The Science Times

한국형 발사체 누리호 발사, 한국인 수학자 허준이 교수 필즈상 수상, 달 탐사선 다누리 달 궤도 진입 성공 등이 2022년 한 해 대한민국을 빛낸 과학소식으로 뽑혔다.

한국과학기술단체총연합회(이하 과총)은 과학기술에 대한 국민 관심을 높이고자, 한 해의 주요 연구개발 성과와 사회적으로 주목받은 과학기술 이슈로 구성된 10대 과학기술 뉴스를 2005년부터 매년 선정‧발표해오고 있다. 올해는 과학기술계와 일반 국민 1만 1,522명의 투표를 바탕으로 과학기술 이슈 4건과 연구개발 성과 6건이 선정됐다.

과총은 보도자료를 통해 “‘누리호 발사’, ‘다누리호’ 관련 뉴스가 높은 득표율로 선정되며 명실상부 올해 국내 과학기술계 최대 이슈이자 국가적 성과였음을 보여줬다”며 “또한, 글로벌 과학 인재 양성에 큰 시사점을 준 허준이 교수의 필즈상 수상 관련 뉴스도 높은 득표율을 보였다”고 설명했다.

한국 자체 개발 우주발사체 ‘누리호’, 발사 성공

▲ 2022년 6월 21일 오후 4시 전남 고흥 나로우주센터에서 누리호 2차 발사가 진행되고 있다. ⓒ한국항공우주연구원

작년 6월 21일 오후 4시. 순수 우리나라 기술로 만든 발사체 누리호(KLSV-Ⅱ)가 고흥 나로우주센터에서 힘차게 솟구쳐 올랐다. 누리호는 길이 47.2m, 무게 200t의 발사체로 1.5t의 인공위성을 고도 600~800km의 지구 저궤도로 실어 나르는 우주발사체다. 자력으로 우주발사체를 보유한 국가는 전 세계에서 11개국뿐. 그중 1t급 이상의 실용 위성을 투입할 수 있는 중대형 액체 엔진 개발에 성공한 7번째 국가로 올라섰다. (관련 기사 보러 가기 – “누리호, 30년 만에 대한민국의 우주독립을 선언하다!”)

누리호 발사는 숱한 시도 끝에 얻어낸 성과다. 2020년 10월 첫 발사에서는 3단 엔진이 계획보다 일찍 꺼지면서 목표한 궤도에 모형위성을 투입하는 데 실패했다. 2차 발사 역시 3번의 시도 끝에 성공했다. 한편, 한국항공우주연구원은 지난 10일 신년 기자간담회를 열고, 누리호 3차 발사를 올해 5월 진행할 계획이라고 밝혔다.

한국인 수학자 허준이, 필즈상 수상

▲ 허준이 미국 프린스턴대 교수 ⓒ국제수학연맹

2022년 세계수학자대회에서 한국 수학자 최초로 허준이 미국 프린스턴대 교수(한국 고등과학원 석학교수)가 수학자 최고의 영예인 필즈상(Fields Medal)을 수상했다. (관련 기사 보러 가기 – “허준이 교수가 해결한 11개 수학 난제들은?”) 1936년 제정된 필즈상은 4년마다 수학계에서 뛰어난 업적을 이루고 앞으로도 학문적 성취가 기대되는 40세 미만 수학자에게 주어지는 수학 분야 최고의 상으로 노벨상보다 수상하기 어렵다고 알려져 있다.

허 교수는 2010년 혼자 쓴 단독 눈문으로 수학계 스타로 자리매김했다. 그거 풀어낸 주요 난제만 10여 개에 이르고, 이중 박사 1년 차 때 풀어낸 추측만 세 가지나 된다. 이런 업적을 낸 배경에는 ‘조합수학’과 ‘대수기하학’이라는 두 분야 중간에 서서 양쪽 언어를 동시에 구사한 덕이 컸다. 허 교수는 대수기하 분야 연구결과와 아이디어를 활용해 조합수학 분야의 문제를 해결했다. 또한, ‘조합적 호지 이론’이라는 새로운 분야를 개척하고, 다른 연구자들을 이끌고 있다.

한편, 2022년 한국 수학계는 또 다른 쾌거도 올렸다. 2월 1일 국제수학연맹은 한국 수학의 국가등급을 기존 4그룹에서 최고등급인 5그룹으로 상향시켰다. 국제수학연맹은 회원국들을 1그룹부터 5그룹까지 5단계의 등급으로 구분한다. 현재 5그룹 국가는 한국을 포함하여 12개국뿐이다. 1981년 1그룹 국가로 국제수학연맹에 가입한 이후 최단기간에 5그룹으로 승급한 나라로 기록하게 됐다.

한국 첫 달 탐사선 다누리, 달 궤도 진입 성공

▲ 다누리가 한 달간 촬영한 지구-달 공전 사진 ⓒ한국항공우주연구원

2022년 12월 27일 18시. 한국 첫 달 궤도선 ‘다누리’가 달 임무 궤도 진입에 성공했다. 궤도에 진입한 다누리는 태양전지판을 넓게 펼치고 전력생산을 시작했다. 탑재된 장치들도 통신이 원활히 이뤄지는 등 모두 정상 작동한다는 것도 확인됐다. 달 궤도에 진입한 다누리는 달 탑재체가 달 표면 방향으로 향하도록 자세를 전환한 뒤, 2월부터 본격적인 달 과학연구를 시작할 예정이다. (관련 기사 보러 가기 – “우주 와이파이 잘 터지나요? 다누리가 열 미래”)

다누리의 가장 큰 목표는 달 착륙선의 착륙 후보지를 찾는 데 있다. 이를 위해 총 6개의 탑재체를 탑재했다. 고해상도카메라, 우주인터넷탑재체, 광시야편광카메라, 자기장측정기, 감마선분광기 등이다. 각각 달의 표면, 자기장, 자원 상태 등을 측정하는 역할을 맡았다. 이들 5개 탑재체는 국내 연구기관과 대학에서 직접 개발했다. 이와 함께 미국 항공우주국(NASA)의 영구음영지역카메라(쉐도우캠‧Shadowcam)도 더해졌다. 다누리에 탑재된 나사 쉐도우캠은 지난 12일 지금까지 볼 수 없었던 달의 영구음영지역을 상세히 촬영한 사진을 공개하기도 했다.

韓美, 원전동맹 맺고 소형모듈원자로 개발‧수출 협력

▲ 기존 대형 원전(왼쪽)과 한국원자력연구원이 개발 중인 소형모듈원자로(SMR) ‘SMART’ ⓒ한국원자력연구원

한국과 미국 양국 정상은 작년 5월 열린 정상회담에서 원전 분야에 대한 협력을 더욱 확대하기로 합의했다. 차세대 원전으로 주목받는 소형모듈원자로(SMR) 개발을 위해 협력하고 원전시장 진출도 함께하자는 것이 골자다. SMR은 원자로 설비가 압력용기 안에 모두 들어간 작은 원자로다. 발전용량이 300메가와트e(MWe) 규모로 1,000MWe 이상인 상용 대형 원전에 비해 작다. 하지만 안전성 측면에서 유리하고, 모듈 형태로 개발해 여러 기를 연결해 운영할 수 있는 게 장점으로 꼽힌다.

한국은 미국 주도의 제3국 역량강화 프로그램(FIRST)에 참여키로 했다. FIRST는 바이든 행정부가 2021년 4월 기후위기 해결 공약 이행을 위해 발족한 프로그램이다. 원자력 기술을 개발하는 국가에 SMR 기술을 비롯한 첨단 원자력 기술역량 구축을 지원하는 것을 목표로 한다.

한편, 한국원자력연구원은 2023년 새해를 맞아 경영계획을 발표하며, 원자력연이 개발한 소형 원자로 ‘스마트(SMART)’, 혁신형 소형모듈원전(i-SMR) 등 미래지향 선진 원자로 개발에 집중하겠다는 계획을 밝혔다. 스마트는 한국이 세계 최초로 표준설계인가를 획득한 소형 원자로다. i-SMR은 2028년 표준설계인가 취득을 목표로 올해부터 본격적인 표준설계 및 혁신기술 개발에 착수한다는 계획이다.

국산 최초의 초음속 전투기 ‘KF21 보라매’ 시험비행 성공

▲ KF-21 보라매의 모습 ⓒWikimedia

국산 초음속 전투기 KF-21 ‘보라매’가 시험비행에 성공했다. 작년 7월 1호기가 최초 시험비행에 성공한 지 6개월 만에 6호기가 음속의 벽을 뚫었다. 국내 기술로 독자 개발한 항공기가 초음속 비행에 성공한 것은 이번이 처음이다. 이로써 한국은 세계 8번째 초음속전투기 개발 국가의 반열에 올라서게 됐다. 시제 3~6호기는 지상 시험과 비행시험 준비를 마치는 대로 올해 말부터 내년 전반기까지 순차적 비행시험에 착수할 예정이다.

KF-21은 항국항공우주산업(KASI) 주관으로 우리나라와 인도네시아가 공동 개발 중인 ‘4.5세대급’ 전투기다. 최대 음속의 1.8배로 비행할 수 있도록 개발됐다. 전 세계에서 4.5세대 이상 첨단 초음속 전투기 개발에 성공한 국가 및 지역은 미국, 러시아, 중국, 일본, 프랑스, 스웨덴, 유럽 컨소시엄(영국, 독일, 이탈리아, 스페인)에 이어 우리나라가 8번째이다.

국내 첫 자체 생산 CAR-T 치료제로 백혈병 치료 성공

▲ 키메라 항원 수용체 T세포(CAR-T) 치료 과정을 나타낸 모식도. ⓒWikimedia

서울대병원이 국내 병원 중 처음으로 자체 생산한 키메라 항원 수용체 T세포(CAR-T) 치료제를 18세의 소아청소년 백혈병 환자에게 투여하여 치료에 성공했다. CAR-T 치료는 환자 혈액에서 얻은 면역세포(T세포)가 암을 잘 인식할 수 있도록 유전자 조작을 거친 뒤, 배양해 다시 환자의 몸속에 집어넣는 맞춤형 치료법이다. 면역세포가 암세포만을 정확하게 표적하면서도, 체내 정상세포 손상을 최소화해 획기적인 최신 치료법으로 주목받고 있다.

서울대병원은 국내 최초로 병원 생산 CAR-T 치료제로 연구자 임상을 진행 중이다. CAR-T 치료제 생산부터 투여 후 환자 치료까지 전 과정을 진행한 결과, 첫 환자에게서 완전관해(백혈병 세포가 완전히 사라진 상태)를 유도하는 성과를 냈다. CAR-T 치료제 개발에 착수한 지 약 4년 만에 이룬 결실이다.

전기차 멀티 급속 충전시스템 개발, 충전시간 절반으로 낮춰

▲ 충전 중인 전기자동차의 모습. ⓒWikimedia

현대자동차는 전기자동차의 충전시간을 줄이기 위해 기존 전기차의 시스템 전압(400V)보다 높은 800V 모터시스템을 개발했다. 현대자동차가 ‘멀티 급속 충전시스템(E-GMP)’라고 명명한 이 기술은 전기차의 핵심 경쟁력인 주행거리와 충전 시간 두 부분을 모두 잡았다는 평가다. 지금까지는 전기차의 주행거리를 늘리기 위해 배터리 용량을 키워야 하고, 이를 위해 배터리 용량을 키우면 충전이 오래 걸리는 문제가 존재했다.

초급속 충전기를 사용하면 급속 충전시간을 32분에서 18분으로 절반 가까이 단축시켰다. 또, 현대차는 주행거리를 늘리기 위해 모터를 제어하는 인버터 파워모듈의 전력반도체를 기존 실리콘 반도체에서 내구성·효율성이 좋은 실리콘카바이드(SiC) 반도체로 바꿔 주행거리를 5% 이상 향상시켰다.

한번 충전으로 800km 달리는 전기차…‘꿈의 배터리’ 개발

▲ KAIST-미국 조지아공대 공동연구진이 개발한 전고체 전지 및 기대효과 ⓒKAIST

김범준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀은 이승우 미국 조지아공대 교수팀과 공동으로 세계 최고 성능의 전고체 전지를 구현했다. 전고체 전지는 리튬 이온이 이동하는 전해질을 고체로 만든 배터리를 말한다. 공동연구팀은 전고체 전지의 음(-)극을 리튬메탈로 쓴 전고체 리튬메탈전지를 개발했다. 전고체 리튬메탈전지 현재 널리 쓰이고 있는 리튬이온 전지에 비해 에너지 밀도가 획기적으로 높아 더 많은 자동차 주행거리를 확보할 수 있다. 화재 위험도 적어 ‘꿈의 배터리 기술’로 불린다.

연구진은 ‘엘라스토머 고분자 전해질’이라는 새로운 물질을 개발해 기존 전고체 전지의 단점을 보완했다. 전기가 통하지 않는 고무에 이온을 전달할 수 있는 3차원 통로를 가진 물질을 도입한 형태다. 고무의 특성을 가진 이 소재는 가격이 싸고, 가볍고 잘 늘어나며 탄성도 좋다. 이를 적용한 전고체 전지를 이용하면 한번 충전으로 800㎞까지 주행 가능한 전기자동차를 구현할 수 있을 것으로 보인다.

태양 빛‧전기로 미세 플라스틱을 고부가가치 화합물로 바꾼다

▲ 연구결과가 실린 국제학술지 ‘Nature Synthesis’의 표지. ⓒNature Synthesis

박찬범 KAIST 교수팀은 태양 빛과 전기 에너지를 이용해 5mm 이하 미세플라스틱으로 다양한 고부가가치 화합물을 생성하는 데 성공했다. 연구진은 태양 및 전기에너지를 이용해 미세플라스틱을 새활용(업사이클)하는 광전기화학 방식을 구축했다. 자연에 널리 존재하는 적철석(헤마타이트)을 광촉매로 이용해 페트(PET) 미세플라스틱을 화학연료인 포름산염이나 아세트산염으로 전환했다. 또 여러 생체촉매 반응을 통해 양극과 음극에서 동시에 거울상 구조를 지닌 초분자 키랄성 화합물, 화학연료 등 고부가가치 화합물을 생성했다.

양자암호통신 상용화 핵심기술 개발

▲ 연구진이 개발한 양자키 분배 네트워크 구조 ⓒKIST

양자키 분배(QKD) 기술은 양자암호 상용화를 위해 갖춰야 할 핵심기술로 꼽힌다. 양자역학 법칙을 기반으로 송신자와 수신자 사이 일회용 난수표를 분배하고, 이를 암호 키로 사용하는 기술이다. QKD 구현을 위해 해결해야만 하는 주요 기술 이슈는 두 가지가 존재한다. 첫째는 현재 약 100km 내에서만 작동이 제한되는 통신거리이고, 두 번째는 일대일(1:1) 통신에서 일대다(1:N) 또는 다대다(N:N) 네트워크 통신으로 확장하는 것이다.

기존 QKD 시스템에서는 송수신자가 각각 양자신호로 두 개의 광원을 사용하였기 때문에 서로 다른 두 광원의 특성을 동일하게 만들기 위한 제어 시스템이 필요했다. KIST 연구팀은 동일한 광원을 양쪽 송수신자가 모두 활용하여 정보를 공유할 수 있도록 시스템을 개선시켰다. 임의의 사용자들끼리 효율적으로 정보를 전달할 수 있는 실질적인 일대다 양자암호통신이 가능해질 것으로 기대된다.

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