"도요샛부터 민간위성까지"…누리호 탄 큐브위성 임무는?[누리호 3차발사③]

[고흥=뉴시스]윤현성 기자 = 누리호 3차 발사의 가장 큰 의의는 외부 손님이라고 할 수 있는 민간기업의 위성들을 처음으로 우리 발사체에 싣고 우주로 쏘아올린다는 점이다.

주탑재위성인 '차세대 소형위성 2호'는 애초부터 누리호 탑재가 결정돼있었다. 다만 나머지 부탑재 위성 7기는 이번 발사를 국내 위성 산업의 성장 기회로 삼는다는 목표 하에 공모를 통해 가장 현실성 있고 공공적 목적이 강한 것들로 추가 선정됐다.

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원에 따르면 누리호 3차 발사에는 한국천문연구원의 '도요샛(SNIPE) 4기와 민간 우주업체 루미르의 'LUMIR-T1', 져스텍의 'JAC', 카이로스페이스의 'KSAT3U' 등 총 7기의 큐브위성이 부탑재위성으로 탑재된다.

◆나노위성 최초로 '편대 비행' 진행하는 도요샛…시공간 변화 따른 우주 날씨 관측

천문연의 도요샛 프로젝트는 총 4기의 10㎏급 나노위성들이 근지구 우주날씨를 관측하는 임무를 수행하게 된다. 예상 수명은 약 1년 정도이나, 6개월 내에 목표 임무를 모두 수행할 수 있을 것으로 예상된다.

도요샛 위성들은 주탑재위성과 민간기업의 큐브위성들이 모두 분리된 뒤 마지막으로 누리호에서 사출된다. 이륙 후 863초부터 1호기의 분리가 시작되며, 20초 간격으로 4호기까지 모두 분리된다. 이후 약 12시간에 걸쳐 대전, 에티오피아, 유럽에 있는 지상국과 교신을 시도하고 결과를 확인하게 된다.

도요샛의 가장 큰 특징은 4기의 나노 위성들이 '편대 비행'을 한다는 것이다. 첫 3개월 동안은 이들 위성 군이 남북 방향으로 일렬 종대 비행하며 우주 날씨의 시간적 변화를 관측하게 된다. 이 기간 동안은 속도 차이에 의해 2000㎞까지 벌어졌던 위성 간 거리가 10㎞ 이내로 줄어들게 된다.

종대 비행 이후에는 또 다시 3개월 동안 위성군이 동서 방향으로 횡대 비행을 하며 우주 날씨의 공간적 변화를 관측하게 된다. 이때는 10㎞로 줄어들었던 위성 간 거리가 다시 400㎞까지 벌어지게 된다. 천문연에 따르면 이같은 편대 비행을 나노위성 급에서 시도하는 것은 전세계에서 도요샛 프로젝트가 처음이다.

도요샛 위성들은 굉장히 작은 사이즈이긴 하지만 자세제어계, 명령 및 자료처리 시스템, 전력계, 통신계, 추진계 등 위성으로써 갖춰야 할 기본 시스템은 모두 갖추고 있다. 특히 자세제어의 경우 별센서 등을 활용해 큐브위성 수준에서 굉장히 정밀한 제어가 가능하고, 통신 부문도 대폭 보완돼 UHF 통신·S-밴드 통신 등 다른 큐브위성보다 더 원활한 통신이 가능하다.

과학탑재체는 위성통신 및 GPS 신호를 교란할 수 있는 전리권 플라즈마를 관측할 수 있는 '랑뮈어 탐침'이 대표적이다. 오로라 같은 우주날씨 현상을 관측할 수 있는 '입자검출기', 지구 자기장을 측정하는 '자력계', 우주 공간 감마선 에너지를 관측할 수 있는 '감마선 버스트 모니터' 등도 탑재됐다.

도요샛과의 교신을 위한 지상국은 대전 천문연에 UHF 안테나 1기와 S-밴드 2기로 구성됐고, 위성 관제를 위한 임무 운영 센터도 별도로 구축됐다. 천문연은 도요샛이 수집한 위성 데이터를 미 항공우주국(NASA)와 함께 활용해 공동 연구를 진행하는 협약까지 맺기도 했다.

이재진 천문연 우주과학본부장은 "도요샛은 우주날씨를 관측하기 위해 개발된 위성으로, 과학임무에 최적화된 과학탑재체들을 담고 있다"며 "단 6개월만 잘 운영돼도 저희가 목표한 모든 임무를 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 나사와 협약까지 맺은 만큼 임무 결과를 향후 공동 연구할 계획"이라고 설명했다.

◆우주방사능 측정부터 우주쓰레기 경감까지 실증…민간위성 3기도 우주 임무 나서

도요샛과 함께 탑재된 민간 우주기업들의 큐브위성들도 각기 다른 우주 환경 임무를 수행하게 된다. 루미르의 'LUMIR-T1'은 우주방사능량 측정과 우주방사능에 대한 오류 극복 기능의 우주 실증을 진행할 예정이다.

위성 궤도 환경에서의 우주방사능량을 실시간 측정해 데이터베이스를 구축하는 것이 선결 과제다. 또한 위성 내 프로세스·메모리·IO장치의 우주 방사능에 의한 오류 현상을 측정하고, 오류 극복 기능이 실제 작동하는 지에 대한 성능 시험도 이뤄진다.

져스텍의 'JAC' 큐브위성은 광학탑재체의 관측영상을 획득하고, 자세제어시스템의 우주 환경 성능을 검증하는 게 목표다. 해상도 4m의 우주용 광학관측카메라의 실용도를 확인하고, 자체 제작한 큐브위성 플랫폼 및 탑재컴퓨터, 자세제어를 위한 별추적기·반작용휠·자기토커, 전력계 등 플랫폼 주요 부분품이 우주 공간에서도 제대로 작동하는 지 검증할 계획이다.

카이로스페이스의 'KSAT3U'는 지표면 편광 관측을 통해 기상 현상을 관찰하고, 한반도 지표면 편광데이터를 수집해 관련 연구부서 및 학계에 제공할 방침이다.

KSAT3U에는 위성이 고장나거나 임무를 마쳤을 때 자동 작동해 위성이 궤도에서 조기 이탈해 대기권에 진입·소멸하도록 하는 기술도 적용됐다. 임무를 마치게 되면 위성의 부피가 부풀어오르며 기체가 2~3년 내 궤도에서 이탈하게 될 전망이다.

신경우 카이로스페이스 대표는 "지난해가 우주 스타트업들에게는 굉장히 놀라운 기회였다"며 "이런 기회를 통해서 실제 큐브위성을 만들어보고 우주로 보내 실증할 수 있게 됐는데, 누리호 발사와 위성들의 임무가 틀림없이 성공할 것이라고 본다"고 자신했다.


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