프로테오믹스
프로테오믹스(proteomicsㆍ단백질체학)는 유전체(genomeㆍ지놈)이 만드는 생체 내 모든 단백질체인 프로테옴(proteome)을 초고속으로, 대량 분석하는 기술을 뜻한다. 특정 유전자가 어떤 과정을 거쳐 단백질을 만들고, 이 단백질이 어떤 기능을 하는지 등을 연구하는 학문이다. 이를 통해 특정 단백질을 활성화하거나 억제함으로써 질병을 진단·치료할 수 있는 지를 알 수 있게 된다.
생명현상에 대한 정보를 가지고 있는 프로테옴의 기능해석 및 상호작용에 관한 분석은 신약개발의 새로운 패러다임을 형성하고 있다. 인간지놈프로젝트(HGP)를 주도한 연구자들이 차세대 핵심과제로 지목할 만큼 중요성을 인정받고 있다. 의학·산업분야서 폭넓게 응용할 수 있고, 지놈과 달리 연구결과를 특허화하기 쉬워 산업적 가치도 크다.
프로테오믹스는 DNA 염기서열분석처럼 쉽게 모방할 수 있는 기술이 아닌 하이테크 분야. 질환관련 단백질은 그 자체가 특허 대상이기 때문에 기술도입이 불가능하기 때문에 국내에서도 관련 연구개발이 시급하다.
프로테오믹스의 유용성
인간 유전체 염기서열이 다 밝혀졌다고 해도 염기서열 정보만으로는 유전자 산물의 기능을 알 도리가 없다. 곧 염색체 속의 유전정보가 전사돼 단백질을 만든다고 하지만 최종단계서 적절하게 단백질을 합성한 후 어떻게 변형되는가에 따라 유전자의 기능이 결정된다.
연세대 프로테옴연구센터를 이끌고 있는 백융기 교수는 “실제 기능을 하는 단백질을 분석하지 않고는 그 유전자의 세포내 기능을 알 방법이 없다”고 잘라 말했다. 특히 한 유전자가 전달유전자(mRNA)가 만드는 단백질의 실제 기능적인 모습은 세포·조직·조절자에 따라 천태만상으로 변하는 데다 한 유전자가 발현하는 정도와 그로부터 생성된 단백질의 양과는 일치하지 않은 경우가 많다.
따라서 단백질을 생리적 변화에 따라 분석하는 도구와 시스템이 필요한데 이것이 바로 프로테오믹스다. 인체내 기능을 갖는 단백질 수는 3만~10만개로 추정된다. 과학자들은 여러 분석을 통해 평균 6만개 정도의 기능을 갖는 단백질이 존재하는 것으로 이해하고 있지만, 변형된 모습을 갖고 있기 때문에 실제로 탐지·발굴할 대상은 10~20배 더 많은 60만∼100만개로 추정된다. 그러나 인체 단백질 DB에 등록된 단백질 숫자는 전체의 1% 안팎에 불과하다.
연구동향 최근 전세계적으로 프로테오믹스 연구 관련 웹페이지가 3,000여개 등록되는 등 학계는 물론 산업체에서 활발하게 연구가 진행되고 있다. 특히 해외에선 프로테오믹스가 기존의 신약개발 패러다임을 바꾸는 방법으로 인식됨에 따라 인간지놈프로젝트를 주도했던 미국의 셀레라사 프로테오믹스에 본격 뛰어들고, 거대 제약사인 머크가 프로테오믹스 전문기업 로제타를 인수하는가 하면 GSK화이자노바티스 등도 연구를 본격화하고 있다. 프로테오믹스가 신약개발의 중심축으로 자리잡아가고 있는 것이다.
국내에선 프런티어사업단인 인간유전체기능연구사업단·생체기능조절물질사업단 등에서 유용 단백질 발굴과 신약개발 연구를 진행하고 있다. 또 일부 바이오벤처에서 단백질 기능분석에 필요한 칩을 개발하고 있지만, 연구에 필요한 분석기기나 시약 등에 대한 수입의존도가 높은 실정이다.
최근에는 치매·뇌졸중·골다공증·당뇨·동맥경화·알레르기질환 등 한국인에게 자주 발생하는 20여개 질환의 조기진단 및 치료제 개발에 필요한 표적단백질 등 개발을 목표로 한 프로테오믹스이용기술개발사업단이 공식 출범했다. 사업단은 신규 발굴되는 표지 및 표적단백질에 대한 원천특허를 확보해 산업체에 기술이전하고, 단백질 관련 데이터베이스(DB)를 구축하는 등 프로테오믹스 연구를 위한 인프라를 구축하게 된다.
인간프로테옴 프로젝트(HPP)
세계 생명과학계는 인간지놈 프로젝트 후속으로 ‘단백질체지도’ 완성이라는 과제에 도전하고 있다. 미국·영국·일본 등이 중심이 돼 인간프로테옴기구(HUPO)를 결성, 연구에 나섰다. 우리나라도 HUPO의 지역모임인 아시아·오세아니아 인간프로테옴기구(AOHUPO)의 일원으로 참여하고 있다.
단백질지도가 완성되면 인체 내 모든 신진대사의 경로를 알 수 있다. 유전자의 복합작용 메커니즘은 물론 질병의 원인도 규명해낼 수 있다. 전문가들은 인간지놈지도를 능가하는 성과를 올릴 것으로 확신하고 있다.
사람의 질병중 98% 이상이 단백질 고장에서 비롯된다. 대량의 고속분석법(high throughput)을 통해 단백질을 분석하지 않고서는 질병원인과 생체조절기전에 대한 구체적 규명이 어렵다. 단백질 고속분리·질량분석기술과 프로테옴 생물정보학(proteome informatics)을 이용해 질병관련 단백질들에 대한 주소록을 만들고, 구조와 기능은 물론 상호 결합성을 밝히는 과제가 인간프로테옴 프로젝트다.
줄기세포(Stem Cell)
줄기세포는 다른 장기나 조직의 말단세포로 분화하는 뛰어난 변신능력을 지녀 난치병을 치료할 21세기 의료혁명의 주인공으로 받아들여지고 있다. 전세계의 수많은 과학자들과 바이오 벤처기업들이 손상된 뇌·간·췌장·심장근육세포 부위에 싱싱한 줄기세포를 넣어줘 파킨슨병·간질환·당뇨병·심근경색 등을 치료할 방법을 연구하고 있는 것도 이 때문이다. 과학자들은 줄기세포를 이용한 세포치료술이 3∼5년 안에 상용화되기 시작해 의술의 개념을 바꿔놓을 것으로 전망하고 있다.
배아줄기세포 연구
1998년 미국의 위스콘신대 제임스 톰슨 박사 등은 인간의 배아에서 분리한 배아줄기세포가 체외에서도 배양할 수 있고, 여러 조직으로 분화될 수 있다는 것을 처음 보고했다. 이후 배아줄기세포를 특정조직으로 분화시켜 특정 환자에 주입하면 조직을 재생할 수 있으리라는 기대 속에 관련 연구소식들이 쏟아져 나오고 있다.
사람에게 있는 60조∼100조개의 세포는 모두 똑같은 유전자 구조를 갖고 있다. 그러나 세포마다 실제로 기능하는 유전자는 달라 뼈세포, 혈액세포, 심장세포 등 모양과 기능 등이 다른 210여 가지 세포로 분화된다.
난자와 정자가 합쳐져 수정란이 생긴지 5∼6일 뒤에 나타나는 세포들은 아직 유전자의 어떤 부분이 기능할지 정해지지 않아 온갖 세포로 바뀔 수 있다. 이 것이 바로 배아줄기세포인데 만능세포로도 불린다.
따라서 특정 장기·조직으로 분화하는 조건만 찾아내면 건강한 세포를 만들어 파킨슨씨병·알츠하이머병·척추손상·심근경색·당뇨병 등 세포가 손상되거나 기능이 떨어져 발생하는 난치성 질환을 치료할 수 있다. 이미 분화된 세포들은 병든 조직에 이식하면 곧바로 죽지만, 배아줄기세포를 이식하면 주변 환경에 따라 필요한 세포들로 분화되기 때문에 치료 역할을 할 수 있다.
문제는 배아줄기세포를 추출하려면 한 명의 인간이 될 수 있는 배아를 파괴해야 한다는 점이다. 이 때문에 정자와 난자가 수정되는 순간을 생명의 시작으로 보는 종교계 등에선 배아줄기세포 연구에 강력 반대하고 있다.
성체(成體)줄기세포 연구
21세기가 시작되면서 성인의 다 자란 세포에 존재하는 성체줄기세포도 배아줄기세포처럼 여러 조직으로 분화할 수 있다는 연구결과가 속속 발표되고 있다. 환자 자신의 세포로 병든 장기를 재생, 윤리적 논란 없이도 난치병을 정복할 수 있는 길이 열린 것이다.
골수뿐 아니라 신경·심장·간 등 우리 몸의 거의 모든 장기·조직에서 작은 불씨처럼 살아있는 이들 줄기세포의 존재는 지금까지 우리가 체념했던 많은 질병들을 치유할 수 있는 가능성을 열고 있다.
지난해 미국 예일대의 다이언 그라우즈 박사는 쥐의 골수에서 뽑아낸 백혈구·적혈구 등 각종 혈액세포로 분화되는 조혈모(造血母)세포를 염색한 뒤 이들을 현미경 아래서 한 개씩 분리해서 배아반포에 주입한 뒤 임신한 어미 쥐의 자궁에 착상시켰다. 그리고 여기서 태어난 쥐의 몸에서 염색된 세포들의 행방을 추적했다. 이 결과 이 세포들은 혈액세포뿐만 아니라 신체를 구성하는 거의 모든 장기로 분화했다는 것을 확인했다. 성인에게서 발견되는 줄기세포의 분화능력이 제한되어 있다는 전통적 관념을 뒤엎는 반증이었다.
꿈의 의료시대는 언제
줄기세포를 잘 이용하면 병든 심장·간·뇌·기타 기관의 기능을 회복시키거나 수리할 수 있다. 그러나 줄기세포를 질병을 치유할 수 있는 세포로 전환시키는 방법을 알아내려면 앞으로 10년은 걸릴 것이라고 노벨의학상 수상자이자 국립보건원(NIH) 원장을 지낸 해럴드 바머스 박사는 말한다.
줄기세포를 치료 목적에 이용하려면 줄기세포를 분리한 다음 일정기간 동안 분화하지 않는 상태로 유지하는 기술이 필요하다. 또 필요한 때 특정한 기능을 하는 세포로 바꾸려면 해당 유전자만 활성화하도록 특정 단백질과 효소를 통해 조작해야 한다. 이 과정은 유전체 및 단백질 연구와 밀접하게 연관돼 있다. 줄기세포에 심장·췌장세포 같은 특정 세포가 되라고 명령하는 신호는 매우 복잡하고 난해하다.
인간배아 줄기세포를 맨 처음 분리해 낸 제임스 톰슨 박사는 줄기세포의 변신을 유도하려면 특정 단백질을 복잡한 과정을 통해 첨가하거나 제거해야 하며, 그 타이밍이 정확해야 한다고 설명한다. 과학자들이 지금까지 알아낸 것은 성장인자 또는 전사(轉寫)인자라고 불리는 일단의 단백질이 줄기세포에 방향을 제시하고, 이에 따라 줄기세포가 한가지 방향을 택하게 된다는 사실이다. 톰슨 박사는 “줄기세포를 올바른 방법으로 배양하면 한 신체기관의 전체를 만들어 낼 수 있지만 현 세대의 과학자들에겐 역부족일 것”이라며 “다만, 병든 기관에서 고장난 부분만 건강한 세포로 땜질해 수리하는 것은 가능할 것”이라고 말했다.
국내 연구개발 현황
마리아병원·차병원·미즈메디병원 등이 설립한 바이오벤처와 대학 연구자들을 중심으로 줄기세포 연구가 활발하게 진행되고 있다.
서울경제 사회부 임웅재기자 <jaelim@sed.co.kr>
Information Tech
IT 혁명 이끌 ETRI의 신기술
한국전자통신연구원(ETRIㆍ원장 오길록) 사람들은 해마다 12월이 되면 부쩍 고달퍼 진다. 통상적인 망년회나 연말연시 분위기 때문이라고 이해하기 쉽지만 그렇지도 않다.
일반 기업이라면 계산기 두드리며 한해를 정리하고 보너스 꿈에 부푸는 이 때, ETRI는 1년간의 성과물을 한꺼번에 토해내고 검증 받기 때문이다.
거의 매일마다 굵직굵직한 연구과제의 결과물들이 쏟아져 나오고, 개발된 기술들을 개별 기업체에 이전해 주기 위한 설명회가 계속해서 열린다. 언론은 ETRI의 발표내용 하나 하나가 보여주는 기술의 진보에 놀라워하면서도 아직은 실현되기까지 너무 먼 얘기인 것만 같은 의구심을 떨쳐버리지 않는다.
연간 수천억원의 연구ㆍ개발비가 지원되는 국책 연구기관이자, 정보기술(IT) 연구의 메카로 불리는 ETRI로서는 이런 상황이 집중되는 12월이 결코 긴장을 풀 수 없는 기간일 수밖에 없는 것이다.
월드컵과 대선으로 온 나라가 시끌벅적했던 지난해도 ETRI는 어김없이 바쁜 12월을 보내고 있었다. 당장 올해부터 상용화할 수 있는 기술부터, 멀게는 오는 2007년 이후를 내다보며 개발에 몰두하고 있는 기술까지 IT 코리아를 이끌어갈 ETRI의 작품은 어떤 게 있었는지 돌아보자.
세계최초 양자컴퓨터 토대기술 성공으로 주목
ETRI의 화려한 2002년을 열어 제낀 것은 작년 1월에 있었던 ‘고체 속에 빛 잡아두기’ 연구였다. 미국 공군연구소와 ETRI 원천기술연구소 양자정보통신팀은 공동 연구 끝에 세계에서 처음으로 고체에서 빛을 정지시키는 데 성공했다.
고체는 기체보다 훨씬 더 많은 원자를 넣을 수 있어 100만배 이상 효율이 높기 때문에 이 기술은 양자 컴퓨터 실현에 최대 걸림돌이었던 고밀도 양자논리소자 구현 문제 해결의 획기적 토대를 마련한 것으로 세계적인 주목을 받았다.
통신분야의 눈부신 활약
세계 최고 수준의 통신강국이라는 위상에 걸맞게 유ㆍ무선 통신은 지난해 ETRI가 눈부신 활약을 펼쳤던 분야 중 하나로 꼽힌다.
가장 먼저 관심을 끈 성과물은 80기가급 고속 라우터 기술을 국산화한 것이었다. 2000년부터 삼성전자ㆍLG전자ㆍ다산인터네트ㆍ성지인터넷 등 업체들과 공동으로 추진해 온 끝에 개발을 완료한 이 라우터는 연간 3,000억원 정도의 수입대체 효과를 기대할 수 있게 했다.
현재 초고속인터넷(ADSL)보다 전송속도가 최고 100배나 빠르면서 설치비는 훨씬 저렴한 광통신 기술은 세계 최고의 초고속인터넷 강국이라는 위상을 계속 유지시켜 줄 기술로 눈길을 끌었다. 이 시스템은 가입자와 망을 1대 1로 연결하는 기존 광통신 방식과 달리 최대 32가닥으로 갈라져 가입자에 연결되는 ATM-POM 기술을 채용, 저렴한 비용으로 가입자의 집까지(FTTH) 광케이블을 설치할 수 있다.
ETRI는 이 기술로 2004년 10억달러 규모로 예상되는 북미 시장 공략에 유리한 위치를 확보한 것으로 평가하고 있다.
최근 각광받고 있는 홈네트워크 분야에서도 괄목할 만한 성과물이 나왔다. 이더넷ㆍ홈PNAㆍ무선랜ㆍ블루투스ㆍIEEE1394 등 지금까지 개발된 홈네트워크 기술들을 통합 지원하고 디지털 가전을 제어할 수 있게 한 ‘홈서버’를 개발한 것.
대화형 멀티미디어 스트리밍 기술을 기반으로 개발된 이 홈서버는 가정 내 가전을 통합해 제어할 뿐 아니라 집 밖에서도 집안 오디오나 TV를 즐길 수 있게 할 전망이다.
지난 12월 발표된 초소형 양방향 위성인터넷 지구국 시스템은 통신분야의 대미를 장식한 성과물이었다.
이 기술은 통신 케이블 설치가 어려운 지역에서 간단한 송수신 단말기만으로 고속의 위성인터넷을 이용할 수 있게 해 주목받았다. 양방향 위성인터넷 기술이 이미 미국ㆍ유럽에서 상용화돼 있지만 ETRI의 기술은 제품 가격을 절반 이하로 낮추면서 속도는 최고 16배 빠른 것으로 측정됐다.
특히 다수의 해외 업계 관계자들이 지켜보는 가운데 진행된 기술 시연회가 성공적으로 끝나면서 유럽ㆍ일본 등 선진국에까지 ETRI의 기술이 전파될 가능성이 높아지는 개가를 올렸다.
세계에서 가장 안전한 IT 환경을 향해
IT 기술이 발전할수록 중요성이 점점 부각되고 있는 정보보호 분야에서의 성과도 뛰어났다. 대표적인 예가 바로 무선인터넷 정보보호의 무방비 지대로 지적돼 온 무선랜 구간의 보안기술을 개발한 것이다. 무선랜 구간이란 무선인터넷의 기지국 역할을 하는 액세스포인트(AP)와 이용자 단말기를 연결하는 20m 내외의 물리적 공간을 말한다.
이 구간의 주파수를 탐지하면 사용자 아이디(ID)나 계좌번호, 비밀번호까지도 쉽게 알아낼 수 있음에도 불구하고 지금까지 별다른 보안대책이 없었지만, ETRI의 기술은 수시로 새로운 암호를 만들어 사용할 수 있는 동적 웹 기술을 채택해 이 문제를 해결했다.
이 역시 미국 일부 통신업체에서 무선랜 보안상품을 내놓긴 했지만 자사 제품하고만 호환된다는 한계가 있어 국제표준을 따른 ETRI의 기술은 상대적으로 호환성과 경제성이 탁월한 것으로 평가받았다.
인터넷 컨텐츠의 불법복제나 위ㆍ변조가 기승을 부리는 가운데 컨텐츠 저작권을 보호하기 위한 ‘디지털 영상 워터마킹’ 기술도 관심을 끌었다. 워터마킹이란 디지털 컨텐츠 내에 저작권 등에 관련된 다양한 정보를 삽입하는 기술이다.
차세대 인터넷 IPv6 앞당긴다
인터넷 분야에서는 ETRI가 개발한 차세대 인터넷 주소체계 IPv6 관련 기술이 국제표준으로 인정받는 성과를 거뒀다.
이 기술은 현재의 인터넷 주소체계인 IPv4 기반 응용 프로그램을 Ipv6 망에서도 수정 없이 사용할 수 있게 해주는 인터넷 주소변환 핵심기술이다. 이를 활용하면 3∼5년 내 주소자원이 고갈될 것으로 예상되는 Ipv4 기반 프로그램들을 무한대의 주소체계인 IPv6 망에서 그대로 활용할 수 있어 본격적인 IPv4 시대를 앞당길 수 있을 것으로 전망되고 있다.
여러 인터넷 웹사이트에서 원하는 정보만 자동으로 뽑아내 확장성 표기언어(XML) 형태의 웹문서로 꾸며주는 ‘랩퍼 기반 정보추출 시스템’도 개발됐다. ‘ebXML/ebWML 프레임워크기술’의 일환으로 개발된 이 기술은 미리 설정해놓은 관심분야에 따라 관련정보를 모아 XML 문서로 재배치해 주는 획기적인 기술이다.
예를 들어 영화티켓 예매 사이트를 운영하는 사람은 이 기술을 이용해 모든 개봉관들의 개봉작 정보 및 예매현황 정보 등을 실시간으로 전송 받을 수 있다.
실리콘 반도체 ‘터보엔진’ 세계 3번째로 개발
반도체 분야에서는 ‘실리콘 반도체의 터보엔진’으로 불리는 실리콘-게르마늄 SS-HMOS 반도체소자를 개발한 것이 중요한 성과로 꼽힌다. 미국(인텔ㆍIBM)과 독일(다임러-크라이슬러)에 이어 전세계 3번째로 개발한 이 반도체소자는 기존 실리콘 MOS 기술이 ‘나노’ 단계로 진입하면서 발생하는 동작속도, 안정성, 열방출 등의 문제점을 일거에 해결해 줄 수 있는 기술로 주목받고 있다.
이 밖에도 ‘청색 레이저 평면 격자렌즈 기술’ ‘4차원 지리정보 기술’ ‘온라인 3D게임 엔진 기술’ 등 많은 기술들이 이목을 끌었다.
이 중 청색 레이저 격자렌즈는 500원짜리 동전 만한 광디스크에 DVD급 고화질영화 2편에 해당하는 7GB까지 저장할 수 있게 하는 광픽업(Optical Pick-up)의 핵심부품이다. 기존 기술에 비해 광픽업의 면적을 100분의 1, 두께는 10분의 1로 줄여 줘 디지털 캠코더나 PDA, 휴대전화, 입는 컴퓨터 등 휴대형 IT 기기의 대용량화에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
4차원 지리정보 기술은 입체적인 3차원 공간에 더해 과거와 현재의 공간을 시간적으로 넘나들며 볼 수 있는 기술이다. 이 기술을 이용하면 3차원 공간정보 뿐 아니라 시설물의 과거이력 등 시간정보에 대한 저장ㆍ검색ㆍ분석을 할 수 있어 복잡한 도심 시설물에 대한 체계적인 재해ㆍ재난관리에도 응용할 수 있다.
온라인 3D게임 엔진은 온라인게임 강국으로 꼽히면서도 게임개발에 가장 핵심적인 엔진 분야는 외산에만 의존했던 약점을 극복할 수 있는 기술로 평가된다. 일시적인 붐이 아닌 탄탄한 기초를 바탕으로 한 게임강국으로 가기 위한 중요한 전략 포인트인 셈이다.
중요한 성과만 꼽아봤지만 이외에도 ETRI가 지난해 거둔 수확은 헤아릴 수 없이 많다. 오늘날 국가 경쟁력의 핵심인 IT, 그 IT의 핵심 경쟁력인 기초기술을 만들어 가는 ETRI의 활약이 올해도 변함 없이 이어지길 기대해 본다.
서울경제 정보과학부 김문섭기자 <clooney@sed.co.kr>
Space & Aviation
우주개발사업 독자개발 가속화
국내 최초 액체로켓엔진 ‘KSR-Ⅲ’발사 성공
작년 11월 28일 국내 최초로 자력 개발된 액체추진로켓이 충남 서해안 발사장에서 성공적으로 발사돼 그동안 정부가 의욕적으로 추진해 왔던 우주개발사업이 본격적으로 탄력을 받게 될 것으로 보인다. 일반적으로 로켓기술은 선진국에서 수출제한 품목으로 묶여 기술이전이 불가능한 기술. 길이 14m, 지름 1m, 무게 6t의 KSR-Ⅲ는 목표고도인 42km를 약간 상회한 42.7km까지 오른 뒤 총 79km를 비행했다. 비행시간은 231.44초, 로켓연료 점화 시간은 53초였다.
총 835억원이 소요된 KSR-Ⅲ의 개발기간은 5년. 액체추진체 과학관측 로켓 시스템의 국산화와 인공위성 발사체 필수 기술을 확보하는 목표로 추진된 KSR-Ⅲ사업은 한반도 표준대기상태와 미소중력 환경의 측정, 궤도 환경 이온층 탐사, 태양 및 천체 X선 관측 등에 활용할 목적으로 시작됐다. 정부는 KSR-Ⅲ이 우주개발 중장기 계획중 발사체 부분을 주도하는 등 사업의 가져다주는 다른 효과를 기대하고 있다. 하지만 발사체의 성공에 큰 의미를 부여하지 않는 시각이 있는 것도 사실이다. 로켓분야의 한 관계자는 “이 액체로켓의 원천기술을 확보했다는 정부의 주장에 관련해 볼 때 고도 40km를 조금 넘게 상회했다는 사실은 별다른 큰 의미를 부여하기 힘들다”고 주장했다. 그러나 선진국가에서 수출 제한 품목으로 묶여왔던 점을 고려하면 이 정도의 성과는 크다는 시각이 지배적이다.
순수 국내 기술로 액체로켓인 KSR-III 발사 성공으로 우주개발 중장기 계획중 발사체 부분을 주도하게 됐고 발사체 관련 국외 기술을 습득하고 전차할 수 있는 기회를 얻음과 동시에 오는 2005년까지 100kg급 저궤도 소형위성 발사체인 KSLV-I 개발에 탄력을 받게 됐다.
정지궤도 통신해양기상위성 국내 독자 개발 추진
독자적인 위성기술을 개발하고 기상 재난 조기예측체제를 구축한 통신해양기상위성이 오는 2008년 발사될 예정으로 올해 공식 개발을 시작한다. 총 사업비 2,880억원이 들어가는 이 위성 사업은 올해부터 오는 2008년까지 개발해 정지궤도에 오르게 된다. 발사중량 2,500∼3,000kg에 7년의 운용수명이 예상되는 통신해양기상위성은 통신방송, 해양, 기상 등 다양한 분야에 이용될 예정이다. 이 위성은 차세대 통신 탑재체 기술 우주인증과 위성통신 및 방송 서비스, 조기 적조감지, 한반도 주변국들의 해양활동 환경감시, 기상예보 정확도 향상을 위한 대기 정밀구조 관측, 태풍 및 집중호우 등 한반도 악기상 특별관측 등의 임무를 수행할 예정이다.
아리랑 위성 2호 개발 예정
아리랑위성 2호 개발 사업의 목표는 우주에서 인공위성을 이용, 관측한 고해상도의 지구 관측 영상을 제공이다. 고해상도 영상은 대규모 자연 재해의 감시, 각종 자원의 이용 실태 조사, 지리 정보 시스템, 지도 제작 등과 같은 다양한 분야에서의 활용이 가능하게 된다. 현재 고도의 정보화가 진행되고 있는 시점에서 고해상도 위성 영상에 대한 수요는 끊임없이 증가하고 있어 이미 선진국은 고해상도 위성 영상을 제공할 수 있는 시스템을 개발하고 있는 상태. 이중 일부는 상업적인 성공도 거두고 있다. 이에 따라 정부는 이러한 우주개발의 추세에 따라 국내 최초의 다목적 위성인 아리랑 위성 1호의 개발 경험을 보다 향상된 위성 시스템의 개발을 주요 목표로 하고 있다.
아리랑 위성 2호에 요구되는 재원은 1호보다 상당히 업드레이드된 편. 수명은 1호와 마찬가지로 3년 이상. 궤도는 685km, 무게 765kg의 2호는 지상관측 폭이 약 15km이며 궤도 주기당 20%의 운용이 가능하다.
아리랑위성 2호의 주요 임무는 한반도 지역에서 발생할 수 있는 대규모의 자연 재해를 감시하고 각종 자원의 이용 실태 파악과 지리 정보 시스템(GIS)에 활용 가능한 고해상도의 지구 관측 영상을 제공하는 것이다. 이를 위해 아리랑위성 2호는 1m 해상도의 팬크로매틱(pancromatic) 영상과 4m 해상도의 다중대역 영상을 촬영할 수 있는 고해상도 카메라(Multi-Spectral Camera, MSC)를 탑재할 예정이다. 특히 2호기의 특징 중 하나는 한반도뿐만 아니라 전세계의 육지를 관측할 수 있는 능력을 가지고 있다는 점. 이를 이용하여 고해상도의 디지털 지도와 여러 대역에 걸친 다양한 컬러의 영상을 합성한 지도와 같은 고품질의 부가가치 영상을 제작할 수 있다. 아리랑위성 2호는 아리랑위성 1호의 개발 경험을 바탕으로 개발되기 때문에 아리랑위성 1호 개발 사업을 통해 축적된 기술과 인력의 활용을 극대화할 수 있을 것이다. 이를 통해 얻어진 영상정보는 향후 고부가가치의 자료로 활용될 예정이다.
국내 최초 T-50 초음속기 개발
작년 10월 30일 국내 최초 초음속 고등 훈련기인 T-50의 성공적인 비행과 함께 우리 나라 항공산업 발전에는 획기적인 전환기를 맞았다. T-50기 개발로 우리나라는 세계에서 12번째 초음속 항공기 개발국이 되었다. 단거리 및 가시거리 미사일을 장착해 공대공 및 공대지 임무를 수행할 수 있는 T-50은 향상된 항법장비를 통해 정확한 무장능력을 확보하고 있다. 특히 T-50은 F-16·라팔·F-22 등 제 4, 5세대 전투기의 조종훈련을 위해 설계된 효율적인 고등훈련기로 평가받고 있어 21세기 훈련기 시장을 선점할 수 있으리라는 기대가 높다.
스마트 무인기 개발 계획
무인기는 조종사가 타지 않은 상태에서 스스로 시각센서나 레이더 등으로 사물을 식별하며 목표물을 찾아가거나 장애물과의 충돌을 피하는 기술 및 돌풍 같은 위험한 상황에 대처한다. 고장난 부위가 발생하면 스스로 대처하는 기술을 포함하는 스마트 무인기의 개발이 올해 시작된다. 한국항공우주연구원(원장 채연석·이하 항우연)은 작년에 오는 2010년 개발을 목표로 추진되고 있는 스마트 무인기의 기본 개념을 확정했다. 항우연이 내세우는 스마트 무인기의 개념은 ‘비행체의 성능과 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 혁신기술로 제작돼 고속 비행과 수직 이착륙이 가능한 소형 무인기’다. 무인기의 개념에 대해 과학기술부의 최은철 우주항공기술과장은 “프로펠러를 장착, 수직 이착륙을 가능케하고 이륙 뒤에는 이를 고정시켜 날개로 활용하는 비행체”라고 규정지었다.
우선, 정부가 개발에 박차를 가하고 있는 무인기는 동체 길이 1∼3m, 최대 중량 300kg의 소형으로 최고 시속은 500km며 체공시간은 5시간이다. 예정대로라면 이 소형 무인기는 오는 2010년 모습을 드러내게 된다.
정부는 관련 지식기반 기술을 확보해 세계 5위권의 무인기 기술 선진국에 진입한다는 목표를 세워놓고 있다. 무인기는 무인정찰기나 공격기 등 군수용뿐 아니라 민간통신과 환경감시 등 민수용으로도 활용도가 높아질 것으로 기대된다는 것이 과학기술부의 설명이다. 항우연도 민수, 공공, 군수 등 약 20여개 분야에서 무인기를 활용할 수 있을 거으로 보고 있다. 한편, 과기부는 향후 10년 동안 매년 100억원을 투자하고 민간분야에서 총 400억원을 투입할 예정이다.
Nano Tech
보이지 않는 세계가 미래를 연다
2002년은 ‘나노-바이오 해’였다. 바이오 분야의 성과도 적지 않았지만 우리 나라 나노분야의 연구성과는 세계를 놀라게 하기도 했고 이 분야의 학문연구에 적지 않은 영향을 미쳤다. 그러나 나노테크놀러지는 그다지 일반인에게 피부로 와 닿지 않는 것으로 여겨진다. 나노의 세계는 고전적인 물리학으로의 접근이 용이하지 않기 때문이다.
나노세계에서 우리에게 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 것이라면 아마도 ‘양자컴퓨터’를 가장 먼저 꼽을 수 있을 것이다. 양자컴퓨터란 기본적으로 나노세계에서 양자역학계에 정보들을 구현하고 그 정보에 적절한 조작을 가해 원하는 연산을 행하는 물리적 시스템을 말한다. 현재의 고전적(일반) 컴퓨터는 0과 1이라는 두 가지 형태로써 정보를 저장하고 시스템이 둘 중 어느 상태에 있는 지에 따라 이를 원하는 방향으로 연산을 하게 된다. 양자컴퓨터도 적절한 표시방법을 선택해 2진법의 형태로 데이터를 처리한다는 점에서는 현재의 고전적 컴퓨터와 동일하다. 하지만 양자컴퓨터의 이론적 배경이 되는 양자역학계에서는 이러한 0과 1이 중첩상태로의 존재가 가능하다. 이를 두고 물리학계는 결맞음(coherence)이라고 부른다. 즉, 0과 1상태의 외에도 0도 아니고 1도 아닌 상태 혹은 0이면서 동시에 1인 상태가 발생하는 것이다. 이러한 현상을 컴퓨터에 적용해 정보의 연산과 처리에 이용하게 되면 다양한 경우의 수를 한번에 적용해 복잡한 연산을 수행할 수 있게 되는 것이다. 양자컴퓨터가 암호해독에 특히 강점을 보이는 것도 중첩상태에서 동시에 여러 데이터를 처리할 수 있기 때문이다. 이와 같이 복잡한 연산을 수행하려면 우선 아주 미세한 트랜지스터가 요구된다. 나노테크가 발달할수록 트랜지스터는 작아진다. 일반 컴퓨터의 경우 게이트는 트랜지스터 등의 조합으로 데이터가 공간적으로 연산되는 반면, 양자컴퓨터의 경우 게이트는 스핀계에 순차적으로 적용되는 단일 변환으로 데이터는 같은 공간에서의 시간의 흐름에 따라 연산된다. 현재로서는 양자컴퓨터가 어떤 2진법 형태를 가져야 한다는 표준은 없기 때문에 다양한 방법들이 제안, 연구되고 있다. 현재 가장 연구가 활발히 진행되고 가시적인 성과가 나타나는 것은 NMR을 이용한 방법(NMR은 Nuclear Magnetic Resonance의 약자로 핵자기공명을 뜻한다). 하지만 아직 초기 연구단계에 있기 때문에 또다른 새로운 형식의 하드웨어가 등장할 가능성도 있다.
“양자측정 위한 양자제어연구소 절실”
양자컴퓨터에서는 정보저장의 최소단위를 큐비트(qubit)로 나타낸다. 폰노이만식 컴퓨터의 bit와 비슷한 의미인데 세계적으로는 현재 7qubit까지 개발되었다. 국내에서는 얼마전 한국과학기술원의 이순칠 교수가 3qubit까지 개발한 상태. 3qubit는 세개의 스핀 2분의 1입자를 이용할 수 있게 된 것을 의미한다. 현 단계에서는 컴퓨터를 실제로 이용할 수 있는 수준까지 qubit수를 높이는 것이 연구의 핵심사항이다.
고려대 물리학과의 양승렬 교수는 “지금과 같은 연구수준에 비추어볼 때 2010년이면 현재의 컴퓨터 트랜지스터는 10Å(원자 10개가 배열되어 있는 거리)의 기술수준까지 발전할 것”이라고 내다봤다. 양교수는 그러나 “현재의 고전적 물리학으로는 양자를 제어하는데 한계가 있다”며 “양자는 고전 물리계로 측정이 전혀 불가능하기 때문에 파장과 입자의 성질을 동시에 띄고 있는 양자 측정의 환경을 조성하기 위해 고전 물리계의 한계를 극복할 수 있는 양자제어에 대한 연구가 활발히 진행되어야 한다”고 지적한다.
현재 우리나라의 양자특정에 대한 연구수준은 초보적. 하지만 선진국이라고 해서 특별히 앞서가는 것도 나을 것도 없다. 문제는 양자의 제어. 양승렬 교수는 양자 제어를 통한 양자측정의 발전을 위해 오는 상반기중 양자제어연구소의 설립을 계획하고 있다.
나노테크가 발달하면 우선 컴퓨터가 손바닥보다도 더 작아지게 된다. 이는 엄청나게 복잡한 수학식 계산과 동시에 간편한 휴대용 기기의 출현을 예고한다. 연산능력이 엄청나면서 휴대폰만한 컴퓨터가 팔린다면 사지 않을 사람이 있을까. 하지만 아직도 실용화되기까지는 20년 이상이 걸린다는 것이 전문가들의 예상이다. 한편 과학기술부는 지난달 「나노소재 기술개발사업단」(단장 서상희)을 지난달 출범시키고 10년 동안 총 사업비 1,306억원을 들여 고강도 나노소재, 환경·에너지 나노소재, 광학 나노소재 연구지원에 나섰다.
박세훈 기자 <isurf@sedaily.com >
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