국내 첫 군집발사 나서는 누리호 5차… 역대 최다 위성 15기 싣는다

올해 10월 7일 나로우주센터에서 발사
네온샛 5기 35~40초 간격 순차 분리
신약·기상·광통신·국산부품 검증 큐브위성 10기도 함께

지난 14일 전남 고흥 나로우주센터 발사체종합조립동에서 1·2단이 결합된 누리호 5호기의 모습./한국항공우주연구원

한국형발사체 누리호가 오는 10월 7일 국내 최초로 군집위성 발사에 도전한다. 같은 임무를 수행하는 위성 5기를 한꺼번에 싣고 우주로 올라가 수십 초 간격으로 차례차례 궤도에 풀어놓는 임무다. 산불·홍수 등을 관측하는 군집위성뿐 아니라 신약 실험, 해양쓰레기·미세먼지 관측, 우주 광통신, 국산 부품 검증 등에 나설 큐브위성 10기도 함께 우주로 향한다.

우주항공청과 한국항공우주연구원(항우연)은 15일 서울 광화문에서 ‘누리호 5차 발사 탑재위성 언론 간담회’를 열고 발사 준비 현황과 탑재위성의 주요 임무를 공개했다.

이번 누리호에는 주탑재위성인 초소형군집위성 ‘네온샛’ 2~6호 5기와 부탑재위성인 큐브위성 10기 등 역대 가장 많은 총 15기의 위성이 실린다. 목표는 위성을 고도 약 570㎞의 태양동기궤도에 올려놓는 것이다. 태양동기궤도는 위성이 특정 지역을 매번 비슷한 시간대에 지나도록 만든 궤도로, 비슷한 햇빛 조건에서 지표 변화를 비교하기에 유리하다.

누리호 5호기 3단에 장착된 초소형군집위성 5기(2~6호)./우주항공청, 한국항공우주연구원

◇ 35~40초마다 한 기씩… 국내 첫 군집위성 발사

누리호 5차 발사의 핵심은 네온샛 5기를 안전하게 나눠 궤도에 올리는 것이다. 네온샛은 한 기의 무게가 100㎏ 미만인 지구관측위성으로, 흑백 1m급, 컬러 4m급 해상도의 전자광학카메라를 탑재했다. 촬영 영상은 국가안보는 물론 산불·홍수 등 재난·재해 대응에 활용된다. 큰 위성 한 대가 같은 장소로 다시 돌아오기를 기다리는 대신 여러 위성을 일정한 간격으로 배치해 관심 지역을 더 자주 촬영할 수 있다.

네온샛은 발사 약 13분 30초 뒤부터 35~40초 간격으로 한 기씩 분리된다. 비슷한 위치에서 여러 위성을 잇따라 내보내면 위성끼리 가까워지거나 충돌할 수 있어 분리 시점을 각각 다르게 설정했다.

동시에 위성이 분리될 때 받는 충격도 줄였다. 누리호 4차까지는 화약의 힘을 이용해 위성을 붙잡고 있던 연결장치를 순간적으로 해제했다면, 이번에는 연결부가 허리띠를 풀 듯 순차적으로 풀리는 저충격 위성분리장치를 처음 적용한다.

박종찬 항우연 한국형발사체고도화사업단장은 “저충격 위성분리장치는 위성이 받을 수 있는 충격을 기존 장치 대비 절반가량으로 낮춘다”고 설명했다.

이번 5차 발사에서는 1차 양산기 5기를 올리고, 내년 누리호 6차 발사에서 나머지 양산기 5기를 추가한다. 양산기 10기가 두 궤도면에 배치되면 한반도를 하루 3차례 이상 관측하고, 같은 지점을 24시간 안에 다시 촬영할 수 있게 된다. 여러 위성이 대량으로 확보한 영상은 향후 인공지능(AI)을 이용해 특정 지역의 변화를 자동으로 찾아내는 데 활용할 수 있다.

이상현 카이스트 인공위성연구소 초소형군집위성 사업단장은 “초소형군집위성 10기를 동시에 운용하기 위한 지상시스템 역시 상당 부분 자동화할 계획”이라며 “위성 제어부터 촬영 임무 계획, 영상 처리까지 다수 위성을 한꺼번에 관리하는 체계를 구축할 것”이라고 말했다.

누리호 5차 발사 탑재체 현황./우주항공청, 한국항공우주연구원

◇ 신약·기상·광통신까지… 큐브위성 10기도 우주로

네온샛 5기와 함께 우주로 가는 큐브위성 10기는 일종의 우주 실험실 역할을 한다. 국산 전자소자와 부품을 실제 우주환경에서 시험하는 위성부터 제주 해양쓰레기와 미세먼지를 관측하는 위성, 레이저로 우주와 지상 사이 광통신을 시험하는 위성까지 임무가 다양하다. 큐브위성은 누리호 발사 이후 약 16분 35초 뒤부터 2기씩 10초 간격으로 분리된다.

대전 지역 기업들이 참여해 만든 대전샛-1호는 1.5m급 컬러 카메라와 위성 자체를 우주에서 찍는 셀피 카메라 등을 시험한다. 무인탐사연구소의 율리시스는 미세먼지를 관측하고 달 탐사 로버의 핵심 부품을 검증하며, 쿼터니언의 퍼셋02는 제주 해역을 촬영해 해양쓰레기의 이동 경로를 살핀다.

오앤비스페이스의 슬레지(SLEDGE)는 GPS와 같은 위성항법 신호가 지구 대기를 통과하면서 미세하게 휘는 현상을 측정한다. GPS 신호가 지구 가장자리를 스치며 대기를 지나 슬레지까지 도달할 때 얼마나 굴절됐는지를 역산하면 고도별 대기 상태를 파악할 수 있다.

카이스트 학생들이 개발한 지비샛(GBSAT)은 태양에서 날아오는 고에너지 양성자 등 우주 방사선 환경을 측정한다. 확보한 데이터는 위성이나 탐사선, 발사체 설계에 활용될 계획이다.

스페이스앤빈의 에스디원샛(SD-1 SAT)은 우주 방사선이 전자장비에 미치는 영향을 살피면서 지상용 AI·카메라·사물인터넷(IoT) 장비와 새로운 소재가 우주에서도 작동할 수 있는지를 시험한다. 항우연의 ‘국산 소자·부품 우주검증 플랫폼 2호(E3 Tester-2)’에는 SK하이닉스의 D램·플래시메모리를 비롯해 국내 기업·기관이 개발한 부품이 탑재된다. 코스모웍스의 잭(JACK)-007은 5m급 지구관측용 광학 탑재체와 자체 개발한 온보드컴퓨터·자세제어 장비 등을 시험하면서 더 자주, 더 높은 품질의 지구 영상을 확보하는 데 도전한다.

조선대·부산대의 시피샛(CPSat)은 기존 위성의 전파통신 대신 발광다이오드(LED)와 레이저의 깜빡임으로 우주에서 지상으로 데이터를 보내는 광통신을 시험한다. 전파에 비해 빛을 좁은 방향으로 보낼 수 있어 주파수 부족 문제를 피하고, 보안성을 높일 가능성이 있는 기술이다.

스페이스린텍의 비(BEE)-1012는 미세중력 환경에서 치매 치료제 후보물질의 결정이 자라는 과정을 실험한다. 특히 이번에는 위성에 탑재한 AI가 결정의 성장 상태를 스스로 판독하고 필요한 동작을 수행하도록 해, 사람이 지상에서 계속 명령을 내려야 하는 우주 실험의 한계를 줄이는 데 도전한다.

박종찬 한국항공우주연구원 한국형발사체고도화사업단장이 15일 서울 광화문에서 열린 간담회에서 발표하고 있다./우주항공청, 한국항공우주연구원

◇ 발사 준비 막바지… 민간 발사 운용도 확대

현재 누리호 5차 발사 준비는 막바지에 접어들었다. 지난 6월 시작한 누리호 5호기 총조립 작업은 마지막 단계로, 위성 15기가 모두 나로우주센터에 들어와 지난 14일 누리호 상단에 탑재됐다. 1·2단은 조립을 거의 마치고 최종 점검 중이며, 3단의 위성 탑재부를 기계·전기적으로 연결하는 작업이 끝났다. 발사 과정에서 위성을 외부 환경으로부터 보호하는 덮개인 ‘페어링’ 조립도 진행 중이다.

계획대로라면 이달 말 1·2·3단을 모두 연결하는 발사체 총조립을 끝내고 10월 5일까지 최종 점검을 거친다. 이상이 없으면 10월 6일 누리호를 발사대로 옮긴 뒤 다음 날 발사한다. 현재 예정된 발사 시간대는 낮 12시 23분부터 오후 1시 23분까지다. 정확한 발사 시각은 당일 기상과 발사체 상태, 궤도를 돌고 있는 다른 우주물체와의 충돌 가능성 등을 종합해 최종 결정한다.

누리호 발사 운용을 민간에 넘기기 위한 작업도 한 단계 더 나아간다. 체계종합기업 한화에어로스페이스는 누리호 4차 때도 발사에 참여했지만 실제 발사 운용은 항우연이 주도했다. 5차에서는 기술이전이 제한된 일부 설비를 제외한 관제 시스템의 약 75%에서 한화 측 인력이 주 운영자로 참여해 직접 컴퓨터를 조작하고 데이터를 분석한다. 참여 인원도 4차 당시 30명대에서 이번에는 약 44명으로 늘어난다.

박 단장은 “6차 발사에서는 기술이전이 제한된 부분을 제외한 전체 지상관제 시스템에 한화에어로스페이스 인력이 주 운영자로 참여하게 된다”며 “향후 체계종합기업이 발사를 주도적으로 수행하는 데 문제가 없도록 역량을 키워가는 과정”이라고 설명했다.

내년 누리호 6차 발사는 네온샛 양산기 5기를 추가로 실어 군집위성 체계를 완성하는 동시에 민간의 발사 운용 역할을 한층 확대하는 기회가 된다. 같은 설계의 위성을 반복 생산하고 여러 기를 함께 운영하는 체제로 넘어가는 한편, 누리호 역시 반복 발사를 통해 신뢰성을 쌓고 민간 중심 발사 서비스로 나아간다.

오태석 우주항공청장은 “누리호 5차 발사는 국내 최초 군집위성 발사이자 국내 위성개발이 양산 및 군집 운용 체계로 도약하는 중요한 전환점”이라며 “성공적인 발사를 위해 마지막 순간까지 발사 준비에 만전을 기하겠다”고 말했다.

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -