우리나라 광학기술의 국산화를 이끌며 미래를 선도하는 기업

[사진 0] Seoul ADEX 2019 전시회에 참가한 그린광학 부스 전경

충북 청주시에 위치한 광학 전문 기업 ‘그린광학’은 반도체·디스플레이 등의 산업부터, 방위산업과 위성 등에 이르기까지 다양한 광학제품을 생산한다. 빛을 이용한 광설계와 조명설계, 광응용 제품군의 렌즈 및 기구 설계, 가공, 코팅, 조립, 평가까지 광학분야 전체를 아우르고 있는 기업이다.

1999년 설립 이후, 급속한 성장을 거쳐 국내에선 드물게 광학 제품 생산에 필요한 모든 과정을 원스톱 서비스로 제공하고 있다. 또 20년간의 지속적인 연구개발과 독보적인 기술력 확보로 국내·외 다양한 기업에 광 부품 및 시스템을 공급중이다. 사업영역은 우주항공용 위성 미러, 방산용 탐색돔(Seeker Dome) 및 레이저무기 광학계, 반도체 및 디스플레이용 광학계, 원소재 등 다양하다. 광학제품은 렌즈, 미러, 필터 등으로 모듈화 돼 생산된다. 그린광학의 사업 분야는 정밀제품, 방위산업을 거쳐 우주로 확대중이며 2020년 기준으로 매출은 303억 원이고, 이윤의 상당부분을 우주광학 연구개발에 투자하고 있다.

조현일 그린광학 대표는 일본계 광학회사에서 근무하다가 우리나라 반도체 노광설비에 들어가는 광학계가 일본 등에서 전량 수입되는 현실을 본 뒤 이들 제품을 국산화해야겠다고 결심하고 1999년 그린광학을 창업했다.

처음 반도체 핵심 설비에 들어가는 광학부품을 제조하는 데서 시작했고, 이후 방위산업으로 사업 범위를 확장했다. 국산 지대공 유도미사일에 정밀 렌즈를 공급하며 회사가 한걸음 더 성장했으며 회사 이익의 약 50%를 과감하게 연구개발(R&D)에 투자해 나갔다. 그리고 우리나라를 대표하는 유수의 기업에 제품을 공급하기 시작했다.

이후 조 대표는 2011년 중국 상하이에서 열린 광학전시회에 방문했다가, 참여한 중국 업체가 1만개에 이른다는 사실을 보고 돌아와 우주광학연구소를 세웠다. 전시회에서 본 수많은 중국 업체가 10년 후 10%만 살아남아도 위협적인 상황이라고 판단했고, 고난이도의 초정밀 광학계 생산을 고민하며 우주광학에 뛰어들었다. 주변에서는 중소기업에서 우주광학연구소를 만드는 것을 말리기도 하고 의아해 했지만, 지금은 10년간의 성과가 뿌리내려 가장 바쁜 부서로 자리매김 했다.

2013년, 그린광학은 국내 과학기술위성의 카메라 렌즈를 제작하면서 우주광학 분야에 진출했다. 최근 유리기반의 광학거울에서 세라믹 등의 신소재를 이용한 광학반사경 제작 연구가 활발해지면서 SiC 광학거울 제작 기술이 각광받고 있다. 이는 높은 강성 및 경량화 측면에서 유리하고 온도 등의 환경영향성에서도 우수한 특성을 보인다.

[사진 1] 과학기술위성용 카메라 렌즈

그린광학은 미 항공우주국(NASA) 및 미 천문관측소(NOAO)와 수년간 SiC 가공기술 연구 및 대형 SiC 광학거울 개발을 협업해 오며 기술 경쟁력을 키워왔다. 최근엔 300mm급의 SiC를 이용한 광학거울을 제작했다. 이는 항공기 탑재체 경량화 카메라에 응용될 수 있는 기술 이다. 또한 500mm급 Cordierite 소재를 우주에 적용하기 위해 NASA, 교세라 및 그린광학이 협업했고, 그 결과가 NASA에서 논문으로 발표될 예정이며, 그린광학의 엔지니어도 등재된다. 유럽, 일본, 한국에서 각각의 공법으로 생산된 SiC 재료 및 Cordierite의 가공 특성들을 데이터화하고 있으며, 최상의 가공 품질을 통해 시스템 성능을 향상시키기 위한 노력을 지속하고 있다.

[사진 2] NASA용 Cordierite 500mm급 연마공정

공군 항공우주전투발전단은 ‘우주 감시·정찰체계’ 1단계로 ‘우주정보상황실’을 운영하며 우주물체 추락 상황 등에 대응하고 있다.

한국항공우주연구원(항우연)의 아리랑·천리안 위성, 한국과학기술원(KAIST)의 과학기술위성, KT SAT(샛)의 무궁화 위성, 한국천문연구원, 기상청, 중앙전파관리소 등이 포착하는 각종 우주정보가 이 상황실로 모이게 된다.

이 프로젝트의 체계업체는 LIG넥스원이며, 참여업체로 참가한 그린광학은 우주물체 추락 상황을 탐색하는 500mm급 망원경을 설계부터 조립 및 평가까지 성공적으로 완수했다.

수행과정 중 어려움이 많았음에도 매우 높은 요구사양의 망원경 4대를 설계부터 조립까지 짧은 기간 내에 성공적으로 수행했다. 식별망원경의 주경 1.6m 및 부경도 요구사양을 만족하며 납품했으며 사계절 테스트를 통해 올해 9월 14일 운용시험평가 결과 ‘전투용 적합’ 최종 판정을 받았다.

향후엔 고출력레이저 기술과 접목해 나아갈 계획인데, 그린광학은 이미 Block-I 레이저용 광학계를 제작해서 우수한 성능평가를 받았다. 우주용 망원경 및 고출력레이저를 제작하는데 필요한 핵심기술을 그린광학은 지속적으로 발전시키는 중이다.

[사진 3] EOSS 탐색망원경

광학시스템이 대형화되면서 무게의 조건이 엄격히 제한되는 우주발사체에 적용할 광학시스템에서는 광학거울의 경량화 기술이 필수적이다. 2020년 인도우주개발 기구(ISRO : Indian Space Research Organization)에서 지구 관측용 카메라에 들어가는 비축비구면의 광학거울을 약 85% 경량화 설계하였고, 그린광학에서 754x557mm의 해당 광학거울을 성공적으로 제작했다.

[사진 4] 인도 ISRO의 Resourcesat-3 지구 관측 위성, 토지 및 수자원 관리 위성, 위성 탑재용 PM, SM, TM 미러 6세트를 제작중인 프로젝트

제작과정에는 정밀 기계가공과 화학 에칭 공정이 포함되어 있고, 2mm 수준의 리브(Rib) 두께까지 안정적으로 적용됐다.

[사진 5] 광학거울의 경량화 기술

[사진 6] Cartosat-3A, 3B, ISRO가 개발한 3세대 고해상도 이미징 위성, 3A용으로 현재 2세트 제작중인 프로젝트.

[사진 7] 경량화 분석 과정

현재 그린광학의 제조기술은 1.2m급 대형 반사경을 양산할 수 있는 수준이며 ISRO의 또 다른 위성용 대형 광학거울 제작을 주문 받아 양산을 진행중에 있다. 또 앞으로 2m급 반사경을 제작할 수 있도록 가공장비 설계를 진행하고 있다. 국내 천문우주 관측기기의 국산화뿐만 아니라 인도, 유럽 등의 대형 반사경 수주를 통해 수출 확대를 계획하고 있다. 이를 통해 국내 광학기술의 선진화를 이루겠다는 목표인데, 향후 상업인공위성의 확대와 더불어 위성탑재 광학계 시장이 확대될 것으로 예측된다.

국내에서는 국책연구원과 협력하며, 항공우주연구원에서 내년 하반기를 목표로 하는 ‘달탐사 프로젝트’에 고성능 카메라를 공급했다. 달 궤도를 돌면서 달의 표면을 관찰하는 위성에 탑재된다.

비축-자유곡면 3반사 광학망원경 개발 프로젝트인 Low Surface Brightness(LSB)는 국내 순수기술로 구성된 프로젝트이며, 이 중 그린광학이 미러 3개를 제작했다. 한국천문연구원에 납품된 미러는 조립 후 성능 평가에서 관련 담당자들의 기대 이상으로 우수한 결과를 도출해 냈다.

시제품 결과가 좋았기 때문에 해당 제품 제작은 2029년까지 확장할 계획이다. 이 기술을 사용하면 기존 대비 1/3 크기로 같은 성능을 발휘할 수 있다. 한편 세계 최초 천문관측 기술 융합이 포함되어 있고, 인류 최대 망원경 개발 참여기반 확보를 위한 교두보로서 남극에 설치되는 프로젝트가 있다. ‘Super Eye’ 플랫폼 구축을 취한 실증 중심의 정밀관측 융합 요소기술 개발 프로젝트인데, 여기서도 그린광학이 중추적인 역할을 담당하고 있다. 올해 10월 그린광학 소속 연구원은 천문연구원과 함께 남극에 가서 각종 테스트를 실시한다.

[그림 3] LSB 우주 탐사용 망원경(K-DRIFT) 개발 계획

[그림 5] 극한환경 시험용 300mm 구경 SiC 태양망원경, 극한환경 관측 플랫폼(Super Eye)의 일부요소 기술을 남극에서 현장 시험관측 수행

[표 1] Super Eye 플랫폼 구축 기술 로드맵

미사일 Seeker Dome은 사파이어 소재가 많이 사용되었는데, 사파이어는 가공성이 좋지 않고, 가격이 매우 고가여서 사파이어를 대체할 수 있는 소재에 대한 개발을 수정해 왔다. 2012년 미국에서 사파이어 대비 전체 제조비용 65%를 절감하고, 가시영역부터 적외선까지 모든 영역을 투과할 수 있는 꿈의 소재를 개발했다.

그린광학에서는 핵심방산소재 기술개발사업(2013~2018년)을 통해 고품질의 Standard ZnS 소재를 개발 성공했고 사업화를 진행중이다. 해당 소재의 다음 단계인 다중 밴드 투과(0.4~12㎛, 투과율 70%)를 위한 Multi-Spectral ZnS 소재도 이어 개발하고 있다. 기 개발한 STD-ZnS(Standard ZnS) 소재는 Dome용으로 해외에 수출하고 있다.

핵심방산 소재 ZnS는 적외선 광학에 가장 많이 사용되는 소재이며 양산할 수 있는 기술을 가지고 있는 업체는 전 세계적으로 다섯 개 업체뿐이다. 그린광학은 월 500kg 수준의 양산공정을 확보했고 일본 및 유럽 등에 수출할 만큼 우수한 품질을 자랑한다.

Seeker 제품군으로는 신궁, 현궁, 130mm, LAH 돔 등을 양산하고 있다.

설계한 대로 제품이 만들어져 성능이 나온다면 더할 나위 없을 것이다. 그린광학은 인공위성용 경량화 비축비구면 거울을 만드는 기술을 가지고 있고, CGH(디지털 홀로그램)를 이용, 정밀한 측정을 통해 설계값에 가장 가깝게 광학 거울을 제조한다. 실제 Block-I 거울을 제작해 성능평가를 했을 때, 설계한 대로 성능이 나와 관계자들의 호평을 받은 바 있다. 우주광학용 거울을 만드는 기술은 레이저무기 거울 제조기술과 유사하다.

기술의 흐름이 우주광학에서 방산용, 산업용으로 흐르고 있다.

조현일 그린광학 대표는 광학 불모지나 다름없던 국내에서 광학제품 국산화를 위한 연구에 매진해 왔다. 해외 기업이 원가 17만 원짜리를 가공해 만든 제품을 국산 중형 자동차 가격에 구매하고 있는 대기업에 찾아가 대체품을 제안했지만 거절당하기도 했다. IMF 외환위기로 환율이 뛰면서 국내에 국산화 바람이 불고서야 숨통이 트였다.

그린광학은 처음부터 지금까지 설비에 대한 투자를 아끼지 않고 있다. 다양한 설비를 갖춰야만 광학 시장의 다양한 요구에 발맞출 수 있기 때문이다. 주요 형상 설비로 5축 초음파 가공기, 초정밀 형상가공기(M급) 등을 보유하고 있으며 DTM(Diamond Turning Machine) 장비까지 보완하면서 대부분의 제품을 자체적으로 가공할 수 있는 단계까지 올라섰다.

연마 장비로는 슈나이더사의 최신 센터링, 그라인딩, 폴리싱(제어기반), QED사의 MRF(Magneto Rheological Finishing) 장비를 갖추고 있다. 국내외 최첨단장비를 보유하면서 고객이 요구하는 제품을 즉각적으로 생산할 수 있는 강점을 지니고 있다. 코팅장비로는 10여 대의 세분화된 장비를 보유하고 있고, 최대 3.2m까지의 코팅이 가능하다. 이 외에도 조립편심장비, MTF 외 다수의 측정 장비를 갖춰 좋은 품질의 제품을 만들어 고객에게 제공하고 있다.

조 대표는 “우리나라 광학은 고작 20~30년밖에 안 되는데 일본의 ‘니콘’은 100년, 독일의 ‘칼자이스’는 120년이나 된다”면서 “글로벌 업체와 경쟁해야 하는 만큼 수익이 나기까지 공격적인 투자와 연구개발 노력이 소요되는데 이를 인정해 주지 않는 풍토가 아쉽다”고 토로했다. 그는 또 “향후 우주 공간의 상업적 이용이 가능한 뉴스페이스 시대가 도래하면, 지난 10년간 공들인 노력들이 성과를 보게 될 것”이라고 밝혔다.

중소기업의 난제 중 하나는 젊은 인력 확보다. 그린광학은 2030 세대 연구원들에게 복지뿐만 아니라 동기부여가 되는 다양한 프로젝트를 함께 할 수 있는 기회를 주기 위해 노력하고 있다. 태양관측 망원경을 만들어 남극에서의 관측 활동을 지원하고 있으며, 미국 NASA나 미국국립천문대와 함께 대형망원경 측정기술 개발, 달 탐사위성에 들어가는 고해상 카메라를 제작·평가하는 과정에서도 젊은 연구 인력을 보내고 있다. 밀레니얼 세대 연구원들이 직업적인 성취감을 쌓을 수 있도록 다양한 프로젝트를 연구 과제로 제시하고 있는 것이다. 기술과 설비에 대해 아낌없는 투자로 세계적인 경쟁력을 키워 온 그린광학. 앞으로 100년 간 젊은 연구원들이 이 회사에서 광학에 대한 꿈을 키운다면, 우리나라 광학의 미래가 무척 밝을 것으로 기대된다.

Q1. 우리나라 광학기술의 현재, 방위산업에서의 광학기술의 중요성 등에 대한 생각을 듣고 싶습니다.

방위산업의 핵심적인 부분은 광학기술이 담당합니다. 해외기술에 많이 의존하고 있는 분야지만 지속적인 정책지원과 기업의 자율적인 노력이 잘 융합된다면 우리도 쫓아가는 수준을 벗어나 세계를 리드하는 날이 올 것입니다. 그러기 위해서는 미래 산업의 한 분야가 될 기초광학 산업에 투자를 해야 하며, 이공계열 육성이 절실히 필요한 때입니다. 그린광학은 단순한 광학회사를 넘어서 우리나라 방위산업계에서 필요로 하는 광학 관련 인력, 인프라를 구축하는데 도움이 되고자 할 수 있는 노력을 다할 것입니다. 광학은 투자와 노력이 성과로 이어지려면 오랜 시간이 걸리는 분야이며, 산업구조상 국가에서 꼭 키워야 하는 분야라고 생각합니다.

Q2. 방산업계는 4차 산업혁명 변화의 바람과 함께 첨단기술의 각축장이 되고 있습니다. 우리나라를 대표할 수 있는 광학기업으로서 향후 미래를 위해 새롭게 투자하고 있거나 계획하고 있는 R&D 및 사업 분야 등이 있다면 무엇인지 궁금합니다.

미래 비전을 위해 SWIR Zoom 광학계를 개발중에 있으며, 가시영역부터 중적외선까지 투과할 수 있는 소재를 개발중에 있습니다. ‘기본적인 산업’과 ‘미래산업’에 투자하며, ‘우주 광학 고부가가치 산업’을 이끌어 올 수 있었습니다. 이는 그린광학이 가지고 있는 강점으로 회사가 추구하는 방향성과도 맞닿아 있습니다. 5G, 자율주행, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT)산업 등 현재의 사회와 산업 환경은 급속도로 변하고 있습니다. 언제나 준비된 상태로 감각을 곤두세워 타이밍을 잡기 위해 노력하고 있습니다. 회사 설립 초기부터 사람과 장비에 아낌없는 투자를 한 것에 큰 자부심을 느낍니다.

Q3. 그린광학이라는 기업이 대내외적으로 어려운 점을 개선하고, 성장과 발전을 위해 노력하고 계신 점은 무엇인가요?

그린광학은 실력을 키워 나가고자 해외 전시회 및 학회에 참여하는 등 적극적으로 견문을 넓히고 있습니다. 국내에서 머무르지 않고 해외로까지 도약한 덕에 회사는 세계시장의 흐름과 방향성을 파악할 수 있었습니다.

또한 직원들이 행복한 회사를 만드는 것에 큰 주안점을 둡니다. 직원들의 능력을 키워 주면서 회사에서 행복감을 느낄 수 있게 하고, 나아가 직원들의 자녀가 입사해도 좋을 정도의 회사를 일궈가는 것을 목표로 경영하고 있습니다. 단순히 수익창출 목적으로 사업을 하는 것이 아니라 광학 분야에서 실력을 키워 나가 국내에서 명실상부한 기업으로 자리 잡고자 하는 지향점을 가지고 있습니다. 뚜렷한 방향성은 사업을 함에 있어 사명감과 자부심 그리고 행복감을 느끼게 해줍니다. 그러면 어려움이 오더라도 함께 헤쳐 나갈 수 있습니다.

100년 이상 이어갈 수 있는 회사를 만들기 위해 지난 24년간 노력해왔습니다만, 광학 산업 환경이 고객의 요구사항은 급격히 많아지는 반면 제반기술이 따라가기가 어렵습니다. 따라서 지속적인 투자와 중장기적 연구개발이 필요합니다.

Q4. 방위산업과 관련해 그 동안 정부, 또는 방진회를 통해 제도나 사업 관련해 도움 받은 부분이 있다면 무엇인가요? 또 앞으로 군과 정부 등에 바람이나 제언이 있다면 무엇인가요?

핵심방산소재 기술개발사업(2013-2018년)을 통해 고품질의 Standard ZnS 소재 개발에 성공했고, 또 최근에는 무기체계 개조개발 지원사업으로 수출용 MS-ZnS Seeker Dome 개발을 하게 되었습니다. 금년 5월에 이슈가 되었던 이스라엘의 아이언 돔(Iron Dome) 개발은 시사하는 바가 큽니다. 무기체계 전력화 이후 3~5년 동안 제품 사용 실적을 검토하여 성능개량 여부를 결정합니다. 최종 목표 대비 70%의 시험결과를 가지고 2년 동안 성능개량을 하여 요격율을 95%까지 향상해서 이번에 큰 역할을 했듯이, 이러한 좋은 제도는 우리도 받아들여야 국내 방위산업이 지금보다 더 빨리 성장할 수 있을 것이라고 항상 생각하고 있었는데, 다행히 올해 9월 17일에 진화적 개발 입법예고가 되어서 향후 더 발전적인 방향으로 나아갈 수 있을 것입니다.

[사진 10] ISRO용 렌즈 조립 후 인도 과학자와 함께

Q5. 광학제품을 만드시는데 있어 방위산업을 거쳐 우주로 확대중이신데요. 이와 관련해 지금 어떤 과정에 있으며, 향후 계획 및 비전을 소개해 주신다면?

지금까지 인도우주개발기구용으로 많은 종류의 프로젝트를 수주하여, 일부는 납품완료, 일부는 수행중에 있습니다.

또한 최근 이슈되는 아이템인 1.2m(미터)급 경량화 거울을 만들기 위해 현재 공정개발중에 있습니다. 가공 난이도가 높고, 국내 기술경험이 부족한 상황에서 제작하는 것입니다. 이 아이템 제조에 있어 가공 및 측정, 검증기술이 매우 중요합니다. 해당 프로젝트가 성공적으로 수행되면 우리나라 천문우주분야에 있어서 새로운 역사를 만들게 될 것입니다. 회사는 앞으로 2m급까지 예상해서 반사경을 제작할 수 있도록 가공장비 구축을 계획하고 있습니다. 여기서 획득한 기술은 레이저무기용 거울을 만들 때 많이 적용이 되고, 인공위성 및 대구경 망원경 거울 제작을 국내에서 공급할 수 있도록 할 계획입니다.