태양폭풍에 도요샛 고도 300m 낮아져…국산 큐브위성으로 항력 첫 분석

2024년 5월 32시간 동안 분석…저궤도 대기저항 변화 정량화
도요샛 3기 궤도 비교…NASA 위성 관측값과도 상당히 일치
초저궤도 위성 설계·운용 활용 기대…후속 '도요샛2' 추진

[서울=뉴시스] 윤현성 기자 = 한국천문연구원은 도요샛(SNIPE) 연구진이 초강력 태양폭풍이 지구 저궤도 위성에 미치는 대기 저항(항력) 증가 효과를 정량적으로 규명했다고 8일 밝혔다. 사진은 슈퍼 태양폭풍 당시 도요샛 운용 가상도. (사진=천문연 제공) 2026.09.08. hsyhs@newsis..com *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 초강력 태양폭풍이 발생하면 지구 저궤도의 대기 밀도가 평소보다 2배 이상 높아지고, 이로 인해 위성이 받는 대기 저항도 크게 증가하는 것으로 나타났다. 지난 2024년 5월 태양폭풍 당시 국산 초소형위성 '도요샛'의 고도는 약 300m 낮아졌다.

한국천문연구원은 도요샛(SNIPE) 연구진이 초강력 태양폭풍이 지구 저궤도 위성에 미치는 대기 저항(항력) 증가 효과를 정량적으로 규명했다고 8일 밝혔다.

연구진은 2024년 5월10일 오후 8시부터 12일 오전 4시까지 32시간 동안 발생한 슈퍼 태양폭풍을 분석했다. 이 기간 도요샛 위성들의 고도가 약 300m 낮아진 현상을 포착하고, 이를 토대로 태양폭풍이 저궤도 대기 밀도와 위성의 항력에 미친 영향을 정량 분석했다.

분석 결과 태양폭풍이 정점에 달했을 때 위성 주변 대기 밀도는 평상시의 2배 이상으로 치솟았다가 이후 점차 폭풍 이전 수준으로 돌아갔다.

고도 약 500㎞에서도 태양폭풍이 발생하면 대기 저항이 증가한다는 사실 자체는 알려져 있었다. 다만 이 고도에서는 대기가 매우 희박해 실제 변화량을 정밀하게 측정하고 수치화하는 데 한계가 있었다.

도요샛 3기 궤도 변화로 항력 계산…NASA 관측과 비교

태양폭풍 항력, 초저궤도 위성 안정적 운용에 직접 영향

[서울=뉴시스] 윤현성 기자 = 한국천문연구원은 도요샛(SNIPE) 연구진이 초강력 태양폭풍이 지구 저궤도 위성에 미치는 대기 저항(항력) 증가 효과를 정량적으로 규명했다고 8일 밝혔다. 사진은 슈퍼 태양폭풍 당시 도요샛 운용 가상도. 슈퍼 태양폭풍으로 증가한 대기 저항과 도요샛의 궤도 변화를 설명한다. (사진=천문연 제공) 2026.09.08. hsyhs@newsis..com *재판매 및 DB 금지

연구진은 비슷한 고도에서 편대비행하는 도요샛 3기의 궤도 변화를 정밀 분석해 대기 저항의 변화를 정량적으로 추정했다.

도요샛으로 계산한 결과를 미국항공우주국(NASA)의 대형위성 '그레이스-팔로우온(GRACE-FO)' 관측자료와 비교한 결과 두 자료가 상당히 일치하는 것도 확인했다.

이번 분석은 도요샛이 3년 넘게 임무를 이어오며 장기간 관측자료를 축적했기 때문에 가능했다. 2023년 5월25일 누리호 3차 발사를 통해 고도 약 550㎞ 태양동기궤도에 투입된 도요샛은 지금도 우주환경 감시 임무를 수행하고 있다.

도요샛은 10㎏급 초소형 큐브위성이지만 2024년 5월과 10월, 2025년 11월, 2026년 1월 등 네 차례 초강력 태양폭풍을 견디며 지구 전리권과 자기권 플라즈마 변화를 관측해왔다.

연구진은 거의 같은 고도에서 운용되는 동일한 형태의 '도요샛-나래'와 '도요샛-라온'이 자세제어 상태에 따라 서로 다른 대기 저항을 받는다는 점도 확인했다. 특히 자세가 안정적으로 제어된 도요샛-나래의 궤도정보를 이용해 계산한 대기 밀도는 NASA 그레이스-팔로우온의 관측값과 상당히 일치했다.

이는 고가의 정밀 측정 장비가 없어도 위성의 궤도와 자세 정보만으로 저궤도 대기 밀도 변화를 비교적 저비용으로 감시할 수 있다는 점을 보여준다.

여러 위성이 함께 비행하는 군집위성을 활용할 경우 각 위성의 데이터를 비교해 저궤도 대기 밀도의 시간적·공간적 변화도 동시에 분석할 수 있다는 점도 확인됐다.
태양폭풍으로 대기 저항이 커지는 현상은 저궤도, 특히 초저궤도 위성의 안정적인 운용과 밀접하게 연결된다.

실제 2022년 2월에는 발사 직후 저궤도에 있던 스타링크 위성들이 태양폭풍으로 증가한 대기 저항의 영향을 받아 다수가 정상 궤도에 진입하지 못하고 대기권으로 재진입한 사례가 있다.

최근 활용이 늘고 있는 초저궤도 위성은 지구와 가까운 곳에서 운용돼 영상 해상도와 통신 성능, 발사 비용 측면에서 국방·통신 분야에 강점이 있다.

반면 일반 저궤도 위성보다 대기 저항을 크게 받아 궤도 수명이 짧고 안정적인 운용이 어렵다는 한계도 있다. 태양활동에 따라 초저궤도 대기 밀도가 크게 변할 수 있는 만큼 위성 설계와 운용을 위해 관련 우주환경 자료와 예측 기술 확보가 중요하다.

논문 제1저자인 송호섭 천문연 박사는 "저궤도에서의 대기 저항을 국내에서는 처음으로 한국 큐브위성을 이용해 분석했다는 데 의의가 있다"며 "초저궤도 위성 활용이 확대되는 만큼 대기 밀도를 여러 지점에서 정확히 예측하는 기술이 중요해지고 있는데, 이번 연구가 관련 기술 개발을 위한 선행연구로 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

도요샛 프로젝트 연구책임자인 이재진 천문연 책임연구원은 "우리 기술로 제작하고 발사된, 설계 수명 1년의 국산 꼬마 위성이 지난 3년여간 꾸준히 건강을 유지하며 우주환경 관측 임무를 수행하고 있다는 점에서도 의미가 크다"며 "앞으로 더 많은 국산 초소형 위성들이 우주과학 연구뿐 아니라 국방 감시 등 다양한 분야에서 저비용, 고효율로 활약할 수 있게 되기를 바란다"고 밝혔다.

연구진은 초저궤도 우주환경 감시를 위한 후속 위성 '도요샛 2(SNIPE-2)'를 기획하고 관련 연구를 이어갈 예정이다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '스페이스 웨더(Space Weather)'에 게재됐다.

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