누리호가 모신 첫 손님들은 누구?...실용위성 8기 실전 투입

차세대소형위성 2호 등 8기 실려···실용급 위성 첫 탑재

세번째 발사에 나선 누리호의 최대 임무는 탑재한 실용위성을 안전하게 궤도에 투입하는 것이다.

지난해 2차 발사에선 발사체의 발사 성공 여부가 최우선순위였고, 위성 관련 기능은 위성모사체와 성증검증위성으로 테스트했다. KAIST와 서울대 등 4개 대학에서 만든 4기의 큐브위성은 성능검증위성에서 사출되는 방식을 택했다.

한국형발사체 누리호 3단의 위성 탑재 (자료=과기정통부)

■ 누리호 탑재 위성, 2차 vs 3차 차이는?

이번엔 실제적인 목표와 임무가 있는 인공위성을 탑재한 것이 차이다. 

KAIST 인공위성연구소가 개발한 차세대소형위성 2호가 주탑재위성이며, 여기에 한국천문연구원이 우주날씨 관측을 위해 개발한 도요샛 4기와 우주 분야 중소기업이 만든 큐브위성 3기가 탑재된다. 누리호의 본격적인 첫 손님들인 셈이다.

나로우주센터 위성보관동에서 누리호 3단에 탑재위성이 장착되고 있다(5월10일) (사진=항우연)

지난 2차 발사 때엔 성능검증위성을 사출한 후, 이 위성에서 다시 4기의 큐브위성을 이틀 간격으로 발사했다. 성능검증위성은 크기가 작아 큐브위성을 사출한 후 자세 제어가 흐트러질 수 있어 이를 조정할 시간이 필요했기 때문이다. 또 누리호 최대 탑재 성능을 보기 위해 1.3톤 무게의 위성모사체를 실어 무게를 맞췄다.  

이번엔 8기 위성 모두 누리호 3단에서 직접 분리된다. 차세대소형위성 2호가 먼저 분리되고, 20초가 지나 충분한 거리가 확보된 후 다른 7기의 큐브위성이 20초 간격으로 사출된다. 누리호 3단은 위성에 비해 크기가 커 위성 사출로 인한 자세 제어 문제가 생길 가능성은 낮지만, 위성 간 충돌을 막기 위해 20초의 간격을 두었다. 위성모사체도 싣지 않아 페이로드가 줄어들었다. 

■ SAR 기술 국산화 임무 띈 차세대소형위성 2호

차세대소형위성 2호는 영상레이다(SAR) 기술 국산화와 우주과학연구를 주목적으로 한다. 2017년 개발을 시작한 240억원 규모의 사업이다.

크기는 974 x 1340 x 820㎜이며 궤도에 올라 태양전지 패널을 펼치면 길이가 5m로 늘어난다. 무게는 179.9㎏, 소비전력은 2천 564W이다. 550㎞ 고도에서 2년 간 임무를 수행한다.

차세대소형위성 2호 (사진=KAIST)

전력 소모가 큰 SAR 임무를 위해 태양 빛을 끊임없이 받을 수 있는 여명-황혼 궤도에 투입되어야 한다. 이번 발사가 지난번보다 2시간 정도 늦어진 저녁 6시 24분에 발사되는 것도 이 궤도에 위성을 올리기 위해서다. 이 시간 전후 30분 정도에만 위성을 목표 궤도에 올릴 수 있다.

이 위성은 SAR 기술 국산화가 임무다. SAR은 우주에서 지상으로 전파를 쏘아 되돌아온 신호를 수집, 지표영상을 획득하는 전략 기술이다. X-대역 영상레이다를 활용해 해상도 5m, 관측폭 40㎞로 지구를 관측한다. 구름과 빛 등 외부 환경에 구애받지 않고 악천후에서도 선명한 영상을 얻을 수 있다.

또 지구 근처 궤도에서 우주방사선을 관측하는 우주과학 연구 임무도 수행한다. 우리나라가 국산화한 위성 관련 핵심 기술을 검증하는 역할도 한다. 상변환 물질을 이용한 열제어장치와 X-대역 갈륨나이트라이드 기반 전력증폭기, 미국 GPS와 유럽 갈릴레오 위성항법 서비스 신호를 함께 수신하는 복합항법수신기, 3중 접한 태양전지 셀로 구성된 태양전지 배열기 등이다. 

■ 큐브위성 편대 비행은 처음...우주 날씨 관측하는 도요샛

도요샛은 우주 방사선 등에 의해 수시로 변하는 우주 날씨를 측정하는 임무를 갖고 있다. 여러 기의 위성이 편대 비행을 하며 단일 위성보다 우주날씨를 정밀하게 관측할 수 있다. 크기 300 x 200 x 100㎜, 무게 10㎏의 위성 4기가 함께 움직이며 임무를 수행한다.

한국천문연구원 연구원들이 나로우주센터 위성보관동에 입고된 도요샛 위성에 대한 최종 점검 작업을 수행중이다. (사진=항우연)

편대 비행은 2기 이상의 위성이 상대거리와 궤도 형태를 일정하게 유지하는 기술로, 최근 군집위성을 이용한 관측 임무가 중요해지는 추세다. 초소형위성을 활용한 편대 비행은 도요샛이 처음이다. 

3개월 간은 위성 4기가 남북 방향으로 일렬로 종대 비행하며 날씨의 시간적 변화를 관측한다. 이 과정에서 각 도요샛 간 거리는 2천㎞에서 10㎞로 조정된다. 이후 3개월 간은 동서 방향으로 움직이는 횡대 비행을 하며 공간에 따른 날씨의 변화를 관측한다. 이때 위성 간 거리는 10㎞에서 400㎞로 늘어난다.

또 탑재된 입자검출기로 오로라를 일으키는 고에너지 전자를 관측하고, 랑뮈어 탐침으로 GPS 신호를 교란하는 전리권플라즈마 버블을 관측한다.

■ 우주 스타트업이 뛴다

루미르와 져스택, 카이로스페이스도 큐브위성을 누리호에 실었다. 루미르의 큐브위성 'LUMIR-T1'은 우주방사능량을 측정하고, 위성 내 프로세서나 메모리 장치 등이 우주방사능에 의한 오류를 극복할 수 있는지 등을 검증한다.

져스텍 큐브위성 'JAC'는 해상도 4m의 광학카메라 탑재체와 자세 제어 시스템의 성능 검증을 목표로 한다.

카이로스페이스의 'KSAT3U'는 한반도 지표면에 대한 편광 데이터를 수집한다. 달 표면을 탐사하는 다누리의 편광 카메라와 비슷한 역할이다. 또 우주 쓰레기를 줄이기 위해 위성이 임무를 마친 후 자동으로 궤도를 이탈해 대기권에 진입해 소멸하게 하는 기술을 실증한다.

누리호 3차 발사 탑재 위성 개요 (자료=과기정통부)