“100kg이하 소형위성이 중대형 위성 대체”

장영근 항공대 항공우주기계공학부 교수

1990년대 들어 미세 전자기술 및 미세 가공기술과 같은 소형화 기술의 발전과 함께 소형위성 개발 연구가 세계적으로 활성화 추세를 보이고 있다. 이에 따라 기존의 무게 수톤이나 되는 중대형 위성이 수행하던 기능을 이 소형위성들이 대체하고 있다.

통상 소형위성은 무게가 500kg이하의 위성을 총괄해서 지칭한다. 이는 다시 미니위성(100-500kg), 마이크로 위성(10-100kg), 극초소형 위성(10kg이하)으로 구분된다.

이같은 소형위성들은 개발기간이 3년 이하로 짧고 비용이 수억 원~수십억 원 내외로 저렴해, 군사용, 지구관측, 저궤도 위성이동통신 및 우주과학실험 등 거의 전 분야에서 이용되고 있다.

특히 크기가 손바닥만한 극초소형 위성은 개발기간이 1년 이하이고, 개당 비용이 1억원 선이이서 미국, 러시아, 중국 등 우주분야 강국에서 이를 군사용으로 활용하는 방안을 연구 중이다.

미/일, 소형위성으로 달 탐사도 추진 중

실제로 1990년대 걸프전과 2000년대 이라크 전쟁에서 보듯 21세기는 전장의 범위가 우주로 확장될 것이 기정사실화되고 있다. 현재는 7일 이내 위성의 개발과 발사, 운용을 통해 소기의 군 임무를 수행하도록 연구 중이다.

미국의 항공우주국(NASA)와 공군은 스탠포드 대학을 포함한 10여개 대학에 초소형 위성 개발 프로젝트를 지원하여 개발 중에 있다. 조만간 이 위성들을 우주왕복선으로 발사하여 위성군을 형성, 편대비행을 통한 통신시험, 각종 위성기능 검증 등을 수행할 예정이다.

이와 함께 가로/세로/높이가 각각 10cm이고 무게가 1kg인 정육면체 위성 즉 ‘큐브셋’(CubeSat)을 위성 부품의 우주테스트는 물론 우주실험 및 교육 등에 활용하려는 계획이 미국/일본의 각 대학에서 진행 중이다. 큐브셋의 첫 발사는 지난 2003년 6월 30일 러시아의 로콧 발사체에서 의해 성공적으로 이뤄졌다.

더욱이 미국과 일본은 마이크로 위성을 이용하여 달 탐사를 수행하는 계획을 세우고 있고, 다수의 위성을 이용한 적의 관측 등 군사위성의 활용화가 적극 추진되고 있다.

영국의 서리(Surrey) 대학과 SSTL은 초소형 위성 및 극초소형 위성을 개발해 핵심기술 및 위성체 수출을 하고 있다. 특히 지난 2000년에는 9개월간의 연구 끝에 6.5kg의 극초소형 위성인 SNAP-1을 발사, 이 위성이 영상을 성공적으로 보내 옴으로써 향후 극소형 위성의 효용성의 전망을 밝게 해주었다.

SNAP-1 위성은 부탄가스를 이용하는 마이크로 추진시스템을 장착하고 있어 3축(X/Y/Z축) 제어를 가능케 해 우주에서 궤도를 원하는 대로 이동하기도 했다.

후발 국가도 소형위성 개발에 가세

프랑스 국립우주기도(CNES)도 마이크로급(100kg) 소형위성 개발 프로그램인 미리아드(MYRIADE)를 수행하고 있으며, 이미 외국과 공동으로 5기의 과학 및 기술시험을 임무로 한 소형위성을 개발 중에 있다. 이 연구의 첫 번째 성과물인 디메테르(DEMETER) 위성은 부품의 우주인증 시험과 과학실험을 얼마전 수행한 바 있다.

이처럼 선진국들이 소형/초소형 위성 개발에 박차를 가하자 호주, 싱가포르, 대만, 말레이시아, 터키, 이집트, 이란, 나이지리아, 알제리 등과 같은 후발주자들도 우주기술 선진국들과 공동개발 및 기술이전으로 위성 개발에 나선 상태다.

우리나라도 현재 소형 위성을 개발할 잠재력은 충분히 보유하고 있으며, 위성 관련 정밀기계 분야, 전자분야 제조기술은 국제적으로도 인정받고 있다. 소형위성 개발은 앞서 지적했듯이 대형위성에 비해 적은 예산과 짧은 개발기간으로 우리처럼 늦게 우주개발에 뛰어 든 나라도 공략할 수 있는 틈새시장으로 각광받고 있다.

한국, 2008년 25kg급 소형위성 발사예정

또한 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 기술의 발달로 인해 이같은 작은 위성 기술은 산업용/가정용 초소형 센서, 무인 자동화시스템, 마이크로 로봇, 의료영상 기기, 유/무선 통신 시스템, 원격제어 등에도 활용될 것으로 기대된다.

우리 실험실은 1kg급 큐브셋 위성인 ‘하우셋-1’을 개발해 다음 달 러시아에서 우주로 발사할 예정이다. 이 위성의 주 임무는 태양전지판의 전개 실험을 통한 전개 메커니즘 이해, 우주용 위치확인 시스템(GPS) 수신기를 장착해 위성을 추적하고, 우리 연구실에서 개발한 태양센서를 테스트하는 것이다.

이미 하우셋-1과 교신할 지상국 장비와 안테나는 설치와 테스트를 끝냈다. 이 위성을 통해 우주공학도들에게 위성설계부터 제작, 조립, 발사, 운영에 이르는 전과정을 가르칠 것이다. 이와 함께 우리 연구실은 지난 2003년 국가지정연구실로 지정돼 2008년 개발을 목표로 25kg급 위성도 연구 중이다.