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유럽특허청(EPO)과 유럽우주정책연구소(ESPI)가 유럽우주국(ESA)과 협력하여 우주 부문의 추진 기술 개발을 조사한 ‘우주 추진 시스템(Propulsion systems for space)’ 연구 보고서를 발표했다. 이 보고서는 전 세계 우주 분야의 특허 활동과 기술 동향을 분석하고 있다.

연구에 따르면, 총 4,559개의 특허 패밀리가 52개 특허 관청에 출원되었으며, 43개국의 출원인과 53개국의 발명가들이 포함되었다. 이 중 국제특허패밀리(IPF)는 1,178개로 전체의 약 26%를 차지했다. 특히, 중국은 전체 특허 패밀리의 약 65%를 차지하여 1위를 기록했으며, 미국, 독일, 일본, 프랑스가 그 뒤를 이었다. 국제특허패밀리 기준으로는 미국이 전체의 약 43%를 차지해 1위를 기록했다.

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시장 환경 및 추세

전 세계 우주 분야는 전례 없는 혁신을 보이고 있으며, 2022년에는 1,000개 이상의 기업이 활동했다. 이는 2012년의 두 배에 해당하는 수치이다. 몇 년 동안 민간의 역할이 증가했음에도 불구하고 여전히 공공 자금에 비해 작은 부분을 차지하고 있다. 2022년 공공의 지출은 약 1,000억 유로(약 148조 원), 민간 자본은 88억 유로(약 13조 원)를 넘었다.

우주 추진 시스템은 발사대, 위성 및 기타 자산을 지구에서 우주로 또는 우주 내로 이동시키기 위한 추력을 생산하는 기본 기능을 제공한다. 궤도 획득·변경·유지, 위치 제어, 충돌 회피, 수명 종료 시 폐기, 착륙 및 상승을 포함한 심우주기동을 가능하게 하는 핵심 요소이다. 이러한 다양한 추진 사용 사례에 대한 수요가 증가함에 따라, 추진 분야에 종사하는 기업들은 최근 전 세계적으로 상당한 자금을 지원받고 있다. 우주 추진 시장은 2022년 약 92억 유로(약 14조 원)에 달했으며, 2030년까지 두 배 또는 세 배의 가치를 가질 것으로 예상되고, 주요 시장은 북미, 유럽 및 아시아 태평양이다.

추진 원리와 관련 기술

우주 추진을 위한 대부분의 사용 사례는 ▲화학 추진(액체 추진, 고체 추진, 하이브리드 추진, 공기흡입식 시스템) ▲전기 추진(정전식, 전자기, 전열) ▲대체 추진(빔 에너지 추진, 테더링 추진, 핵 추진, 냉가스 추진기) ▲추진제(H2O2 또는 H2, 현지자원활용(ISRU) 추진제, 금속 추진제, 친환경 추진제) 등과 같은 추진 원리에 의해 다루어진다.

화학 추진 관련 특허는 발사 활동 증가와 함께 선형적으로 증가하고 있으며, 전기 추진 특허 출원은 지난 20년 동안 가장 많이 증가했다. 특히, 중국 기업의 출원이 전체 증가에 많은 영향을 미쳤다. 대체 추진 부문에서는 원자력, 솔라세일, 빔 에너지, 테더링 추진과 같은 실험적인 방법들이 있으며, 최근 몇 년 동안 증가 추세를 보이고 있다.

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주요 출원인 및 국가별 동향

화학 추진 관련 특허 출원에서는 중국의 베이징 항공항천대학이 1위를 기록했으며, 에어버스(유럽), 사프란(프랑스), 아리안(프랑스), 에어로젯 로켓다인(미국)이 그 뒤를 이었다. 전기 추진 특허 출원에서는 중국 기업이 약 67%를 차지했다.

특허 활동이 가장 활발한 국가로는 미국, 유럽(프랑스와 독일), 일본, 중국, 러시아가 있으며, 이들은 국제 특허 활동의 대부분을 차지하고 있다. 특히 중국은 전체 특허 출원 증가를 주도하고 있으며, 전기 추진 출원 증가가 두드러진다.

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유럽 출원인(EPC 회원국, 39개국)은 국제 특허패밀리의 약 37%를 차지했으나, 유럽의 다른 첨단 기술 분야의 정체와 맞물려 추진 시스템 개발은 둔화하고 있다. 유럽 국가의 특허 출원 대부분은 프랑스와 독일에서 비롯되었고, 유럽연합의 그린 딜(Green Deal)을 통한 기후 보호 및 녹색 정책에도 불구하고, 유럽의 친환경 추진제 관련 특허 수는 미미한 수준이다.

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우주 추진 시스템은 지난 20년 동안 특허 활동이 연평균 9%씩 증가했으며, 특히 2011년부터 이러한 증가가 두드러졌다. 추진 시스템의 모든 부분과 관련하여 중국의 강세가 관찰되며, 이는 전체 특허 출원 증가를 주도하고 있다. 전기 추진 출원이 화학 추진 출원을 능가하는 경향을 보였으며, 원자력 추진도 미미하지만 출원 건수가 증가하고 있다. 유럽연합의 그린 딜에도 불구하고, 친환경 추진제 관련 특허 출원은 미미한 수준이다.

이 보고서는 우주 추진 기술에 대한 전반적인 시장 환경과 기술 동향을 파악하는 데 중요한 자료로 활용될 것으로 보이며, 앞으로도 우주 추진 시스템 분야에서 혁신과 발전이 지속될 것으로 기대된다.