가필요하며이를위해 1회성이아닌주기적인근지구우주환경위성발사로연속적인자료확보가이루어져야함 2. 최종목표및내용가. 최종목표 근지구우주환경감시위성을통해근지구우주폭풍연구, 자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명등근지구우주환경연구에활용하고우주환경감시및예 경보에도활용

90 < 그림 7> 지구전리권변화의사회적영향 나. 연구 기술개발내용 격변태양풍에의한근지구우주폭풍연구 자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명 우주환경예 경보체계고도화 3. 국내 외기술개발동향가. 선진국기술개발동향 미국, 일본, 유럽등우주선진국에서는근지구우주환경변화연구가활발히진행중에있으며, 특히격변우주환경연구가지구자기권및전리층 / 고층대기에서활발히수행중에있음 이를위해서 THEMIS,VAP,MMS,GOES,ICON 등이국제협력을통해수행및계획중에있음

91 THEMIS(The Time History of Events and Macroscale Interactions duringsubstorms) - NASA의 Explorer 프로그램중중형급위성 (Medium-class Explorer) - 과학임무 오로라발생의원인이되는지자기부폭풍 (substorm) 의원인과거시진화과정을규명 지구방사선대생성기작규명 태양풍과지구자기장의상호작용관측 달주변플라즈마환경관측 - 탑재체 5 ev에서 1 MeV 에너지대역이온및전자, DC부터 > 4 khz까지의전자기파동관측 Electric field instruments (EFI), Fluxgate magnetometers (FGM), Search coil magnetometers (SCM), Electrostatic analyzers (ESA), Solid state telescopes (SST) 5개의관측장비로구성됨 < 그림8> 5기의 THEMIS 위성 VAP(VanAlenProbes 1) ) - Living with a Star 프로그램 - 과학임무 지구방사선대입자의가속및이동과정규명 지구방사선대전자소멸에대한정량적이해 지자기폭풍에의한지구방사선대변화이해 1) 원래이름은 Radiation Belt Storm Probes 였으나, 발사후개명

92 < 그림 9> 반알렌벨트를연구하기위한 Van Allen Probes - 탑재체 : 방사선대를통과할때, 방사선에잘견딜수있도록설계된 5 개의 관측장비 (ECT, EMFISI, EFW, RPS, Van Allen Probes Ion Composition Experiment) 로구성됨 < 그림10> VAP 위성구성도 MMS(MagnetosphericMultiscale) - 관련위성프로그램 : Solar Terrestrial Probe 프로그램 - 과학임무 자기장재결합의발생및진행과정규명 확산영역 (Diffusion Region) 의구조관측

93 자기장재결합과정에서터뷸런스의역할규명 자기장재결합에의한입자가속현상연구 < 그림11> MMS의주요한관측임무 : 자기자기장꼬리에서발생하는자기장재결합 - 탑재체 : 총 13 개의관측장비를탑재함. 전례없던분해능인 1000분의 1초 (miliseconds) 로플라즈마입자의속도, 전자기장의변화를지구자기권의낮및야간지역에서자기장재결합이발생하는영역에서현장관측을위한 13개의관측장비탑재 < 그림 12> MMS 위성의플라즈마관측장비들 < 그림 13> 4 기의 MMS 위성 ICON(IonosphericConnectionExplorer) - 관련위성프로그램 : Explorer 프로그램

94 - 과학임무 전리권격변의원인이해 지구대기와우주환경과의에너지및운동량의결합규명 태양풍과자기권의영향이대기- 우주공간계에어떻게변화를주는지를이해 < 그림 14> 태양활동에의해이온층과열권이상호작용을하면서변화 - 탑재체 : 4 개의이온층관측기로구성 중성대기바람장과온도를측정하기위한 Michelson Interferometer for Global High-Resolution Thermospheric Imaging (MIGHTI) 주간의전리권고도와밀도를측정하기위한 Extreme Ultra-Violet (EUV) 주간의대기성분과야간의전리권을측정하기위한 Far Ultra-Violet (FUV) 위성위치에서의전기장을측정하기 Ion Velocity Meter (IVM) < 그림 15> ICON 의관측탑재체 < 그림 16> ICON 의열권 / 전리권관측 예상도

95 나. 국내기술개발동향및수준 인공위성을이용한근지구우주환경연구는 1992 년발사된우리별 1호부터시작됨. 우리별 1호에는우주방사선에의한반도체소자의성능감쇠를측정할수있는탑재체가실렸으며이를통해간접적으로우주환경자료를확보할수있었음. 이러한우주환경관측은우리별 2호와 3호로계속이어짐 1999 년발사된다목적실용위성 1호 ( 아리랑 1호 ) 에는부탑재체로우주환경을관측하기위한 SPS(SpacePhysicsSensor) 가탑재됨 - SPS의과학임무 : 저궤도에서의고에너지입자관측및전리권플라즈마의밀도와온도측정 - 탑재체구성 : SPS는 3 개의주요관측기로구성됨 HEPD(High Energy Particle Detector) : 위성상주공간에존재하는고에너지입자관측 LP(Langmuir Probe): 전리층플라즈마의밀도와온도측정 ETS(Electron Temperature Sensor): 전리층플라즈마의전자온도측정 < 그림 17> 다목적실용위성 1 호에탑재된과학탑재체 SPS(Space Physics Sensor) - 궤도 : 680 km 태양동기궤도 - 주요성과 지자기폭풍발생시전리권플라즈마의변화관측

96 적도지역전리권플라즈마의불균일현상관측 동일지역시에서전리권플라즈마의전지구적분포관측 2003 년발사된과학기술위성 1호에는아리랑 1호에서얻은경험을바탕으로보다향상된성능을갖는우주과학탑재체 SPP (Space Physics Package) 를개발하여탑재함 - SPP의과학임무 : 지구자기장을따라극지역으로침투하는플라즈마입자들을관측하고이로인해발생하는오로라와전리권플라즈마관측 과학기술위성 1호의주탑재체는 FIMS(Far-UltravioletImaging Spectrograph) 로천문관측을위한카메라가탑재되었는데,FIMS 는우주환경의중요한요소인오로라를관측하는데도활용됨. 원자외선분광기는향후우주환경관측위성의주요한탑재체로활용될수도있음 - 탑재체구성 : SPP는 4개 (ESA, SST, LP, SM) 의주요관측기로구성됨 < 그림 18> 과학기술위성 1 호에탑재된 SPP (Space Physics Package) 2016 년발사예정인차세대소형위성 1호에는과학탑재체로 ISSS (Instrumentsforthe Study ofspace Storms) 가탑재되어우주폭풍이발생했을때위성궤도에서일어나는물리현상을관측한예정임 - ISSS의과학임무 : 태양활동에의한우주폭풍이발생할경우, 자기권및

97 전리권에서발생하는물리현상탐구 - 탑재체구성 : ISSS 는 5 개 (MEPD, HEPD, LP, RPA, IDM) 의주요관측기로 구성되어있으며, KAIST 에서개발을주관하고있음 < 그림19> 현재개발중인차세대소형위성 1호 (NEXTSat-1) 기상청에서는 2017 년발사를목표로정지궤도기상위성을개발중에있으며, 이위성에탑재될부탑재체로 KSEM (Korea Space Environment Monitor) 을실을예정임 - KSEM의임무 : 위성보호를위해정지궤도상에존재하는고에너지전자와지구자기장변화를관측하여우주기상예 경보업무에적용 - 탑재체구성 : KSEM은 3개 (PD, MG, CM) 의주요관측기로구성되어있으며, 경희대에서개발을주관하고있음 < 그림 20> 정지궤도기상위성에탑재되는 KSEM 의구성도

98 4. 추진전략 근지구우주환경전용위성개발 - 근지구우주환경전용위성을개발하여수요처 ( 국립전파연구원, 기상청 ) 에서우주환경예 경보현업업무에활용 - 이를통해국내위성보호및우주재난에대비 - 현재정부에서추진하고있는차세대소형위성혹은중형위성플렛폼을활용하여비용을절감할수있고, 위성탑재체에대한자력기술을확보할수있음 국내위성에부탑재체로우주환경관측기탑재 - 지구정지궤도위성의경우, 위성의개발비용이많이소요되기때문에, 우주환경전용위성으로활용하는데무리가있음. 따라서국내서발사하는정지궤도위성에부탑재체로우주환경관측기를탑재하여관측자료를활용할수있음 국제협력을통한탑재체공동개발 - 우주환경관측탑재체는다양한종류가존재하며국내서이모든탑재체를자체개발하는것은비효율적임 - 과감한국제협력을통하여국내기술이부족한탑재체의경우, 해외관련기관과협력할필요가있음 근지구우주환경탑재체개발및활용을위한중장기계획마련 - 체계적인우주환경탑재체개발및위성발사계획을통하여국제경쟁력있는기술력을확보할수있음 - 탑재체및위성개발뿐만아니라, 위성자료활용을위한계획도같이마련하여체계적인투자가이루어져야함 국제우주탐사프로그램참여 - 우주개발선진국도모든우주환경을독자적으로감시할수는없음. 따라서우주환경연구및감시를위한국제협력이활발히진행되고있으며, International Living with a Star가대표적인국제프로그램임. 한국이국제우주탐사프로그램에참여할수있는적절한지원과계획이필요함

99 5. 전략과제및주요연구개발내용 ( 향후10 년 ): 근지구우주환경감시기반구축 - 국내기술기반우주환경감시위성개발및운영 - 국제협력을통한지상 위성기반우주환경관측체계마련 ( 향후20 년 ): 근지구우주환경감시선진화 - 한반도및국내위성상주공간에대한근지구우주환경감시위성망구축 - 근지구우주환경국지적 / 기상 기후예보모델개발 ( 향후30 년 ): 근지구우주환경감시고도화 - 국제우주프로그램주도및태양활동-우주환경감시망확충 - 독자적인근지구우주환경통합예보모델개발 전략과제차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구우주환경연구선진화및우주환경예 경보체계고도화 개요근지구우주환경의급격한변화로부터국가우주자산을보호하기위하여, 위성상주공간인지구전리권및자기권을관측할수있는우주환경감시위성을 5년마다발사하여우주환경감시및예 경보에활용 NASA, ESA, JAXA 등에서수행하는우주환경위성프로그램에국내개발탑재체참여및발사후자료의공동활용 1) 근지구우주환경감시위성개발 연구기술개발목표 - 근지구우주환경전용위성 ( 차세대소형위성또는중형위성 ) 을 5년마다발사하여우주환경예 경보에활용할수있는관측자료확보및세계를선도할수있는근지구우주환경연구역량강화 주요연구내용 - 근지구우주환경탑재체국내주도개발 - 우주환경전용관측위성발사및운용 - 우주환경관측자료수신및처리시스템개발 - 우주환경관측자료활용

100 년도별연구내용 년도 연구내용 1차년도 근지구우주환경관측임무분석 2차년도 우주환경탑재체사양정의 3차년도 우주환경탑재체및위성설계 4, 5차년도 우주환경탑재체및위성제작 6차년도 우주환경전용위성운용및자료활용및자기권-전리권연구 연구기술 인프라수준및목표 ( 세계최고선진국이 100 기준일때우리수준 ) < 표 18> 근지구우주환경감시위성개발관련연구분야의수준 연구분야연구수준 (%) 격변태양풍에의한근지구우주폭풍이해자기권 -전리권 / 고층대기 -저층대기상호작용규명 전문인력보유정도 (%) 연구수준목표 (%) < 표 19> 근지구우주환경감시위성개발관련기술분야의수준 기술분야 기술수준 (%) 전문인력인프라기술목표 (%) 보유정도 (%) 구축정도 (%) 확보방안 관측기술 국제공동 정보처리기술 독자개발 활용기술 독자개발 추진방법 : 주요수요처인미래부 ( 국립전파연구원 ), 기상청등의요구사항을수용하여활용도를극대화하고, 산 학 연공동개발추진 - 자료활용이예상되는미래부 ( 국립전파연구원 ) 및기상청의요구사항수용 - 우주핵심기술의산학연협력개발 - 국내개발이어려운탑재체는국제협력을통해개발 - 학 연공동으로근지구우주폭풍및자기권-전리권 / 고층대기-저층대기상호작용규명연구

101 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1차년도 500 2차년도 1,000 3차년도 5, 차년도 10, 차년도 3,000 합계 20,000 2) 근지구우주환경관측위성국제협력 연구기술개발목표 - 국제우주환경관측위성프로그램에국내개발탑재체참여를통한국제공동우주감시망구축 주요연구내용 - 선진국위성프로그램선행연구참여 - 근지구우주환경탑재체개발 - 우주환경관측자료공동활용 년도별연구내용 년도 연구내용 1 단계 ( ) 국제협력주제발굴, 학계의견수렴, 국제워크숍개최 2 단계 ( ) 3 단계 (2020) Phase-A&B 사업참여, 탑재체사양도출및예비설계제안서공동작성협약체결우주환경관측위성공동개발을위한상세설계시작 4 단계 ( ) 탑재체개발, 위성발사및초기운용 5 단계 (2026 이후 ) 우주환경관측자료공동활용을통한국제공동연구

102 연구기술수준및인프라수준 ( 세계최고선진국이 100 일때의기준임 ) < 표 21> 근지구우주환경관측위성국제협력관련연구분야의수준및목표 연구분야연구수준 (%) 격변태양풍에의한 근지구우주폭풍이해자기권-전리권 / 고층대기-저층대기 상호작용규명 전문인력보유정도 (%) 연구수준목표 (%) < 표 22> 근지구우주환경관측위성국제협력관련기술분야의수준및목표 기술분야기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 관측기술 국제공동 정보처리기술 독자개발 활용기술 독자개발 추진방법 - 국제우주환경관측위성탑재를위한관측기의산학연협력개발 - 해외위성프로그램참여를위한협약체결 - 산학연협력을통해개발한국산탑재체를해외위성에탑재 - 관측자료의공동연구및활용을위한인적교류 - 근지구우주환경에대한국제공동연구추진 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1단계 ( ) 300 2단계 ( ) 300 3단계 (2020) 200 4단계 ( ) 12,200 5단계 (2026 이후 ) 2,000 합계 15,

103 6. 로드맵 1-1. 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 1-2. 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구우주환경연구선진 화및우주환경예 경보체계고도화

104 세부전략과제 RFP 차세대소형위성및중형위성을활용한근지구우주환경연구 연구개발목표 연구개발필요성 주요내용및범위 세부연구내용 추진방법 파급효과및활용방안 근지구우주환경감시위성을 5 년마다발사하여우주환경감시및예 경보에활용 근지구우주환경의급격한변화로부터국가우주자산보호 국내주도로개발한근지구우주환경관측기를탑재한우주환경전용위성 ( 차세대소형위성또는중형위성 ) 을 5 년마다발사하여우주환경감시및예 경보에활용 - 근지구우주환경탑재체국내주도개발 - 우주환경전용관측위성발사및운용 - 우주환경관측자료수신및처리시스템개발 - 우주환경관측자료활용연구 주요수요처인미래부 ( 국립전파연구원 ), 기상청등의요구사항을수용하여활용도를극대화하고, 산 학 연공동개발추진 - 자료활용이예상되는미래부 ( 국립전파연구원 ) 및기상청의요구사항수용 - 우주핵심기술의산학연협력개발 - 국내개발이어려운탑재체는국제협력을통해개발 국내독자적인우주환경감시체계구축을통한우주환경예 경보정확도향상및이를활용한우주재난대비 - 국내기술주도의우주환경관측탑재체개발로우주환경위성관측기술경쟁력강화 - 우주환경감시체계구축을통한위성오작동, 통신장애, GPS 오차, 우주방사선피폭등의우주재난대비 - 우주환경예 경보대국민서비스의신뢰성확보 - 안정적우주탐사수행을위한우주환경정보제공 1 년차근지구우주환경관측임무분석 2 년차우주환경탑재체사양정의 연차별 연구개발 3 년차우주환경탑재체및위성설계 4,5 년차우주환경탑재체및위성제작 6-8 년차위주환경전용위성운용및자료활용 ( 단위 : 억원 ) 연구기간및 소요연구비 구분 합계 합계

105 국제공동개발을통한우주환경탑재체선진기술확보와근지구 우주환경연구선진화및우주환경예 경보체계고도화 연구개발목표 연구개발필요성 주요내용및범위 세부연구내용 추진방법 파급효과및활용방안 국제우주환경관측위성프로그램에국내개발탑재체참여를통한국제공동우주감시망구축 - 근지구우주환경감시는한국가에서추진하기에는범위가너무넓음 - 국제협력으로개발된다중위성을활용하여우주환경감시의지속성, 정확도를확보할수있음 - 우주환경의효율적인감시및비용절감을위해국제우주환경프로그램참여를통한국제공동우주환경감시망구축 - 해외주도개발위성 ( 예 : NASA 의 DYNAMIC 및 MEDICI) 에국내개발관측기를탑재하여세계적수준의우주환경관측자료확보 - 선진국위성프로그램선행연구참여 - 근지구우주환경탑재체개발 - 우주환경관측자료공동활용 국제우주환경관측위성탑재를위한관측기의산학연협력개발 - 해외위성프로그램참여를위한협약체결 - 산학연협력을통해개발한국산탑재체를해외위성에탑재 - 관측자료의공동연구및활용을위한인적교류 국제공동우주환경감시망구축을통한우주재난국제공조체계수립 - 우주환경자료의공동관측및활용을통한국제사회기여 - 해외위성프로그램참여를통한국내탑재체기술력의세계수준인증 - 우주재난대비국제공조강화 - 선진국우주기술습득기회제공 연차별 연구개발 1단계 ( ) 2단계 ( ) 3단계 (2020) 4단계 ( ) - 국제협력주제발굴 - 학계의견수렴 - 국제워크숍개최 - Phase-A&B 사업참여 - 탑재체사양도출및예비설계 - 제안서공동작성 - 협약체결 - 우주환경관측위성공동개발을위한상세설계시작 - 탑재체개발 - 위성발사및초기운용 5 단계 (2026 이후 ) - 우주환경관측자료공동활용 ( 단위 : 억원 ) 연구기간및 소요연구비 구분 합계 합계

106 전략목표 2. 안전한우주활동을위한태양활동규명 1. 배경및필요성가. 사회문화적관점 최근 NASA 는국제우주정거장에설치할태양코로나관측기의공동개발을한국측에제안으로써, 한국이국제우주정거장활용국으로진입할수있는기회임 ( ) 현재까지는외국의관측데이터를받아오는수혜자입장이나, 한국이관측한데이터를세계로분배하는제공자로바뀌며, 태양과별의과학적난제해결의단초를제공함 나. 경제 산업적관점 태양분출현상은인공위성피폭및수명단축, 무선통신장애유발을일으켜사회경제적피해를줌 태양폭발현상은태양전파잡음을증대시키고고에너지입자를발생시켜무선통신장애및고고도운항항공기승무원의방사선피폭을유발함 태양분출현상을관측하기위해서는태양코로나그래프가필요하고태양폭발현상을관측하기위해서는 X선영상분광기가필요함 코로나그래프와 X선영상분광기개발을통하여우주용신기술을습득하고기술이전을통하여우주산업에기여함 태양위험관측기술은우주환경예 경보에직접적용되며인공위성및무선통신등의국가자산보호에활용됨 다. 기술적관점 태양관측기기등우주관측기기의개발은우주핵심기술확보를촉진하고산업체의기술역량을강화하여신시장창출을할수있음 차세대태양코로나그래프는우주용성능을만족해야하며그핵심기술중하나인엄폐광학기술은 LED, 광케이블등표면조도측정에활용되어정량화된색상과밝기를가진제품군제작등중소기업의경쟁력을강화

107 할것으로기대되며, 다른핵심기술은고정밀광학계기술은정밀공구검사장비에활둉이되는초정밀연마및가공공정가술이므로신기술, 신산업육성에기여함 태양코로나그래프의검출기인고감도고속 CCD 의기술은고속신호처리기술, 영상안정화기술, 군사용적응광학기술등첨단기술이적용되며, 초저조도고석머신비전개발및고부가가치를지닌초정밀공정및장비개발기술에적용됨 태양 X선영상분광관측에적용된고감도 X선측정기술은저비용위성탑재체개발에기여하고, 고감도저비용 X선검출기에적용됨 2. 최종목표및내용 가. 최종목표 안전한우주탐사를위한태양활동규명 나. 연구 기술개발내용 지구에영향을미치는코로나의물리적특성규명 - 태양코로나의속도, 온도, 밀도결정 : 코로나물질방출관측연구 태양표면에서발생하는자기재결합및플레어발생기작규명 - 플레어격변간계에서의고에너지입자가속과정연구 위성탑재첨단기기를이용한태양활동관측시스템개발 - 소형코로나그래프 : Rs, 10분 - X-선분광관측기 : 1 kev - 20 MeV, 0.1초 3. 국내 외기술개발동향가. 선진국기술개발동향 플레어 (flare) 및코로나질량방출 (CME) 은강력한태양활동현상으로근지구우주환경의극심한변화를발생시키는주요원인임. 선진국에서는이러한변화에의한우주통신및산업피해를방지하기위하여플레어와

108 CME 에대한태양물리학적이해를바탕으로근지구우주환경변화를예측하고자하는노력이이루어지고있음 미국 (1) SOHO/LASCO 1995 년에발사되어태양-지구사이중력안정점 (L1) 에서운용되고있는 SOHO(Solarand Heliospheric Observatory) 는미항공우주국 (NASA) 와유럽우주기구 (ESA) 의국제협력프로젝트로서 4.3m x2.7m x3.7m 의크기에태양전지판을펼쳤을때폭은 9.5m 이고, 발사시총중량 1850kg, 탑재체중량은 610kg 에이르는대형우주선 (spacecraft) 임 SOHO 는 11 종의다양한태양우주환경관측탑재체와함께 태양반경을관측할수있는 LASCO(Large Angle Spectroscopic Coronagraph) 를탑재하고있음.LASCO 는표 1과같이관측시야와방식이각각다른 C1,C2,C3 의 3개코로나그래프로구성되어있음 미해군연구소 (NavalResearchLaboratory,NRL) 의주관아래영국버밍험대학 (University of Birmingham) 우주과학과 (Department of Space Research, DSR), 프랑스천문우주연구소 (Laboratoire d Astronomie Spatiale, LAS), 독일막스플랑크초고층대기연구소 (Max-Planck-Institut furaeronomie,mpae) 가참여했으며,MPAe,LAS,NRL 이각각 C1, C2,C3 를담당하여제작하였음 < 그림 21> SOHO 에탑재된 LASCO

109 (2) STEREO/COR STEREO(SolarTerestrialRelationsObservatory) 는 NASA 의 STP(Solar TerestrialProbes) 프로그램의세번째미션으로, 지구궤도면상에서지구의앞쪽 (Ahead) 과뒤쪽 (Behind) 에두대의동일한위성을배치해태양의코로나활동을실시간관측하고있음 2006 년 10 월 26 일발사된 STEREO 의쌍둥이위성은지구앞, 뒤로매년 ±22 씩사이각을늘려가면서태양코로나에서발생하는코로나물질방출 (CME) 현상을양측면에서관측하여최초로 CME 발생과진행양상의 3차원적으로이해가가능해졌음 전체미션은미국의주도아래미국의 NRL(Naval Research Laboratory), Lockheed Solarand AstrophysicsLaboratory,Goddard SpaceFlightCenter, 영국의버밍험대학,Rutheford Appleton Laboratory, 독일의 Max Plank InstituteforSolarSystem Research, 벨기에의 CenterSpatialedeLeige, 프랑스의 Institutd Optique,Institutd AstrophysiqueSpatiale 등의참여로이루어졌음 무게약 620kg, 길이약 1.15m 급의쌍둥이위성에는태양의 CME 현상을태양표면에서부터태양-지구간공간까지연속적으로관측할수있도록각각다른파장대와시야를가진 5개의망원경으로조합된 SECCHI(Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation) 가주관측기로서탑재되어있음 기존의코로나그래프와비교해 STEREO 가갖는가장중요한특성은동일한두대의위성이태양을중심으로특정사이각을갖고공전하며태양을관측하고있다는것임. 이는기존의코로나그래프가태양-지구를잇는연결선상에서차폐기를이용해태양면을가리기때문에발생하는문제, 즉,CME 등의활동이발생하는초기단계를관측할수없고, 특히지자기변화에가장큰영향을미치는지구방향 CME 를제대로관측, 추적할수없다는단점을보완하기위해시도되었음 특히,STEREO 는하늘면에투영된속도및크기측정에만국한되었던기존의한계를극복하여 CME 등의실제진행속도및크기를측정할수있으며, 자연스럽게낮은코로나지역의현상및 CME 등의 3차원적구조에대한연구도이루어질수있다는큰장점이있음

110 < 그림 22> STEREO 위성구성도 (3) CCOR(Compact Coronagraph) LASCO C2 및 C3 나 SECCHICOR2 와같은외부차폐기방식의코로나그래프에서가장주된미광은외부차폐기에서회절되어생기는빛임. LASCO C2,C3 와 SECCHICOR2 에서도외부차폐기에서회절되어발생하는빛을최대한억제하기위한기술들이적용되었나그것만으로는미광을충분히차단할수없었으며외부차폐기뒤쪽광학계를리오코로나그래프형태로구성해남아있는미광을차단해야했음. 만일외부차폐기에서발생하는회절광을코로나관측에적합한수준으로억제할수있다면뒤쪽광학계를매우단순하게구성할수있으며, 위성탑재체의제작비용, 중량, 크기등을고려할때이는매우큰장점으로작용함. 미해군연구소 (NRL) 는 2005 년부터이와같은개념의소형코로나그래프 (compact coronagraph, CCOR) 를고안하고미해양대기청 (NOAA), NASA 등과함께이를위한외부차폐기의회절광억제기술의꾸준해개발해왔으며, 현재이기술은코로나관측에적합한수준까지도달하여기술발전단계 (technologyreadinesslevel,trl) 에서기술적으로시연

111 이가능한 5 단계에진입하였음. 머지않아이기술을사용한 CCOR 가 실용화될수있을것으로예상되며 NASA 에서는현재 CCOR 형태의 코로나그래프개발을추진하고있음 (4) EASCO EASCO(Earth-A fecting Solar Causes Observatory) 는미항공우주국 (NASA) 에서추진하고있는 ILWS(InternationalLivingwithaStar) 미션이다. 다양한관측장비를갖춘탐사선을라그랑주점 L5 위치 ( 그림 4) 에보내지속적으로관측하는최초의미션으로, 우주환경측면이나과학적측면에서많은성과를이루어낼수있을것으로기대함 < 그림 23> 라그랑주점 L5 의위치 (Gopalswamy et al. 2011)

112 < 표 23> EASCO 에계획된탑재체 관측기관측량시야 Magnetic and Doppler Imager (MADI) 광구자기장, 속도 Full disk White-light Coronagraph (WCOR) 코로나영상 2 20 R Inner Coronal Imager at EUV (ICIE) 코로나영상 R Low-frequency Radio Telescope (LRT) 동적스펙트럼 R Solar Wind Plasma Instrument (SWPI) 플라스마물리량 In situ Solar Wind Magnetometer (MAG) 태양풍자기장 In situ Energetic Particle Detector (EPD) 태양고에너지입자강도 In situ (5) Hard X-ray Burst Spectrometer(HXRBS)/Solar Maximum Mission SolarMaximum Mission(SMM) 은미국 NASA 를주축으로수행된우주탐사미션으로다양한태양및우주환경관측기기를탑재하고 1980 년에발사되어 1989 년까지관측을유지하였음 고에너지입자관측기로서 HXR 영상및분광기와감마선분광기가최초로탑재되어, 강한폭발현상인플레어의고에너지연구에중요한자료를제공하였음. 그중 HXR 분광기인 HXRBS 는 keV 에너지대역을 15 채널을통하여 0.1 초마다관측하였음 SMM 의총중량은 2315kg 이며,HXRBS 는총 44kg 이고소비전력은 7Wat 임. 두개의 scintilation detector 는원판형 Cs I(Na) central detector,csi(na)activecolimatorelement,photomultiplier 로구성되어 (Orwigetal.1980)1980 년부터 1989 년까지관측을수행하였음

113 (6) RHESSI(Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) RHESSI 는태양및천체의 Hard X-ray 영상과분광을위해계획되었으며,2002 년 2월에발사되어현재까지운용되고있는소형위성미션임 미국버클리대학의우주과학연구 (SpaceSciencesLaboratory) 를주축으로 NASA 의 Goddard Space FlightCenter, 스위스의 PaulScherer Institute, 그리고미국 GeneralDynamics 가참여하였음 저궤도지구동기위성으로서 90 분의궤도주기중 30 분은지구의밤영역으로관측이불가함 본체는총중량 293kg, 직경 1.2m, 길이 2.6m 이며, 약 600km 상공에서 96.5 분주기로지구궤도운동을함. 관측에너지영역은 3keV 17MeV 이고, 특히 3-100keV 사이는 1keV 의고분해능스펙트럼을제공함 현재 10 년이상운용되고있으나발사당시의기대수명은 2년이었음을고려하면관측의연속성위한관측기개발및운용이조속히요구됨 < 그림 24> RHESSI 위성구성도

114 유럽 (1) Solar Orbitor/Spectrometer Telescope for Imaging X-rays(STIX) STIX 는 SolarOrbiter 위성미션에탑재되는 X선영상분광기임 총중량 1800kg, 크기 2.0m x 3.0m x 2.5m 로태양및우주환경현장관측을위한 10 개의기기 (180kg) 가탑재됨. STIX 는 4-150keV 에너지영역의분광및영상분광기로서스위스 ETH 취리히의 AstronomicalInstitute 를중심으로개발중임. 분광기는 64 개의개별 Cadmium-Zinc-Teluride(CZT)planar 검출기로구성되며,Cold finger 냉각으로약 25 도를유지한상태에서작동됨. 또한 RHESSI 에서활용성이입증된이동형감쇠기 (atenuator) 가부착되어관측플럭스포화현상을방지함. 본관측기기는이전보다더높은시공간분해능의 HXR 영상및분광자료를제공할수있으나, 그관측파장대역이상대적으로협소함 < 그림 25> Solar Orbiter 에탑재된 STIX 의구성도 ( 왼쪽 ) 및탑재위치 ( 오른쪽 )

115 나. 국내기술개발동향및수준 한국천문연구원 한국천문연구원에서는 2013 년위성탑재용코로나그래프개발을위한기획연구 ( 조경석등 2013) 를통하여향후국제경쟁력있는국제수준의과학임무를수행하고신뢰할수있는우주환경예경보정보를제공할수있는코로나그래프의요구성능을도출하기위해국외의코로나그래프운용현황을조사하고국제우주정거장및국내위성의지향정밀도등을조사하였음 이를바탕으로도출된코로나그래프의광학적요구성능 ( 시야 4-30 태양반경, 공간분해능 56 / 화소, 노출시간 13.5 초이내, 시간분해능 10 분이내 ) 과광학적요구사항에맞춘지향시스템의요구사항 (1K CCD 의경우지향정밀도 4, 지향안정도 1.3 / 초 ) 을도출하였음 천문연구원은 2014 년까지 CME 및고속태양풍의근지구우주환경영향과정규명연구분야의국제적선도그룹육성을최종목표로 태양활동과우주환경변화 에대해집중적인연구를수행하고있음. 선도그룹에서는그동안 CME 와유형 I 태양전파폭발과의관련성연구 (Cho et al. 2008), 플레어와관련된 CME 의자기재결합연구 (Bongetal.2006), 작은규모의 X- 선 /EUV 제트의관측연구 (Kim etal.2005b) 등을수행하여왔음. 우주환경예보의적중률향상을위해 CME 의지구영향정도에대한통계연구를수행하여 CME 의관측물리량 ( 속도, 지구방향정도, 자기장방향 ) 에따른지구자기장폭풍의규모와의상관성연구 (Kim et al. 2005a,2008a) 를수행하여독자적인예보모델을개발하였음 국립전파연구원 2011 년한국전자통신연구원은국립전파연구원의의뢰로정지궤도방송통신위성 ( 가칭 K-STAR), 소형저궤도위성 ( 가칭우주환경위성 ), 그리고라그랑지안 L1-point 위성탑재를전재로선진국의주요우주환경감시탑재체에대한사양분석연구를수행하였음 기상청 후속정지궤도기상위성의우주기상탑재체로서기상위성조건하에최

116 적의우주기상센서를선정하고개발방안을제안하기위한정지궤도기상위성우주기상탑재체개발을위한기획연구 ( 김용하등 2011) 를수행하였음 특히이들은국내수요가많은자료를제공할기기, 자료의국제공유가능성이높은기기, 우주기상예보의중요입력자료제공기기로서코로나그래프가가장유용하다고제시하고있음. 만약우리나라가경쟁력있는코로나그래프를개발한다면전세계적으로우주기상예보에중요하게활용될것이라고전망하였음 학계 아직국내에는태양관측위성개발경험이없음. 국내지상자료와외국의관측자료를활용한태양관측및연구는주로서울대학교, 경희대학교에서수행하고있음. 서울대는태양채층의미시적관측연구및태양고분해능자기유체현상연구등이진행되고있으며, 경희대는우주환경에영향을미치는코로나물질방출및태양고에너지입자연구에주력하고있음 경희대학교문용재교수연구팀은태양분출현상 (Kim et al. 2007, 2008b), 태양 EUV 분광관측연구 (Lee etal.2011),cme 3차원구조 (Na etal.2013), 태양프로톤현상연구 (Park etal.2010,2012), 태양플레어예보 (Leeetal.2012) 및지자기폭풍예보 (Jietal.2012,2013) 등에관한연구를수행하고있음. 한편마가라교수팀은태양분출현상에대한수치모델의개발과관측과의비교연구 (Magara& Tsuneta2008;Magara 2010) 를수행하고있음 서울대학교채종철교수연구팀은태양대기의자기유체역학적특성이해를위한연구에집중하고있음. 주요연구분야로는홍염과필라멘트의구조, 형성, 분출에대한연구 (Lim & Chae2009), 광구와채층의작은규모의자기상쇄현상연구 (Park etal.2009), 자기나선도구조와측정연구 (Jeong & Chae2007), 코로나루프 (Kwon & Chae2008) 등이있음

117 4. 추진전략 NASA 와같은기관과의국제공동개발을통해부족한우주핵심기술을이전받고관련기술및연구인력을양성 - 최근미국의어려운경제상황때문에 NASA에서는적극적으로국제협력파트너를찾고있으며, 코로나그래프의개발에한국의참여를타진해옴 - NASA에서제안되고있는국제우주정거장용코로나그래프개발에참여 (2017년): 주로전자부설계와제작에참여 - 국제공동개발을통해개발된코로나그래프를국내소형위성이나중형위성에탑재 : 전자부제작과광학설계에참여 - L5미션용탐사선의탑재목적으로코로나그래프개발에참여 (2022년): 전자부와광학부의설계와제작을독자적으로수행 SOHO/LASCO 를이을코로나그래프개발을통해세계적과학난제해결에도전 - SOHO는이미기대수명을넘겨곧활동을중지할것으로예상되며, 2022 년까지 SOHO/LASCO를이을후속위성용코로나그래프개발계획이없음 - 향후코로나그래프개발을위한계획을우주개발중장기계획에반영하고국가우주개발계획의연장선상에서진행될수있도록노력 5. 전략과제및주요연구개발내용 전략과제국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구중력안정점 L5용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 개요한미공동으로차세대소형코로나그래프를개발하여국제우주정거장에설치하고공동활용국제우주정거장사업참여를통해확보한코로나그래프개발기술을바탕으로국제 Top 수준의연구사업참여를통해국격제고및우주환경의핵심난제해결국제우주정거장및국제공동태양탐사선개발참여경험을국내탑재체개발에적용하여독자적인코로나그래프와 X-선영상분광관측기를확보

118 1) 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와속도등물리적특성연구 연구기술개발목표 - 한 미공동차세대소형코로나그래프를개발하여국제우주정거장에설치하고태양코로나의온도, 밀도, 속도결정등의물리적특성연구에활용 주요연구내용 - 코로나물질방출 (Coronal Mass Ejection: CME) 의초기발생과운동관측을위한광대역 (4 30 Rs) 코로나관측기술개발 - Flight 소프 [ 트웨어개발 - 광학부와전자부의인터페이스통합화 - 국제우주정거장설치및운영 온도밀도속도 < 그림 26> 태양코로나물리량예상결과및우주정거장용코로나그래프개념도

119 년도별연구내용 년도 연구내용 1차년도 공동연구협의 2차년도 국제우주정거장용소형코로나그래프기본설계 3차년도 국제우주정거장용소형코로나그래프상세설계 4-5차년도 국제우주정거장용소형코로나그래프제작및시험 6차년도 국제우주정거장설치 7-11차년도 운영및코로나의온도와속도등물리적특성연구 연구기술 인프라수준및목표 < 표 24> 코로나의온도와속도등물리적특성연구관련연구분야의수준및목표 연구분야 연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구목표 (%) CME 발생및가속과정 지구에영향을미치는 CME 의물리적특성 < 표 25> 코로나의온도와속도등물리적특성관련기술분야의수준및목표 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 엄폐기술 국제공동 이산광제거기술 국제공동 지향안정도유지기술 독자개발 우주광학기술 독자개발 광기계기술 독자개발 전자기술 독자개발

120 추진방법 : 한미공동코로나그래프개발을통한공동연구수행 - NASA: 광학계설계및제작전담 - 한국 : 영상안정화시스템, 전자부, 검출부제작 - 한미공동 : 태양코로나및 CME 관측연구 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1차년도 300 2차년도 1,200 3차년도 2,500 4차년도 3,000 5차년도 3,000 6차년도 3,000 7차년도 200 8차년도 200 9차년도 차년도 차년도 200 합계 14,000 2) 중력안정점 L5용국제공동태양탐사선개발참여를통한지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 연구기술개발목표 - 미국유럽연합등과태양-지구측면관측을통한지구에영향을미치는태양활동예측 주요연구내용 - 대형태양권탐사위성용차세대코로나그래프국제공동개발참여 - 중력안정점 L5 위치에태양탐사선을보내태양분출의지구도달과정을관측

121 < 그림 27> 중력안정점 L5 미션 (EASCIO) 의운영궤도 년도별연구내용 년도 연구내용 1 차년도공동연구협의 2 차년도 L5 용소형코로나그래프기본설계 3 차년도 L5 용소형코로나그래프상세설계 4-6 차년도 L5 용소형코로나그래프제작및시험 7 차년도위성탑재시험 8-14 차년도운영및지구에영향을줄수있는태양활동예측연구

122 연구기술수준및인프라수준 < 표 26> 지구에영향을줄수있는태양활동예측연구관련연구분야의수준및목표 연구분야연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구목표 (%) CME 발생및가속과정 지구에영향을미치는 CME 의물리적특성 < 표 27> 지구에영향을줄수있는태양활동예측연구관련기술분야의수준및목표 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 확보방안 엄폐기술 국제공동 이산광제거기술 국제공동 지향안정도유지기술 국제공동 우주광학기술 독자개발 광기계기술 독자개발 전자기술 독자개발 추진전략및추진방법 : 미국, 유럽연합과국제공동개발및공동연구 - 미국 : 우주탐사선개발및운영 - 유럽연합 : 운영소프트웨어개발 - 한국 : 광학계, 전자부, 검출부참여 - 한국, 미국, 유럽연합 : 코로나물질방출의지구방향속도와 3차원구조정밀관측

123 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1차년도 400 2차년도 2,600 3차년도 3,000 4차년도 4,500 5차년도 9,000 6차년도 6,000 7차년도 4,500 8차년도 300 9차년도 차년도 차년도 차년도 차년도 차년도 300 합계 32,100 3) 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 연구기술개발목표 - 차세대소형코로나그래프와 X-선영상분광관측기를활용한태양분출과자기재결합의과학적규명 주요연구내용 - 차세대소형코로나그래프와 X-선영상분광관측기를국내주도로개발하여국내위성에탑재하여발사운용함 - 코로나그래프 ( Rs) X-선영상분광기 (1 kev 20 MeV, 0.1초 ) 동시관측을통하여태양자기재결합과코로나물질방출의상관성규명

124 < 그림 28> 중형위성탑재용 X- 선영상분광기와코로나그래프를활용한태양분출및 자기재결합관측개념도 년도별연구내용 년도 연구내용 1-3 차년도 X- 선영상분광기기반기술개발 4 차년도위성임무분석 5 차년도국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기기본설계 6 차년도국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기상세설계 7-9 차년도국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기제작및시험 10 차년도국내위성탑재및시험 차년도운영및자기재결합을통한분출발생과정연구

125 연구기술수준및인프라수준 < 표 28> 태양분출과자기재결합연구관련연구분야의수준및목표 연구분야연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구목표 (%) CME 발생및가속과정 지구에영향을미치는 CME 의물리적특성 태양고에너지입자가속과정 태양플레어발생메카니즘 < 표 29> 태양분출과자기재결합연구관련기술분야의수준및목표 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 엄폐기술 국제공동 이산광제거기술 국제공동 지향안정도유지기술 국제공동 우주광학기술 독자개발 광기계기술 독자개발 X- 선검출기술 국제공동 검출기포화방지기술 독자개발 전자기술 독자개발

126 추진전략및추진방법 : 광학, 전자및검출부까지국내기술로코로나그래프독자개발및 UC Berkely와유럽연합과인적교류를통한 X-선영상분광기기술축적 - 대학 : 코로나그래프광학계설계, X-선검출기설계참여 - 출연연 : 코로나그래프자체제작, X-선영상분광기제작참여 - 국내연구 : 자기재결합을통한분출발생과정연구 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1차년도 500 2차년도 1,000 3차년도 1,000 4차년도 2,500 5차년도 5,000 6차년도 7,000 7차년도 12,000 8차년도 12,000 9차년도 12,000 10차년도 7,000 11차년도 차년도 차년도 차년도 500 합계 204,

127 6. 중점추진과제 TRM 2-1. 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의온도와 속도등물리적특성연구 2-2. 중력안정점 L5 용태양탐사선관측기국제공동개발을통한지구에영향을 줄수있는태양활동예측연구

128 2-3. 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구

129 세부전략과제 RFP 국제우주정거장용차세대코로나그래프개발을통한코로나의 온도와속도등물리적특성연구 연구개발목표 한미공동으로차세대소형코로나그래프를개발하여국제우주정거장에설치하고공동활용 연구개발필요성 코로나그래프는우주환경예경보에필수관측기기임. 세계유일의코로나그래프인 SOHO/LASCO 의노후화로새로운코로나그래프개발이필요함. NASA 는한미공동으로국제우주정거장용소형코로나그래프공동개발을제안해옴 주요내용및범위 세부연구내용 추진방법 파급효과및활용방안 코로나물질방출 (Coronal Mass Ejection: CME) 의초기발생과운동관측을위한광대역 (4 30 Rs) 코로나관측기술개발 - 추진계획수립 - 전자부및검출부개발 - 영상안정화시스템설계및제작실험 - Flight 소프트웨어개발 - 광학부와전자부의인터페이스통합화 - 국제우주정거장설치및운영 - 한미공동으로과제수행 - NASA: 광학계설계및제작전담 - 한국 : 영상안정화시스템, 전자부, 검출부제작 - 우리나라위성을위한우주기반코로나그래프의핵심기술확보 - 인류의활동영역확대를위한정보제공 - 국립전파연구원과기상청에우주환경핵심자료제공을통한국가위성및통신보호 1 년차공동연구협의 2 년차국제우주정거장용소형코로나그래프기본설계 연차별 연구개발 3 년차국제우주정거장용소형코로나그래프상세설계 4-5 년차국제우주정거장용소형코로나그래프제작및시험 6 년차국제우주정거장설치 7-11 년차운영 ( 단위 : 억원 ) 구분 합계 연구기간및 소요연구비 합계

130 중력안정점 L5 용태양탐사선관측기국제공동개발을통한 지구에영향을줄수있는태양활동예측연구 연구개발목표 미국유럽연합등과국제공동으로대형태양권탐사위성용차세대코로나그래프를개발하여공동활용함 연구개발필요성 국제우주정거장사업참여를통해확보한코로나그래프개발기술을바탕으로국제 Top 수준의연구사업참여를통해국격제고및우주환경의핵심난제해결 주요내용및범위 중력안정점 L5 위치에보내지속적으로관측하는최초의우주미션에참여하여태양분출의지구도달과정을측면관측하여안전한우주탐사정보제공 세부연구내용 - 광학계설계 (2 20 Rs) 및제작참여 - 전자부및검출부개발 - 운용소프트웨어개발 - 광학부와전자부의인터페이스통합화 - 태양권탐사위성탑재및실험 추진방법 파급효과및활용방안 - 미국, 유럽연합과국제공동개발 - 미국 : 우주탐사선개발및운영 - 유럽연합 : 운영소프트웨어개발 - 한국 : 광학계, 전자부, 검출부참여 우주환경변화의가장큰원인인코로나물질방출의과학적문제규명우주관측자원의국제공동활용으로국제사회의기여국제프로그램참여를통하여인력양성및국내주도우주관측기기개발의초석마련 1 년차공동연구협의 2 년차중력안정점 L5 용소형코로나그래프기본설계 연차별 연구개발 3 년차중력안정점 L5 용소형코로나그래프상세설계 4-6 년차중력안정점 L5 용소형코로나그래프제작및시험 7 년차태양권탐사위성탑재및시험 8-14 년차운영 ( 단위 : 억원 ) 구분 합계 연구기간및 소요연구비 합계

131 국내중형위성을활용한태양분출과자기재결합연구 연구개발목표 차세대소형코로나그래프와 X- 선영상분광관측기를국내주도로개발하여국내위성에탑재하여발사운용함 연구개발필요성 국제우주정거장및국제공동태양탐사선개발참여경험을국내탑재체개발에적용하여독자적인코로나그래프와 X- 선영상분광관측기를확보 주요내용및범위 코로나그래프 ( Rs) X- 선영상분광기 (1 kev 20 MeV, 0.1 초 ) 동시관측을통하여태양자기재결합과코로나물질방출의상관성규명 세부연구내용 추진방법 - X- 선영상분광기기반기술개발 - 위성임무분석 - 코로나그래프광학계, 전자부, 검출부개발 - X- 선영상분광기전자부및검출부개발 - 운용소프트웨어개발 - 인터페이스통합화 - 국내중소형위성을이용하여발사운영 - 광학, 전자및검출부까지국내기술로코로나그래프독자개발 - UC Berkely 와유럽연합과인적교류를통한 X- 선영상분광기기술축적 - 대학 : 코로나그래프광학계설계, X- 선검출기설계참여 - 출연연 : 코로나그래프자체제작, X- 선영상분광기제작참여 파급효과및활용방안 - 국내주도의우주관측기기개발로국제사회의기여 - 태양자기재결합과코로나물질방출의상관성규명으로세계적과학난제규명 - 우주환경핵심자료제공을통한국가위성및통신보호 1-3 년차 X- 선영상분광기기반기술개발 4 년차위성임무분석 5 년차국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기기본설계 연차별 연구개발 6 년차국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기상세설계 7-9 년차국내위성용소형코로나그래프및 X- 선영상분광기제작및시험 10 년차국내위성탑재및시험 년차운영 ( 단위 : 억원 ) 구분 합계 연구기간및 소요연구비 합계 ,

132 중점추진과제 3. 우주망원경을이용한우주기원및진화연구 1. 배경및필요성가. 사회문화적관점 허블우주망원경은인류의우주에대한사고의패러다임을바꾼과학적지식을창출 우주망원경을한국주도로개발 운용하는역량을확보하여, 한국의우주개발명분제공과인류지식확장에기여가능 제2차우주개발중장기계획에따르면 2020 년대에한국주도국제협력우주망원경개발하여세계수준의우주과학연구성과창출및우주산업수출기반조성목표 따라서, 가능한국내의모든우주기술및인프라를활용하여저비용이면서도창의적과학주제를선도해나갈수있는프로젝트개발을통해한국이현대천문학의핫이슈를주도해나갈수있는기회개발필요 빅뱅이후전체우주역사의 90% 에해당하는시기에서첫번째별의생성, 초기은하들의형성과진화등과같은우주초기및은하의진화를연구하기위해높은감도, 고분해능의우주망원경이필요 < 그림 29> 우주의진화과정

133 우주망원경을이용해관측한미행성체벨트들과자라나는행성들로구성 되는어린행성계의모습은태양계뿐만이아니라다른외계행성의발견 및물리적특성을파악가능 < 그림 30> 미행성체충돌상상도 나. 경제 산업적관점 적외선우주망원경은국방분야에서주야에상관없이지상을감시하는수단으로활용되어있어최첨단관측장비로구분되며, 수출제한품목으로규정 국토및해양의감시및자연적재해및재난의모니터링을위한수요증대로인하여우주공간에서의적외선영상시스템을통한관측기술이요구 우주망원경은재난및자연재해로인한사회적비용감소를위한국가재난감시시스템과안보 / 국방을위한감시시스템등의위성개발에매우중요한전략기술로국산화및기술적자립이필수적 우주망원경기술은여러타산업파급효과가큰첨단융복합기술로서, 우주분야원천기술들은타산업과연계되어활용가능성이매우큼 적외선탑재체는지상감시를위해위성및항공기에탑재하는고가의장비로, 전체시스템이국산화되고가격경쟁력이확보될경우국내는

134 물론해외위성개발기관으로의수출이가능 우주개발사업세부실천로드맵상미확보기술의확보가가능 : 적외선탑 재체, 우주탐사를위한고정밀자세제어기술, 위성영상활용고도화등 다. 과학 기술적관점 적외선은마지막남은천문학적미답영역으로, 먼지구름속의별과행성의탄생으로부터우주초기은하의진화까지연구가능 순수과학을위한우주망원경은국제협력및기술이전이용이하여국제선도미션에참여가가능하고, 국방 / 산업분야에서는획득이까다로운첨단우주기술습득이가능 우주망원경은첨단기술이총망라되는융복합기술의결정체로써 가우주기술및우주산업경쟁력확대에기여 국 최근천문학연구의동향은지상및우주에서의다양한파장영역에대한관측이용 최근천문우주과학목적뿐만아니라상업, 군사적목적을위해서도적외선우주망원경에대한수요가늘어나고있는추세임 적외선파장대는지구대기에의한강한방출광의영향으로지상관측보다는우주에서의관측이매우효율적임 < 그림 31> 각파장빛에대한대기의불투명도

135 2. 최종목표및내용가. 최종목표 국내외인공위성에첨단우주망원경을탑재하여우주를관측함으로써우주에대한인류지식증대, 생명의기원에대한이해및우주개발능력을강화나. 연구 기술개발내용 차세대소형위성프로그램 - 다양한파장대역에서의우주망원경에필요한기초 / 핵심기술을선정하여차세대소형위성우주망원경에서실험및검증하며, 특정과학임무를수행 - L2 궤도에서소형위성을운용하여궤도천이기술및심우주관측우주망원경기술확보 500kg 급위성활용및자립기술확보를위한국제협력우주망원경프로그램 창의적빅사이언스구현을위한우주망원경개발 - 우리발사체를이용한대형우주망원경프로그램을통해국제선도 < 그림 32> 우주망원경개발전략로드맵

136 3. 국내 외기술개발동향가. 선진국기술개발동향 일본 ISAS/JAXA 에서는적외선우주망원경 AKARI(ASTRO-F) 를발사및운용하여근, 중, 원적외선연구분야에서많은과학적인성과를도출 일본 ISAS/JAXA 에서는국제협력으로 3m 급차세대대형적외선우주망원경으로 SPICA 프로젝트를진행중 유럽 ESA 에서는 3m 급적외선우주망원경 Herschel 을발사 / 운용하였고, 이를통해많은과학적성과를창출하고있음 유럽 ESA 에서는 2015~2025 년도차세대우주과학에대한계획수립을위한 'CosmicVision' 을만들고있는데, 이중하나의후보로 'EUCLID 프로젝트를선정하여진행중임 미국 NASA 에서는근적외선에서최적화된차세대 6m 급적외선우주망원경프로젝트로 JWST 를추진중임 - JWST: L2궤도, 차세대 6m급근적외선우주망원경, 미국, EUCLID: L2궤도, 우주가속팽창규명을위한근적외선우주망원경, EU, WFIRST: L2궤도, 우주가속팽창규명및외계행성탐색을위한근적외선우주망원경, 미국, SPICA: L2궤도, 차세대 3m급중 / 원적외선우주망원경, 일본및 EU, Millimetron: L2궤도, 10m급테라헤르츠우주망원경, 러시아, TBD < 그림 33> 미국과유럽의우주과학위성로드맵

137 나. 국내기술개발동향및수준 한국천문연구원 지상근적외선카메라인 KASINICS 를개발하여지상망원경에부착해과학연구를수행하고있음 로켓탑재체로서근적외선카메라를장착하여적외선우주배경복사연구를위한 CIBER 의개발에참가하였음 과학위성 3호의주탑재체인우주용근적외선카메라 MIRIS 개발 / 발사하여운용하고있음 미국텍사스대학과공동으로적외선광대역고분산분광기를개발하여시험운영중임 대형적외선우주망원경 SPICA 프로젝트에서근적외선기기개발을위한기획연구를수행 차세대소형위성 1호주탑재체근적외선영상분광기 NISS 개발중 항공우주연구원 다목적실용위성시리즈의하나로적외선관측위성을개발중 지구환경및기후변화감시위성기반기술연구를위해정지궤도적외선탑재체전자장치를개발함 학계 서울대학교천문학전공팀은적외선관측자료처리및과학연구로일본적외선우주망원경 AKARI 프로젝트에참가하였고, 이를통해많은과학적인성과를냄 기업계 ( 주 )i3system 은냉각형적외선센서를개발하여,MIRIS 의지구관측카메라, 군사용카메라등에활용되고있음 삼성전자등일부기업에서상용및군용우주용적외선카메라를조립생산및시험 ( 주 ) 그린광학은우주용적외선광학소재의가공및코팅수행

138 4. 추진전략 천문학의큰이슈해결을위해서는대형첨단연구시설이필요한데, 이에대한개발을위해서는공동협력을하는것이유리 국제공동개발에있어이전프로젝트개발로얻은산학연네트워크를충분히활용 < 그림34> 우주망원경개발추진전략 국내최고수준의우주용적외선기기기술을바탕으로국내에서개발가능한특화된부분에서경쟁력을찾는것이중요 소형우주용탑재체개발을통해우주핵심기술보유및인력양성이필요 국제공동개발의이점을활용해인력파견, 전문가초빙등을통해내부인력의기술축척을유도하고역할배분을효율적으로하여, 체계적인기술인력을양성

139 < 그림 35> 우주망원경핵심기술과과학연구주제와의연관성 5. 전략과제및주요연구개발내용 전략과제 개요 차세대소형위성을이용한 우주망원경핵심기술확보 국내우주핵심기술확보와소규모과학주제를달성하기 위한소형우주망원경을개발 적외선우주망원경 국제공동개발을통한우주 별탄생및은하진화연구 국제공동프로젝트의참여를통해우주별탄생역사및 은하진화연구를위한적외선광시야영상탐사관측수행 중대형위성을활용한 암흑에너지및우주팽창연구 국내주도로우주의기원연구를위한창의적인과학 주제를발굴하여이를위한우주망원경을개발

140 1) 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보 연구기술개발목표 - ( 과학적 ) 광시야탐색연구, 독자적인과학연구및국제협력기반구축 - ( 기술적 ) 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술개발및 L2 궤도운용기술확보 - ( 사회적 ) 산학연핵심원천소요기술요구의다변화 주요연구내용 - 광시야영상및분광기술개발 - 우리은하및태양계성간물질의분포및순환연구 - 우주초기의거대구조의이해 - 별탄생영역에서의별생성이해 - 적외선 / 고에너지 / 자외선관측기술개발 - L2 궤도위성운용을위한요소기술개발 년도별연구내용 년도 연구내용 1 차년도소형우주망원경의요구조건및과학임무설정 2 차년도우주망원경기본및상세설계 3 차년도우주망원경시험인증모델제작및시험 4 차년도우주망원경비행모델제작및시험 5 차년도우주망원경탑재및시험 6 차년도우주망원경운용및광시야탐색연구

141 연구기술 인프라수준및목표 < 표 30> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련연구분야의수준및목표 연구분야연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구수준목표 (%) 성간물질의구조 우주초기거대구조 우리은하및가까운은하별탄생연구 < 표 31> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련기술분야의수준및목표 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 광설계및잡광해석기술 국제공동 다천체분광기술 국제공동 적외선 / 자외선 / 고에너지센서구동기술 독자개발 추진전략및추진방법 - 국내에서추진하기어려운파트에서는국제적인자문을받음 - 여러소형우주망원경프로젝트수행을통해국내우주핵심기술의확보 - 국내우주기술을바탕으로소형우주망원경에대한설계및과학임무설정 - 국내연구소및학계와의협력을통해프로젝트를추진 - 다천체분광관측기술확보를위한전문인력양성및해외파견

142 소요예산추정 < 표 32> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련 2017 년발사예산 ( 예정, 탑재체예산만포함 ) ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1차년도 1,000 2차년도 400 3차년도 300 4차년도 200 5차년도 200 6차년도 200 합계 23,000 < 표 33> 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술확보관련 2030 년발사예산 ( 예정, 전체예산 ) 년도 계 1차년도 2,000 2차년도 5,000 3차년도 7,000 4차년도 9,000 5차년도 5,000 6차년도 2,000 7차년도 8차년도 합계 34,

143 2) 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생역사및은하진화연구 연구기술개발목표 - ( 과학적 ) 국제선도적우주별탄생역사및은하진화연구를위한적외선우주망원경국제공동개발 - ( 기술적 ) 국제공동연구기반을통한운용기술확보및기술검증 - ( 사회적 ) 산업체기술국제화진입 주요연구내용 - 적외선광시야영상분광기기개발 - 적외선우주망원경을활용하여전천 / 광시야영상 / 분광탐사수행 - 우주초기의진화양상파악 - 무거운은하들 / 초기은하단 / 초기천체들의특성및진화 - 활동성은하핵 ( 블랙홀 ) 의진화및별생성과의상호피드백 - 우리은하내의성간물질의순환조사 - 별생성영역및원시성연구 년도별연구내용 년도 연구내용 1,2 차년도국제공동연구협의, 역할분담및과학요구조건도출 3 차년도적외선우주망원경기본설계 4 차년도적외선우주망원경상세설계 5,6 차년도적외선우주망원경제작및시험 7 차년도적외선우주망원경탑재및시험 8,9,10 차년도적외선우주망원경운용및우주별탄생역사와은하진화연구

144 연구기술수준및인프라수준 ( 세계최고선진국이 100 기준일때우리수준 ) < 표 34> 우주별탄생역사및은하진화연구관련연구분야의수준 연구분야 연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구목표 (%) 은하 / 은하단의별탄생특성및진화 활동성은하핵의진화및상호작용 성간물질의순환 별생성영역및원시성 < 표 35> 우주별탄생역사및은하진화연구관련기술분야의수준 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 필터및영상분광기술 국제협력 적외선센서구동기술 국제협력 고정밀자세제어기술 국제협력 고속대용량데이터 IF 기술 국제협력 추진전략및추진방법 - 국내독자적인예산과기술확보가어려운프로젝트에대해국제협력프로젝트모색 - 국내우주기술을바탕으로국제공동협력을추진하여적외선광시야 / 분광기기개발 - 국내연구소및학계와의협력을통해프로젝트를추진 - 지상거대망원경과의협업을통해과학연구시너지창출

145 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1,2 차년도 1,900 3 차년도 2,000 4 차년도 2,000 5,6 차년도 4,000 7 차년도 1,800 8,9,10 차년도 3,300 합계 15,000 3) 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창연구 연구기술개발목표 - ( 과학적 ) 국내중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구 - ( 기술적 ) 핵심검출기기술및우주망원경기술국제화 - ( 사회적 ) 산업체기술수출및고도화 주요연구내용 - 적외선광시야영상및분광기기개발 - 암흑에너지의기원규명 - 우주의거대구조및암흑물질의구조규명 - 외계행성발견과외계행성의특성연구 - 항성및행성계의기원과원시행성계원반특성연구

146 년도별연구내용 년도 연구내용 1,2차년도 우주망원경의요구조건및과학임무설정 3차년도 우주망원경기본설계 4차년도 우주망원경상세설계 5,6차년도 우주망원경시험인증모델제작및시험 7,8차년도 우주망원경비행모델제작및시험 9차년도 우주망원경탑재및시험 10,11차년도 우주망원경운용및우주팽창연구 연구기술수준및인프라수준 < 표 36> 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창연구관련연구분야의수준 연구분야 연구수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 연구목표 (%) 암흑에너지분포 우주거대구조의통계적성질 암흑물질의성질 < 표 37> 중대형위성을활용한암흑에너지, 우주팽창연구관련기술분야의수준 기술분야 기술수준 (%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축정도 (%) 기술목표 (%) 확보방안 광긱계냉각및열해석기술 국제협력 적외선센서구동기술 국제협력 우주용 SiC 기술 국제협력 우주용적외선 / 테라헤르쯔기술 국제협력 고속대용량데이터 IF 기술 국제협력 검교정및우주환경시험기술 국제협력

147 추진전략및추진방법 - 국내에서추진하기어려운파트는국제협력을도모함 - 국내우주기술을바탕으로중형우주망원경에대한설계및과학임무설정 - 국내연구소및학계와의협력을통해프로젝트를추진 소요예산추정 ( 단위 : 백만원 ) 년도 계 1,2 차년도 4,500 3 차년도 16,500 4 차년도 15,000 5,6 차년도 30,000 7,8 차년도 60,000 9 차년도 45, 차년도 37,000 11,12,13,14,15 차년도 4,000 합계 213,

148 6. 중점추진과제 TRM 3-1. 차세대소형위성을이용한우주망원경핵심기술개발 3-2. 적외선우주망원경국제공동개발을통한우주별탄생및은하진화연구

149 3-3. 중대형위성을활용한암흑에너지및우주팽창연구