반세기만 유인 달 탐사 K-위성 동행…항법제어에 달린 위성 생존율

(서울=뉴스1) 윤주영 기자 = 이르면 다음 달 시도되는 미국 항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 미션에 한국의 큐브위성이 동행한다. 우주인과 전자 부품에 위협이 될 수 있는 우주 방사선을 측정하는 과학 임무를 맡았다.

큐브위성 특성상 배터리 한계가 있는 데다, 멀게는 고도 7만㎞까지 날아가 임무를 수행한다. 도전적인 환경에서 위성이 길게 생존하려면 효율적인 항법·자세제어가 관건으로 꼽힌다.

12일 우주항공청에 따르면 한국천문연구원이 개발을 주관한 'K-라드큐브' 위성이 NASA의 '아르테미스 2호' 임무 우주선에 탑재된다. NASA는 2월, 3월에 미션을 시작하는 두 선택지를 두고 저울질하는 중이다.

아르테미스 2호는 1972년 아폴로 17호 이후 첫 유인 달 임무다. 승무원 4명을 태운 '오리온' 우주선이 달 궤도로 진입, 달의 중력으로 경로를 조정해 지구로 귀환하는 '스윙바이' 비행을 시도할 계획이다. 임무 기간은 약 10일이다.

여기에 동행하는 K-라드큐브는 무게 약 20㎏, 크기 12유닛(1유닛·U=10㎝×10㎝×10㎝)의 소형 위성이다. 위성은 달까지 가진 않고, 5분의 1거리인 약 고도 7만㎞쯤에서 사출된다. 이후 방사선 밀집 영역인 '밴앨런 복사대'에서 우주방사선 측정 임무를 수행한다.

위성의 임무 궤도는 멀게는 고도 7만㎞, 지구와 초근접할 경우 200㎞인 극단적인 타원형을 띤다. 지구와 너무 붙을 경우 대기권과의 마찰로 인해 위성에 열 손상이 갈 수 있어 주의해야 한다. 실시간 항법(위치정보) 통신과 추력기를 이용해 근지점 고도를 미리 높여야 위성의 생존율을 높일 수 있다.

문제는 고도 2만㎞ 이상부터는 GPS 신호가 닿지 않아, 항법 측정이 쉽지 않다는 것이다. 우주청은 전파 반사시간, 위성 이동에 따른 주파수 특성 변화(도플러 효과)를 분석하면 대안적인 항법이 가능하다고 설명했다.

태양 전지판이 최대한 빛을 받을 수 있게 자세제어를 하는 것도 중요하다. 위성에 부착된 센서를 통해 적절한 자세를 찾을 수 있다고 우주청은 말했다.

고도 7만㎞라는 긴 거리는 통신에 큰 영향은 없다는 설명이다. 진공의 우주에서는 낮은 대역의 전파가 먼 거리까지 도달하는 게 가능하며, 현대의 수신용 안테나 기술력도 크게 발전했기 때문이다. 달 궤도에 놓인 한국 탐사선 다누리도 심우주 안테나로 교신이 가능한 수준이다.

라드큐브의 경우 심우주 안테나까지 쓸 필요도 없다고 우주청은 설명했다. KT SAT이 지상국 운영 및 자료 전송을 담당하며, 해외 지상국들도 교신에 협력할 예정이다.

위성은 정상궤도에서 약 28시간 동안 과학측정 임무를 수행한다. 위성과 탑재체 상태가 좋다면 2주 이상 임무 기간을 늘릴 수 있을 거로 우주청은 기대하고 있다.

한편 라드큐브의 위성 플랫폼은 나라스페이스테크놀로지(478340)가 개발했다. 비교적 시간이 촉박했기 때문에 민간 상용위성을 최대한 활용하는 방안으로 준비했다.

삼성전자(005930), SK하이닉스(000660)에서 개발한 반도체 소자도 함께 실린다. 우주 방사선으로 인한 오류를 견디는 '내방사선 반도체' 기술을 실증한다.

위치 제어에 필요한 추력기는 국내 위성 최초로 '물(스팀) 추진기'가 쓰인다. 증기 혹은 물을 전기분해 해 만든 기체를 배출해 추력을 얻는 방식이다. 유인 임무에 동행하는 만큼, 폭발 위험이 있거나 유독성의 추진제를 사용할 수 없었다고 우주청은 덧붙였다.

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