위성도 가성비 시대, 크 와~~

자동차를 고르는 기준은 다양합니다. 개인의 취향과 취향에 따라 수많은 차 중에서 자신을 선택합니다. 배기량도 무시할 수 없는 요소입니다. 배기량이 크면 힘이 있고 차체도 크고 실내도 넓지만 그만큼 비싼 비용을 지불해야 합니다. 기름값, 보험료, 수리비 등 유지비도 많이 듭니다. 반대로 배기량이 적으면 성능은 다소 떨어지더라도 저렴한 가격으로 적은 유지비를 받고도 차를 유지할 수 있습니다. 물론 배기량이 적다고 해서 차에 기본적으로 필요한 장치책인 것이 없는 것은 아닙니다.인공위성도 마찬가지입니다. 인공위성 영상을 필요로 하는 곳이 한정됐던 과거와 달리 수요가 확대되면서 인공위성의 크기와 사양도 다양해지고 있습니다.특히 비용을 적게 들이면서도 원하는 용도로 사용할 수 있는 소형 위성 수요가 확대되고 있습니다. 물론 크기가 작아져도 인공위성에 필요한 장치 본인의 물품을 제작할 수는 없습니다. 크기가 작아서 대충 뭐가 달라질까요? 또 위성 소형화를 위해서는 어떤 것이 필요할까요?

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지난해 2월 미국 민간 우주 기업 스페이스 X가 쏘아 올린 '페르 공 헤비'은 길이만 무려 73m에 이릅니다. 25층 아파트의 높이에 맞먹는 그다 이야기로 초대형 로켓입니다. 그런데 이런'지구 최강의 로켓'이 발사되는 3개 전 누구도 주시 방지 없이 한가 운 데 Japan에서 'SS-520'이라 불리는 작로켓토하쟈싱카 발사되었습니다. 길이 9.6m로 페루 공 헤비의 7분의 하나에 불과한 최소형 로켓입니다. 하지만 작다고 깔보면 안돼요. 전신주의 크기에 불과한 작은 로켓이 25층 아파트의 높이의 대형 로켓 못지않은 큰 활약을 펼치게 될지 모르니까. ​ 실제 미니 로켓 SS-520은 무게 3㎏ 초소형 위성을 싣고 발사됐습니다. 'TRICOM·하나'로 명명된 초소형 위성은 가로, 세로 하나 0센치, 높이 약 35㎝의 직육면체에 양손에 들 수 있다 정도 크기입니다. 크기는 작지만 다른 위성과 마찬가지로 500~600㎞고도에서 주어진 바 있다 춤을 실행합니다. TRICOM - 하나의 경우 자연재해 감시와 농작물의 생육상황을 관측할 목적으로 제작되었습니다. TRICOM-하나를 통해 얻어진 관련 자료를 민간기업이 적극적으로 활용할 수 있도록 하는 방안이라고 합니다. Japan의 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)는 지난 한개 달에도 길이 26m, 무게 95.6t의 소형 로켓'입실론'4호를 성공적으로 발사했다.

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소형 위성과 소형 위성 전용 발사체는 21세기 우주 개발 파라 전부입니다 변이의 상징이라고도 할 수 있습니다. 이른바 '뉴스페이스(New Space)' 시대를 선도하고 있다고 합니다. 원웹(One Web), 플래닛랩(Planet Labs) 등 대표적인 소형 위성 운영업체들은 위성 대량 생산에 필요한 보통화를 통해 제조시절과 생산단가를 대폭 낮추며 새로운 우주개발 시대를 열고 있습니다. 실제의 플래닛의 경우 3m의 해상도 광학 큐브 위성'Dove'170기와 1m급 해상도의 동영상 촬영 위성'SkySat'13기 등을 운영 중입니다만. 매 시간 마다 지구 전체를 촬영해, 위성 화상과 분석 서비스를 제공하고 있습니다.​ 유로 컨설트(Euroconsult)의 분석에 따르면 이 2007년부터 2016년까지 10년간 발사한 무게 500㎞이하의 소형 위성은 약 890기가 발사되었는데요. 2017년부터 2026년까지 향후 10년 발사되는 소형 위성은 총 6,200기에 달할 것으로 예상됩니다. 무려 7배 과인 증가하게 되는 셈입니다. 실제 공간 X는 이 5월 페르 공 9로켓으로 우주 인터넷 망을 구성하는 스타 링크 위성 60기를 한꺼번에 발사도 했습니다. 스페이스X는 그런 식으로 하면 소형 위성 만 여개를 띄워 세계 인터넷의 사각지대를 없애겠다는 야심에 찬 예정입니다.​

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인공위성은 단지 크기와 무게에 따라 대형, 중형, 소형으로 분류되어 왔는데요. 발사 중량에 의해서 500㎞이하를 소형 위성, 500~하나, 000킬로를 중형 위성, 하나 000킬로 이상을 대형 위성으로 분류합니다. 그러나, 최신의 전자·전기 부분품과 광학 부분품의 성능이 향상해, 집적화가 높아짐에 따라, 보다 세분화되는 경향에 있습니다. 이로써 500㎞이하의 소형 위성은 소형 위성(하나 00~500㎞), 초소형 위성(하나 0~하나 00㎞)나의 위 손 하나~하나 0㎞), 피코 위성(하나 00g~하나 킬로)펨토 위성(하나 0~하나 00g)에서 다시 분류하기도 합니다. 단 하나 00㎞이하를 총칭하고 초소형 위성으로 부릅니다.인공위성의 핵심은 탑재체입니다. 특히 지구 관측이 임무를 수행하는 인공위성의 경우 카메라가 핵심 탑재체인 만큼 카메라의 주반사경 크기로 인공위성의 계급을 구분하기도 합니다. 그리하여 반사경의 지름이 300밀리 이하면 소형 위성, 300~600미리는 중형 위성, 600㎜이상이면 대형 위성으로 분류합니다. 역시 최신이 카메라의 성능도 나쁘지 않고 200㎜직경 정도의 주 반사경으로 땅 해상도 0.7m급의 성능을 발휘하기도 합니다. 초소형 위성에서도 기존의 중형급 위성의 성능을 발휘할 수 있게 되었는데요. 탑재체인 광학카메라의 물리적 구조계 성능을 높이는 것은 한계에 이르렀지만 위성영상을 획득하는 디텍터와 같은 전자장치의 성능과 지면에서의 영상 후 보정 기술이 발전하면서 더 적은 반사경 구경에서도 더 뛰어난 위성영상을 확보하게 된 것입니다.

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소형 위성이라고 해서 가성비가 좋은 것은 아닙니다. 물론 대학이나 점검실 단위로 제작하는 나노 위성(큐브 위성)급 이한다면 엘 변하지만, 무게 하나 00~500킬로 소형 위성 급부터는 위성에 꼭 필요한 장치와 부분품, 특히 우주 환경 시험 등을 거쳐야 하기 때문입니다. 다시 말해 중형위성에 들어가는 부분품을 소형위성이라고 떼어서 만들거나 중형위성을 제작할 때 반드시 거쳐야 하는 열진공시험을 소형위성이라고 해서 그냥 통과할 수는 없습니다. 이는 아무리 배기량의 작은 경차에서도, 엔진과 4개의 바퀴는 필요와 같습니다. 그렇기 때문에 경차도 엄격한 안전 테스트를 거치는 것과 같은 것입니다.​ 하나 2월 발사되면 초기 운영을 통한 성능 검증을 마치고 올해 4월부터 본격적인 가동에 들어간 차세대 소형 위성 하나호(하나 00㎞)의 경우 개발 기간 6년에 324억원의 예산이 투입되었습니다. 적게는 2,300억원에서 많게는 3,300억원 정도 소요되는 다목적 실용 위성에 비해서 하나 0분의 하나 정도의 비용이지만, 임무와 수명 등을 감안하면 아주 적은 비용이 아닙니다. 우치고 우리는 탑재체에 이리베는 제1부 광학 기술을 제외하고는 위성 제작에 필요한 모든 기술을 국산화하고 위성 개발 경험이 축적되면서 개발 기간과 비용이 갈수록 줄어들고 있습니다. 실제의 차세대 소형 위성 하나호에 탑재한 3차원 적층형 대용량 메모리 등 7의 핵심 기술 전체 국내에서 자체 개발한 우주 기술입니다. 2020년 하반기의 발사를 목표로 현재 개발 중인 차세대 소형 위성 2호(한개 50㎞)의 경우 개발 기간 3년 6개월에 비용은 총 297억원입니다.

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위성 소형화와 소형 위성 개발비 등을 획기적으로 줄이기 위한 선결 조건은 물품 단위의 소형화입니다. 물품의 소형화는 전자회로의 고집적도가 되며 물품의 크기가 기하급수적으로 삭감되는 직접적인 영향, 이들 물품의 대부분이 저전력을 소비하기 때문에 위성본체시스템에 요구되는 전력의 양이 줄어들고 모드위성체의 크기도 함께 작아지는 간접적인 영향이 있습니다. 특히, 전자부분에서는 마이크로 웨이브 방식의 통신 시스템의 소형화에 의해, 종래의 진공관 방식의 증폭기를 대신해, 무게와 전력 소비를 큰폭으로 삭감했습니다.역시 앞서 말했듯이 소형위성의 확산은 발사체 시장에도 큰 변이를 주고 있습니다. 저렴한 발사비용을 표방한 소형 발사체 업체들이 점차 거의 하루하루를 보내고 있습니다. 민간 우주 회사인 파이어 플라이는 이 20최초 4년 400킬로까지 올릴 수 있는 소형 로켓인 '파이어 플라이 알파'을 공개하거나 합니다. 뉴질랜드 정부의 지원을 받고 있는 우주 기업인 로켓레프은 쵸쯔쵸쯔 0킬로까지 탑재 가능한 자사의 발사체 발사 비용으로 490만달러를 제시했습니다. 큐브 위성만 전문에 발사하 큐브케프의 경우 최초의 유닛은 첫 0만달러, 3유닛의 큐브 위성은 25만달러에 발사 서비스를 제공하고 있습니다. 역시 위성이 작아지면서 로켓이 아닌 비행기를 이용해 위성을 궤도에 올리기 위한 다양한 시험도 진행되고 있습니다.​, 구소련이 최초의 957년 4월 발사한 인류 첫 인공 위성 스푸트니크 첫호는 무게 83.6킬로의 초소형 위성입니다. 이에 충격을 받은 미국이 첫 958년 첫월에 발사한 익스플로러 첫호는 이것보다 더 작은 무게, 첫 4㎞' 초미니 위성'이었습니다. 당시는 우주기술이 그 정도 크기의 위성을 쏘아 올릴 수 있는 수준이었기 때문입니다. 지금은 작은 크기에도 필요한 성능을 발휘할 수 있는 기술이 개발되어 세계 우주 선진국과 민간 기업에서 소형 위성 개발에 참여하고 있습니다. 소형에서 다시 소형으로... 손재주가 좋다면 세계 어느 누구에게도 뒤지지 않는 우리의 기질을 유감없이 발휘할 기회가 오고 있는 것은 아닐까요? 기획/제작:항공우주Editor 오요한자문/감수:위성탑재체 개발부 정대준 박사