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별탄생 신비 밝히고 우주부품 검증할 ‘차세대소형위성’ 초기 운영 '합격점'

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2019년 04월 30일 18:09 프린트하기

한국형 우주과학연구용 위성인 차세대 1호. KAIST 제공
한국형 우주과학연구용 위성인 차세대 1호. KAIST 제공

지난해 말 발사한 차세대소형위성 1호가 초기 임무를 성공적으로 마쳤다는 공식 보고가 나왔다.  인공위성 본체의 기능과 한국이 개발한 7개 우주 핵심기술 모두 정상적으로 운영되고 있고, 과학 임무에서 소기의 성과를 거둔 것으로 확인됐다.

 

KAIST 인공위성연구소는 이달 30일 대전 유성구 KAIST에서 한국형 우주과학연구용 위성 차세대소형위성 1호의 성능 검증과 초기 운영 결과를 소개하는 ‘과학과 핵심기술을 품은 소형위성 워크숍’을 열었다.

 

차세대소형위성 1호는 별 탄생의 신비를 밝히고 인공위성에 사용되는 국산 부품 성능시험을 담당하는 것을 목표로 개발됐다.  지난해 12월 3일(현지시간) 미국 캘리포니아주 반덴버그 공군기지에서 스페이스X의 팰컨 9로켓에 실려 발사된뒤 4월 30일 현재 2164회째 지구 궤도를 돌고 있다.  약 4개월간의 성능 검증을 마치고 이달 중순부터 2년간의 임무 수행에 들어갔다.

 

채장수 KAIST 인공위성연구소 차세대소형위성 사업단장은 “4개월 간 초기 운영을 통해 위성 상태, 자세 제어 및 기동 성능, 태양전지판 전개 등 본체의 기능이 모두 정상적임을 확인했다”며 “태양폭풍 방사선 및 플라즈마 측정 및 7개 우주 핵심기술 전반의 기능도 모두 정상적으로 운영되고 있음을 확인했다”고 말했다.

 

7개 우주 핵심기술은 한국 산학연이 독자 개발한 부품으로 KAIST가 개발한 3차원 적층형 메모리와 S-대역 디지털 송수신기, ‘AP우주’가 개발한 표준형 탑재 컴퓨터와 고속 자료처리장치, 져스텍이 개발한 반작용 휠, 세트렉아이가 개발한 고속·고정밀 별 추적기, 파이버프로가 개발한 광학형 자이로다. 우주에서의 성능검증을 위해 차세대표준위성에 실려 올라간 제품의 전시도 이날 이어졌다.

 

이 기술은 향후 위성개발에도 적용될 예정이다. 3차원 적층형 메모리와 S-대역 디지털 송수신기는 이미 차세대소형위성 1호에 적용됐다. 이 기술은 2호 위성에도 적용된다. 반작용 휠과 광학형 자이로는 차세대소형위성 2호에, 표준형 탑재 컴퓨터는 차세대 중형위성에 적용하기 위한 국산화가 진행되고 있다.

 

대전 유성구 KAIST 인공위성연구소에서 열린 차세대소형위성 워크숍에서 신구환 KAIST 인공위성연구소 책임연구원이 차세대소형위성의 초기 운영 결과에 대해 설명하고 있다. 조승한 기자 shinjsh@donga.com
대전 유성구 KAIST 인공위성연구소에서 열린 차세대소형위성 워크숍에서 신구환 KAIST 인공위성연구소 책임연구원이 차세대소형위성의 초기 운영 결과에 대해 설명하고 있다. 조승한 기자 shinjsh@donga.com

워크숍에서는 차세대소형위성 시스템개발 총괄을 맡았던 신구환 KAIST 인공위성연구소 책임연구원이 차세대소형위성의 특성과 성능 검증결과를 설명했다.

 

최종 무게인 107㎏ 내에 기술탑재체 7개와 과학탑재체 2개를 넣어야 했기에 소형화가 핵심이었다. 알루미늄 합금 소재를 마그네슘 합금으로 바꿔 밀도를 1㎖당 2.7g에서 1.7g으로 줄임으로써 무게를 38% 줄였다. 기능을 수행하는 유닛을 구성할 때도 부품을 한 상자에 담는 하우징 방식을 쓰지 않고 어른 손바닥 만한 크기의 카드 형태로 바꿨다. 부품들을 연결해주는 연결선의 구성도 바꿨다. 과거 위성에서는 연결선에만 10㎏이 나올 정도로 덕지덕지 연결됐지만, 차세대소형위성은 PCB 기판 회로를 설계하고 여기에 컴퓨터 메인보드에 카드를 꽂듯 유닛을 연결하면 서로 연결되도록 설계를 바꿔 무게 효과를 봤다.

 

차세대소형위성은 모듈화와 표준화에도 주력했다. 차세대소형위성은 총 4단으로 구성됐다. 추력을 담당하는 아랫단부터 과학임무를 수행하는 제일 윗단까지 모두 분리가 된다. 모듈화를 이루면 임무에 따라 각기 다른 장치를 끼워넣으면 되기 때문에 다양한 위성을 쉽게 개발할 수 있다. 이를 위해 데이터 전송 방식을 통일하고 부품의 전압도 통일하는 등 접속조건을 표준화했다.

 

한국 위성 최초로 들어간 관성항법시스템도 정상적으로 작동함이 확인됐다. 관성항법시스템은 관성 센서인 자이로스코프와 가속도계로 구한 가속도를 기반으로 위치를 계산하여 움직이는 방식이다. 신 책임연구원은 “추력기와 센서가 정상적인 관성항법 데이터를 얻고 동작하는 것을 확인했다”며 “특히 지상에서의 예상치보다도 데이터를 처리했을 때 운영 성능이 더 좋았던 것을 확인했다”고 말했다. 관성항법장치는 위성항법장치(GPS)를 쓸 수 없는 심우주 탐사에 필수적인 기술이다. 신 책임연구원은 “심우주나 소행성 탐사에서는 관성항법기술이 없어서는 안된다”며 “이제 관련 데이터를 줄 수 있다는 자부심을 가졌다”고 말했다.

 

탑재체 모두 지상에서 철저한 검증을 마쳤다. 인공위성연구소의 대형 챔버를 활용해 우주 환경에서의 장비 성능 검증 실험을 했다. 동작 온도가 영하 200도 이하인 광시야 적외선 영상분광 우주망원경(NISS) 검증에는 한국천문연구소의 극저온 챔버가 쓰였다. 7개 탑재체는 개발한 회사를 각각 방문해 장비를 이용해 검증했다. 원하는 성능이 나오는지를 확인한 후 최종 조립했다.

 

발사 때를 대비한 검증도 했다. 환경시험은 로켓에서 발사부터 궤도에 들어가기까지의 과정을 그대로 따랐다. 발사할 때의 큰 진동을 시험하는 진동시험과 궤도를 투입하면서 위성이 느끼는 궤도환경실험, 로켓에서 떨어져 나갈 때의 충격을 반영하는 충격시험 등이 수행됐다. 이와 같은 철저한 검증은 팰컨9과 함께 올라간 64개의 위성 중 차세대소형위성이 첫 번째로 교신에 성공하는 결과를 낳았다. 차세대소형위성의 초기 교신 데이터는 함께 올라갔으나 3일간 교신이 두절됐던 독일의 500㎏급 위성을 구하는 데 쓰이기도 했다.

 

차세대소형위성은 5월 중에 성능에 대한 최종 평가를 거칠 계획이다. 신 실장은 “과학 임무 초기 운용 결과에서 NISS가 찍은 영상을 기반으로 과학저널에 논문을 투고하는 등 벌써부터 성과가 나고 있다”며 “차세대소형위성으로 개발한 연구결과가 다른 사업에도 쓰일 수 있도록 홍보도 많이 할 계획”이라고 덧붙였다.

 

이날 워크숍에서는 이 밖에도 민경욱 KAIST 물리학과 교수가 우주 플라즈마 측정 결과를, 정웅섭 한국천문연구원 책임연구원이 태양폭풍의 측정 결과를 각각 발표했다. 7개 우주 핵심기술 개발자들의 성능 검증 발표도 이어졌다. 개발자들 모두 "초기 성능 검증 결과 정상임을 확인했다"고 입을 모아 밝혔다.

 

권세진 KAIST 인공위성연구소장은 “차세대 1호를 통해 검증된 핵심기술은 앞으로 우리나라 우주기술 산업화는 물론 2045년 3000조 원까지 확대가 예상되는 세계 우주 시장에서 우리나라에 많은 경제적 이익을 가져다줄 것”이라고 말했다.

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