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1kg·10kg짜리 꼬마위성시대


최근 초소형 인공위성이 뜨고 있다. 방송통신용 위성이 보통 2t 이상의 ‘헤비급’인 데 비해 초소형 위성은 10kg에도 못 미치는 ‘꼬마’ 위성이다. 초소형 위성은 덩치로는 기존 위성의 상대가 안 되지만 ‘인해전술’로 우주공간을 점령할 것으로 보인다. 머지않아 여러 대의 꼬마 위성이 하나의 거대 위성처럼 일사불란하게 움직일 뿐 아니라 초소형 위성 하나가 거대 위성에 맞먹는 ‘작은 고추의 매운 맛’도 보여 줄 전망이다.




사실 초소형 위성의 아이디어는 우주전쟁이라는 군사 용도에서 먼저 나왔다. 몇 t씩 되는 위성은 유사시에 금방 발사하기 힘들지만 소형 위성은 몇 주 또는 짧은 시간에 여러 대를 동시에 발사할 수 있다.

현재 미국 공군과 항공우주국이 40여개 대학 및 위성 제작업체와 공동으로 연구 중인 ‘테크샛(TechSat)-21’이 대표적인 예. 자동차보다 훨씬 작은 130kg 정도의 마이크로급 위성들과 10kg급 초소형 위성들로 무리를 구축한다는 계획이다. 한국항공대 항공우주공학부 장영근 교수는 “이들은 지상뿐 아니라 서로 간에도 신호를 주고받을 수 있어 전투기 무리처럼 편대비행이 가능하다는 게 큰 특징”이라고 밝혔다. 예를 들어 8대의 위성이 넓은 지역에 걸쳐 통신할 때는 길게 늘어서고, 문제의 지역을 집중 촬영할 때는 다이아몬드 형태를 갖추는 것이다.




2000년 중국에서는 적의 위성에 부착돼 필요할 때 폭파가 가능한 ‘기생 위성’(10∼100kg급의 마이크로 위성)을 시험한 것으로 알려지고 있다. 또 초고속으로 움직이는 적 위성 앞에서 자폭해 다수의 금속 파편 세례를 퍼부어 적 위성을 파괴하는 ‘킬러 위성’도 가능하다. 반면 중요한 임무를 띤 대형 위성을 보호하는 ‘보디가드 위성’에 대한 연구도 미국에서 진행 중이다. 5대의 초소형 위성이 적의 위성을 육탄으로 막거나 ‘전자탄’이라는 위장신호를 발사해 적의 위성을 교란한다는 아이디어다.

초소형 위성은 군사용 외에도 다양하게 쓰일 수 있다. 영국 서리대의 ‘스냅(SNAP)-1’이 이런 위성의 효용성을 보여 준 좋은 사례다. 9개월에 걸쳐 개발된 6.5kg의 이 위성은 2000년 6월 발사돼 성공적으로 영상을 보내왔다. 이 위성은 부탄가스를 쓰는 마이크로 추진 시스템을 장착해 원하는 대로 이동하기도 했다. 또 미국과 일본에서는 앞으로 1kg급 위성 수백 대를 띄워 달을 탐사하려는 계획도 갖고 있다.



신기술 경연장
저가의 소형 위성을 이용하면 새로운 기술과 시스템을 우주환경에서 시험하고 확인할 수 있다. 현재 ‘마이크로 전기전자 시스템(MEMS)’ 기술을 소형 위성에 적용하려는 연구가 상당한 진전을 이루고 있다.

장 교수는 “우주에서는 공기 마찰과 중력이 없기 때문에 위성에 장착된 소형 로켓으로 입김을 세게 부는 정도의 약한 힘만 가해도 위성을 엄청나게 움직일 수 있다”며 “MEMS 기술로 미세하게 가스를 분출한다면 한 번에 조금씩 위성의 자세를 바꿀 수 있어 편리할 것”이라고 설명했다.

보통 위성은 인쇄회로 기판이나 케이블이 구조물에 많이 들어가 부피가 크다. 만일 구조물 벽 안쪽에 전자회로를 집어넣는 신기술을 적용한다면 케이블이나 기판이 따로 필요 없어 위성의 질량이나 부피가 10분의 1 이상 줄 수 있다.

또 태양전지판을 획기적으로 바꾸려는 연구도 진행 중이다. 현재의 태양 전지판은 고체 판이 여러 장 붙어 있는 형태다. 하지만 최근에는 각 판과 전지 셀 자체에 가볍고 부드러운 소재를 적용해 양탄자처럼 돌돌 말 수 있는 전지판이 연구되고 있다.




한국도 나선다
한국항공대 우주시스템연구실은 2001년부터 미국 및 일본의 대학과 함께 국제적인 ‘큐브샛’ 프로그램에 참여하고 있다. 이 프로그램은 가로, 세로, 높이가 각각 10cm이고 무게가 1kg인 초소형 위성을 이용해 우주실험용 및 교육용 도구로 활용하고자 하는 계획이다.

현재 항공대는 ‘하우샛(HAUSAT)-1’ 위성의 개발을 끝낸 상태다. 이 위성은 내년 3월 중순경 러시아의 디네플 로켓에 실려 발사될 예정이다. 주 임무는 태양전지판을 펼치는 실험을 하고 우주용 위치확인시스템(GPS) 수신기를 장착해 위성을 추적하며 자체 개발한 손톱 크기의 태양센서를 시험하는 것이다.

또 항공대는 30kg급의 마이크로 위성인 ‘하우샛-2’도 개발 중이다. 장 교수는 “위성에 동물추적시스템을 달아 다양한 동물의 생태, 서식, 이동경로를 추적해 과학자들이 동물의 특성을 연구할 수 있도록 할 예정”이라고 말했다. 기존 위성보다 적은 비용으로 이런 연구가 가능하다는 게 장점이다.


한국항공대 연구원이 무게 1kg에 가로 세로 높이가 각각 10cm인 초소형 위성 ‘하우샛-1’을 제작하는 모습. -사진제공 한국항공대
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