​누리호 타고 날아간 큐브위성, 첫 사출 성공...2024년에도 도전 이어진다

국내 대학교에서 제작한 큐브위성, 1년간 지구 저궤도에서 임무 수행

2022년 경연대회도 진행 중...오는 2024년 누리호 4호기에 실어 발사

열진공 실험 중인 조선대 큐브위성 [사진=한국항공우주연구원]

누리호를 통해 지구 저궤도에 진입한 성능검증위성이 첫 번째 임무인 큐브위성 사출에 성공적으로 착수했다.

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 29일 오후 4시 50분 조선대 큐브위성을 성공적으로 분리하고, 30일 새벽 3시 48분쯤 통신에 성공했다고 밝혔다. 

큐브위성이 보낸 상태 정보에는 위성의 작동 상태, 자세, GPS 작동 여부(현재 꺼짐), 배터리 모드(현재 정상), 배터리 전압(현재 정상) 등 일부 정보가 포함돼 있다.

항우연은 성능검증위성에서 송신한 큐브위성의 사출 영상을 바탕으로 분석한 결과 현재 큐브위성이 공중제비를 도는 것처럼 빠르게 회전하고 있기 때문에 정보를 제대로 송신하지 못하는 것으로 파악했다. 향후 큐브위성이 회전을 멈추고 자세를 안정적으로 잡으면 완전한 양방향 통신도 가능할 전망이다.

다음 교신 예정시간은 30일 오후 3시 48분, 오후 5시 26분 등으로 예정돼 있으며, 상태 정보 수신과 교신 명령을 진행할 계획이다.

조선대 큐브위성(STEP Cube Lab-2)은 백두산 분화 징후 등 한반도 열영상 관측을 목적으로 제작됐다. 한 픽셀당 10ｍ×10ｍ 해상도로 지표면 40㎢를 촬영할 수 있는 전자광학 카메라와 픽셀당 350ｍ×350ｍ 해상도로 160㎞×220㎞를 촬영하는 열영상 카메라를 탑재했다.

해당 위성은 향후 1년간 지구 저궤도를 돌면서 1개월에 3~4회 백두산 천지 수온 열영상을 촬영한다. 이와 함께 한반도 도심지역 열섬현상 분석, 원전 온배수 방류 등도 확인할 계획이다.

앞으로 성능검증위성은 자세 안정화 과정을 거치고, 이틀 간격으로 7월 1일 KAIST, 7월 3일 서울대, 7월 5일 연세대 큐브위성을 사출관을 통해 순차적으로 내보낸다. 위성 간의 충돌을 막고, 발사 시 반동으로 흐트러진 위성 자세를 다시 고쳐 잡기 위해 이틀이라는 시간을 뒀다.

향후 발사될 큐브위성을 통해 KAIST는 초분광 카메라를 이용한 지구를 관측하며, 서울대는 정밀 GPS 반송파를 이용해 지구 대기관측 데이터를 수집한다. 연세대는 미세먼지 모니터링을 진행할 계획이다.

성능검증위성에는 3~10㎏의 큐브위성 4개와 더미 큐브위성 1개가 탑재돼 있다. 이번에 사출한 큐브위성은 지난 2019년 열린 '제5회 큐브위성 경연대회'에서 선정된 4개의 대학이 직접 제작·개발한 결과물을 한국형 발사체에 실어 쏘아 올린 사례다.

과거에도 해외 발사체를 이용해 4차례 큐브위성을 보내기도 했지만, 양방향 교신까지 성공한 사례는 없다. 큐브위성의 경우 예산이나 구조적인 측면에서 상업용 위성에 비해 안정성이 떨어지고, 정확한 실패 원인을 파악하는 것도 쉽지 않아 대부분 전력, 충격 등으로 인한 오작동을 원인으로 추정하고 있다.

다만, 현재 위성의 배터리 모드와 전압이 정상 상태로 보여, 자세만 안정적으로 잡으면 긍정적인 결과를 기대할 수 있을 전망이다.

과기정통부에 따르면 현재 2024년으로 예정된 누리호 4차 발사(고도화 사업 2차 발사)에서도 큐브위성을 함께 실어 쏘아 올릴 계획이며, 이를 위해 항우연 주관으로 공모를 올해 4월부터 진행하고 있다. 올해 열리는 큐브위성 경연대회에서는 기초위성 4팀과 고급위성 2팀을 선발해, 오는 2024년 5월까지 개발을 완료하고 누리호에 탑재할 계획이다.

기초위성은 지도교수를 포함해 이전 경연대회 선정 이력이 없는 신규 도전 팀을 대상으로 경연이 이뤄진다. 고급위성은 과거 개발 경험이 있는 팀을 대상으로 하며, 위성 개발, 임무, 예산 계획 등 구체성을 평가한다.

1차 경연에서는 임무와 시스템 설계에 대한 평가가 이뤄지며, 2차 경연에서는 기술적 구현 가능성을 중점적으로 평가한다. 1차 경연에서 12개 팀을 선발해 예비설계 비용 2000만원을 각각 지원하며, 최종 선정된 기초위성 4개 팀에는 3억원 이내, 고급위성 2개 팀에는 7억5000만원 이내 예산을 추가로 지원한다.

큐브위성 제작에는 전자공학, 기계공학, 컴퓨터공학, 우주항공학 등 다양한 공학 분야 기술이 필요하며, 위성의 임무 설정을 위해서는 천문학적 전문성도 필요하다. 특히 일반 인공위성과 달리 크기가 작고 송수신할 정보량도 적어 대학교 동아리 등에서도 운용 가능하다. 과기정통부는 이러한 사업은 교육적인 측면은 물론, 우주기술과 문화 확산에 긍정적인 영향이 있기 때문에 관련 사업도 지속한다는 계획이다.