인공위성의 심장, 태양전지판!

각종 임무수행에 꼭 필요한 에너지를 태양에서 얻어...

▲ 인공위성의 모습. ⓒ한국항공우주연구원

인공위성의 생김새를 유심히 본 적이 있나요? 인공위성의 모습을 떠올리면 가장 먼저 인공위성에 붙어있는 ‘날개’같은 것이 떠오르죠? 우리가 흔히 인공위성의 ‘날개’라고 부르는 것이 바로 인공위성의 ‘심장’ 역할을 하는 ‘태양전지판’ 입니다.

그렇다면, 인공위성의 ‘태양전지판’은 어떤 일을 하는지 알아볼까요?



여러분은 디지털카메라, 게임기 등 전자장비 등을 사용해 보셨나요? 우리가 흔히 사용하는 디지털카메라와 같은 전자장비들은 배터리를 다 사용하면 충전을 하거나 건전지 갈아 끼워야 합니다. 바로 배터리 충전을 통해 카메라와 같은 물건을 사용할 수 있는 것이죠.

인공위성 안에도 우리가 사용하는 것과 같은 카메라와 수많은 전자장비들이 들어 있습니다. 우리가 사용하는 디지털카메라처럼 인공위성 안에 들어있는 각 종 전자장비들도 ‘충전’이 필요해요.

자 그럼, 인공위성 안에 들어있는 카메라와 전자장비들은 어떻게 충전을 할까요?

인공위성은 한 번 우주로 쏘아 올려 지면 지구로 다시 돌아올 수 없습니다. 따라서 우주공간에 있는 인공위성을 지구에서 충전하거나 배터리를 갈아 끼우는 일은 할 수 없어요. 그렇다면 우주인이 인공위성이 있는 우주로 날아가 배터리를 바꾸고 올까요? 그것도 아직은 어려운 일입니다. 그래서 필요한 것이 바로 ‘태양전지판’ 입니다.
 

▲ 천리안 위성의 태양전지판 전개시험 사진. ⓒ한국항공우주연구원

태양빛을 받은 ‘태양전지판’은 인공위성 안에 들어있는 카메라를 비롯한 많은 전자장비들이 맡은 일을 해낼 수 있도록 힘을 만들어 주고 있어요. 즉, ‘태양전지판’이 바로 ‘태양빛’을 ‘전력’(힘)으로 바꾸어서 인공위성이 임무를 다 할 수 있도록 해주는 것입니다. 바로 인공위성의 ‘심장’ 역할을 하게 되는 것이죠.

그렇다면 다양한 인공위성의 태양전지판은 모두 같은 크기일까요? 인공위성을 만들 때, 인공위성 각각의 목적과 쓰임새에 따라 태양전지판의 모양과 크기도 달라집니다.

태양전지판의 크기가 크면 클수록, 만들어 낼 수 있는 힘도 크겠지만, 무조건 크게 만들 수 있는 것은 아닙니다. 태양전지판의 크기가 클수록 인공위성의 무게가 무거워지고, 크기도 커지게 됩니다. 이렇게 되면 그만큼의 발사체를 찾거나 만드는 데 많은 돈이 필요하게 되고, 인공위성이 실리는 로켓의 페어링 내부가 비좁기 때문에 태양전지판의 크기를 무조건 크게 만들 수 없는 것이죠.

즉, 인공위성의 태양전지판은 인공위성의 전체 무게와 크기 등을 고려하여 각각의 인공위성에 맞는 것으로 선택되는 겁니다. 태양전지판이 인공위성 양쪽에 달려 있는 것도 있고, 한 쪽 방향으로만 달려 있는 위성도 있는 것처럼 말이죠.

다음으로, 태양전지판이 어떤 것으로 만들어 지는지 알아보겠습니다. 일반적으로 우리가 집에서 쓰는 가정용 태양전지판은 실리콘으로 이루어진 작은 셀로 만들어집니다. 하지만, 우주공간에서 사용되는 인공위성의 태양전지판은 가정용 태양전지판보다 더 큰 힘을 낼 수 있도록 실리콘 대신 갈륨 아세나이드(GaAs)를 이용하여 태양전지판을 만들게 되었고, 최근에는 더 큰 효율을 내기 위해 ‘다중적층 태양전지’라는 것을 널리 사용하고 있습니다.

마지막으로 ‘태양전지판’은 얼마만큼의 힘(전력)을 만들어 낼 수 있을까요? 물론 ‘태양전지판’의 크기에 따라 만들어 내는 힘도 다릅니다.

현재 운용중인 ‘아리랑 2호’ 위성을 예로 살펴봅시다. ‘아리랑 2호’의 ‘태양전지판’은 태양빛으로 1,073와트 만큼의 힘을 만들어 낼 수 있습니다. 이 힘은 우리가 흔히 쓰는 AA건전지(한 개의 전력은 1.5볼트) 270개가 낼 수 있는 힘과 비슷합니다.

그러나 우리가 쓰는 AA건전지를 계속 사용하게 되면 방전이 되어 더이상 사용할 수 없지만, 인공위성의 ‘태양전지판’은 태양이 비추면 계속적으로 힘을 만들어 낼 수 있는 특성이 있습니다.

인공위성의 ‘태양전지판’은 지금도 태양빛을 받아 인공위성이 사용한 힘을 만들어 내기 위해 태양을 향하고 있습니다. 이러한 ‘태양전지판’이 반드시 인공위성에만 필요한 것은 아닙니다. 거의 무한한 양을 갖고 있는 청정 에너지원인 ‘태양’을 활용하여 지구에서 없어져 가고 있는 에너지로 개발하여 사용할 수 있기 때문입니다.

인공위성 뿐만 아니라 우리가 살고 있는 지구의 자원문제에도 해결사가 되어주는 고마운 태양전지판! 앞으로 어떤 인공위성이 어떠한 ‘태양전지판’을 가지고 우주로 쏘아 올려 지게 될지 관심 있게 지켜보는 것은 어떨까요?

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