누리호 성공이 만든 효과…카이스트·서울대 큐브위성 ‘양방향 교신’
누리호 2차 발사체가 6월21일 오후 4시 전라남도 고흥군 봉래면 나로우주센터 발사장에서 웅장한 불꽃을 내뿜으며 힘차게 날아오르고 있다. 사진 한국항공우주연구원 누리호 2차 발사의 성공 성능검증위성의 정상 운용. 우리나라 우주개발 역사의 한 획을 그은 성과를 바탕으로 미래 인재들의 도전이 순조롭게 진행되고 있다. 4일 과학기술정보통신부 과기정통부 와 한국항공우주연구원 항우연 등에 따르면 지금까지 성능검증위성으로부터 사출된 국내 대학 제작 큐브위성 꼬마위성 3기 모두 ‘생존 신고’를 마쳤다. 조선대·한국과학기술원 KAIST·카이스트 ·서울대 큐브위성이 보낸 상태정보 비콘신호 는 정도의 차이가 있지만 모두 지상국에 닿는데 성공했다. 이 중 카이스트·서울대 큐브위성은 ‘양방향 교신’에도 성공했다. 사출은 오는 5일 연세대에서 제작한 큐브위성 ‘미먼 MIMAN ’만 남아있다. 항우연 연구진은 연세대 큐브위성의 사출까지 문제없이 진행된다면 오는 7일 3U 크기의 큐브위성 모사체 더미 도 내보낼 계획이다. 더미 사출까지 이뤄지면 발사관 성능 검증은 총 5차례 이뤄지게 된다. 누리호를 타고 우주로 향한 큐브위성 4기 모두 국내 대학원생들이 중심이 돼 제작한 결과물이다. 2019년 개최한 제5회 ‘큐브위성 경연대회’에서 카이스트·서울대·연세대·조선대가 선정돼 이번 도전을 수행하고 있다. 선정된 학생팀은 2년간 직접 큐브위성을 제작해 누리호에 본인들의 ‘꿈’을 실어 보냈다. 큐브위성 4기는 구체적으로 3U 크기 큐브위성 3기와 조선대에서 만든 6U 크기 1기로 구성된다. 1U 큐브샛은 가로·세로·높이 10cm에 질량 1.3kg 수준의 초소형 인공위성을 말한다. 누리호 성능검증위성에 실린 4기의 큐브위성과 1기의 모사체. 자료 한국항공우주연구원 카이스트·서울대 ‘양방향 교신’…조선대 ‘자세안정화’ 시도 서울대 큐브위성 ‘SNUGLITE Ⅱ 스누굴라이트2 ’는 3일 오후 4시24분께 성능검증위성으로부터 사출됐다. 서울대 학생팀은 스누굴라이트2가 우리나라 상공 가장 높은 위치를 지날 때인 4일 새벽 3시21분께 명령 신호를 보냈다. 스누굴라이트2는 지상국에서 보낸 명령을 받아 안테나를 전개하고 상태정보를 보냈다. 양방향 교신에 성공한 순간이다. 과기정통부 측은 “서울대 팀 큐브위성의 경우 안테나 전개에 드는 시간이 짧아 우주공간 사출 후 단시간 내 교신 시도가 가능했다”고 설명했다. 첫 양방향 교신 이후 스누굴라이트2가 보낸 비콘신호는 총 9번 지상국에 닿았다. 카이스트 학생팀은 이를 통해 스누굴라이트2의 △전원 8.3볼트 정상 △각속도 0.2deg s 안정화 △자체개발 우주용 위치정보시스템 GPS·시각동기화 완료 수신기 정상 등을 확인했다. 서울대 큐브위성 스누굴라이트2가 누리호 성능검증위성에서 3일 오후 4시24분께 사출되고 있는 모습. 영상 과학기술정보통신부 서울대 큐브위성에 앞서 조선대 6월29일 와 카이스트 7월1일 의 큐브위성이 사출됐다. 조선대 큐브위성 ‘STEP Cube Lab Ⅱ 스텝큐브랩2 ’는 6월30일 새벽 3시48분 이뤄진 첫 수신에서 목표 10회 반복 수신 보다 적은 두 차례의 신호만 지상국에 닿았다. 스텝큐브랩2의 신호가 지상국에 미약하게나마 닿아 전압 정상 상태 등은 확인했으나 양방향 교신은 현재 이뤄지지 않고 있다. 조선대 학생팀은 큐브위성이 빠르게 회전 텀블링 되고 있다는 점을 원인으로 보고 있다. 스텝큐브랩2가 우리나라 상공을 지날 때마다 자세 안정화를 위한 다양한 시도를 진행 중이다. 카이스트 큐브위성 ‘랑데브 RANDEV ’가 보낸 신호는 2일 새벽 3시42분께 20초 주기로 10차례 이상 지상국에 닿았다. 카이스트 학생팀이 첫 수신에서 받은 비콘신호를 분석한 결과 랑데브의 전압·온도 등이 모두 정상 상태였다. 태양전지판과 안테나 역시 정상적으로 전개됐다. 이후 진행된 원격 검침에서도 큐브위성이 양호한 상태로 동작 중인 점을 확인했다. 카이스트 학생팀은 상태점검 이후인 3일 오후 4시10분께 큐브위성에 명령 신호를 보냈다. 일부 기능을 차단 전력공급 채널의 상태변경 하고 모드 변경 대기모드→안테나전개모드 을 위해서다. 랑데브는 지상국이 보낸 신호를 정상적으로 받고 명령을 문제없이 수행했다. 카이스트 측은 “양방향 통신 기능을 확인함에 따라 연구팀은 위성의 자세가 점차 안정화될 것으로 기대하고 있다”며 “안정화 이후에 저장 영상 전송 등 당초 예정했던 기능을 수행할 예정”이라고 밝혔다. 카이스트 큐브위성 랑데브가 누리호 성능검증위성에서 1일 오후 4시38분께 사출되고 있는 모습. 영상 과학기술정보통신부 순조 출발 알린 큐브위성 임무는 서울대와 카이스트 대학원생이 중심이 돼 제작한 두 큐브위성이 양방향 교신에 성공 향후 임무 수행 역시 정상적으로 진행될 가능성이 커졌다. 두 큐브위성의 임무 수행은 자세가 충분히 안정화된 뒤 진행된다. 항우연에 따르면 이 과정에 최대 2달이 소요될 수 있다. 서울대 큐브위성 스누굴라이트2는 정밀 지구대기 관측과 관련된 GPS RO Radio Occultation 데이터 수집을 목적으로 제작됐다. 서울대 학생팀은 이를 위해 △mm급 반송파위상 이중주파수 GPS 수신기 3대 △광학 카메라 △정밀 GPS 자세결정 모듈을 장착했다. 수명은 1년이다. 카이스트 큐브위성 랑데브는 소형 지구관측 카메라를 활용 지상 촬영을 수행하는 것을 목적으로 개발됐다. 촬영된 영상을 지상국으로 전송하는 게 핵심 기능이다. 이와 함께 인공위성의 3축 자세제어 기능도 검증한다. 카이스트 학생팀은 구체적으로 △지상국과 극초단파·초단파 UHF·VHF 주파수를 활용한 통신 △S밴드의 고속 영상 전송을 포함한 큐브위성 시스템의 임무와 본체의 정상적인 운용 검증을 목적으로 삼았다. 조선대 큐브위성 스텝큐브랩2는 아직 양방향 교신에 이르지 못했지만 자세안정화에 성공할 경우 상태점검 등을 거쳐 임무수행에 돌입한다. 조선대 큐브위성은 ‘백두산 분화징후 등 한반도 열영상 관측’을 목적으로 제작됐다. 구체적으로 △백두산 천지 수온 변화 모니터링 △한반도 도심지역 열섬현상 △원전 온배수 방류 등의 관측을 수행한다. 스텝큐브랩2엔 이를 위한 전자광학 장비와 열영상 장비가 탑재됐다. 전자광학 장비는 40km×40km 열영상 장비는 160km×220km의 촬영 영역을 각각 보유했다. 1픽셀당 촬영 영역을 의미하는 공간해상도는 전자광학 장비가 10m×10m 수준이고 열영상 장비가 350m×350m 수준이다. 탑재된 장비가 정상 작동을 시작하면 조선대 큐브위성은 향후 약 1년간 임무를 수행한다. 오는 5일 사출되는 연세대 큐브위성 미먼은 200m 해상도로 한반도 인근 미세먼지를 모니터링하기 위해 제작됐다. 조선대 큐브위성 스텝큐브랩2가 누리호 성능검증위성에서 6월29일 오후 4시50분께 사출되고 있는 모습. 영상 과학기술정보통신부 누리호가 지원하는 대학원생들의 ‘꿈’ 크기가 매우 작아 ‘꼬마위성’으로도 불리는 큐브위성은 구조적인 측면에서 상업용 위성에 비해 신뢰성이 떨어진다. 과기정통부는 그런데도 ‘우주인력 양성’ 측면에서 이번 큐브위성 제작 사업을 진행했다. 설계·제작·관제에 이르는 인공위성 운용 전 과정을 직접 수행할 ‘실전 기회’를 국내 대학원생들에게 제공하고자 사업이 기획됐다. 과기정통부 관계자는 “큐브위성을 누리호에 실어 보내는 것 자체가 도전적인 과제”라면서도 “학생들에게 인공위성 운용의 전반적인 과정을 경험할 기회를 제공한다는 교육적 측면에서 의의가 있다”고 강조했다. 정부는 누리호 4차 발사에서도 국내 대학에서 만든 큐브 위성을 우주로 보낼 기회를 제공할 계획이다. 큐브위성의 도전이 이뤄지기까진 다양한 ‘전제조건’이 붙는다. 우주개발 후발주자인 우리나라 입장에선 대부분 처음 시도되는 과제들에 성공해야 큐브위성 사출을 진행할 수 있는 구조다. 누리호 성공 전까진 우리나라는 자체 우주 운송 수단을 확보하지 못한 상태였다. 큐브위성을 누리호에 싣는 것 자체가 ‘도전적인 과제’로 여겨진 이유다. 누리호 2차 발사체는 지난 6월21일 오후 4시 누리호 2차 발사체가 전라남도 고흥군 봉래면 나로우주센터 발사장에서 웅장한 불꽃을 내뿜으며 우주로 향했다. 누리호는 15분45초 945초 비행을 통해 당초 계획대로 목표궤도 상공 700km 에 진입해 목표속도 초속 7.5km 에 도달 성공으로 기록됐다. 이륙 후 14분35초 875초 만에 목표궤도에 진입해 4기의 성능검증위성을 포함한 질량 162.5kg짜리 성능검증위성을 분리했다. ‘큐브위성의 우주 비행’이란 전제조건이 달성된 순간이다. 6월21일 오후 4시 누리호 발사장과 3km 직선거리 떨어진 전라남도 고흥군 봉래면 나로우주센터 우주과학관 인근에서 촬영한 누리호 2차 발사 장면. 영상 정두용 기자 성능검증위성은 누리호 발사 후 42분23초가 지난 시점 남극 세종기지에 첫 신호를 보내며 생존 신고를 했다. 항우연 연구진은 이후 6월22일 새벽 3시2분께 지상국과 성능검증위성 간 양방향 교신에 성공했다. 이후 자세안정화 및 기능점검 등을 통해 정상 작동을 확인했다. 성능검증위성에 탑재된 큐브위성 4기가 사출될 수 있는 마지막 단추가 끼워진 셈이다. 성능검증위성은 6월29일 조선대 큐브위성을 시작으로 서울대 큐브위성까지 3차례의 사출을 진행하며 성능을 입증해냈다. 인공위성 성능검증위성 에서 다른 인공위성 4기의 큐브위성 을 사출하는 건 세계에서 처음으로 시도되는 방식인데 이 과정에서 고도의 기술력이 필요하다. 사출로 인한 반동은 성능검증위성의 무게중심 변화로도 이어질 수 있기 때문이다. 항우연 연구진은 각 큐브위성 사출 후 문제없이 성능검증위성의 자세를 안정화했다. 큐브위성 제작에 참여한 한 박사과정생은 익명을 전제로 기자와의 통화에서 “항우연 등 선배 연구원들의 노력을 바탕으로 ‘직접 제작한 위성이 우주에서 작동’하는 어린 시절 꿈이 이뤄지고 있다”며 “아직 임무 수행에 돌입한 것은 아니지만 앞으로 긴장의 끈을 놓지 않고 성과를 낼 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.
4일 과학기술정보통신부 과기정통부 와 한국항공우주연구원 항우연 등에 따르면 지금까지 성능검증위성으로부터 사출된 국내 대학 제작 큐브위성 꼬마위성 꼬마위성 3기 모두 ‘생존 신고’를 마쳤으며 누리호를 타고 우주로 향한 큐브위성 4기 모두 국내 대학원생들이 중심이 돼 제작한 결과물로 2019년 개최한 제5회 ‘큐브위성 경연대회’에서 카이스트·서울대·연세대·조선대가 선정돼 이번 도전을 수행하고 있다.

