소형위성

장영근 / 항공대 항공우주 및 기계공학부 교수

1957년 10월 러시아(옛 소련)가 세계 최초의 인공위성인 ‘스푸트니크 1호’를 발사함으로써 우주시대의 서막을 올렸다. 우주개발의 초기 단계인 1960년대 초에는 대부분의 위성이 이를 발사할 수 있는 발사체 로켓 능력의 한계 때문에 소형위성으로 제한되었다. 이후 로켓 발사능력의 증가와 함께 위성의 규모도 점차적으로 증가하였다. 특히 정지궤도 통신위성은 탑재 중계기의 숫자와 수명 및 전력의 증가가 곧 위성 운영자의 수익과 직결되고, 적도 정지궤도(고도 3만5천786km)에서 가용한 위성궤도의 제한 때문에 한번 발사 시에 가능한 한 많은 수의 중계기를 탑재하는 노력이 계속되어 결국 지난 40년 동안 줄곧 위성의 대형화를 유도해왔다. 한편, 90년대 들어 미세 전자기술 및 미세 가공기술과 같은 소형화 및 경량화 기술의 발전과 함께 개발비가 저렴하고 개발기간이 짧은 소형위성 개발 및 연구가 활성화 추세를 보이고 있으며, 기존의 중대형 위성에서 수행하던 대부분의 기능을 수행하는 것이 가능해졌다.
 
소형위성이란 무엇인가
저궤도 소형위성은 통상 무게가 500kg 이하의 위성을 총괄해서 지칭하며, 이는 다시 미니위성(100-500kg), 마이크로위성(10-100kg), 나노위성(10kg 내외) 및 피코위성(1kg 이하) 등으로 구분할 수 있다. 나아가 여기서 나노위성과 피코위성은 또 다시 초소형 위성으로 분류하기도 한다.
소형위성은 지구관측, 저궤도 위성이동통신 및 우주과학실험 등 거의 전 분야에서 응용되고 있으며, 임무설정에서 발사에 이르기까지 개발기간이 짧기 때문에 선행기술이나 새로 개발된 장비의 시험에도 널리 이용되고 있다. 특히, 소형위성은 규모는 작지만 대형위성과 거의 동일한 구성요소를 가지고 있기 때문에 임무분석, 설계, 제작, 시험, 발사 및 운용에 이르는 전 과정에 대한 우주개발 능력을 축적하고 전문인력 양성의 도구로 활용할 수도 있다.
최근 미국 우주개발 분야의 예산삭감과 함께 항공우주국(NASA)으로부터 시작된 ‘보다 단기간 내에, 보다 적은 비용으로, 보다 우수한 성능’의 위성을 개발하려는 추세가 증가 일로에 있다.
미국의 항공우주국과 공군에서는 초소형 위성인 나노위성의 핵심기술 연구를 위해 스탠포드 대학을 비롯한 약 10여 개의 대학에 나노위성 개발 프로젝트를 제공(테크셋-21 프로그램의 하나)하여 개발 중에 있다. 한편 미 항공우주국은 대학 및 민간기업과 협력하여 지구와 태양사이의 여러 지점에서 주요 물리적 현상을 측정하는 수십 또는 수백기의 10kg급 나노위성을 발사할 계획이다. 주어진 임무를 위해 다수의 나노위성을 발사함으로써 전통적인 대형위성에 비해 단가를 현저히 줄일 수 있고, 임무 운용비용도 최소화할 수 있다.
영국의 써리대학과 SSTL사는 저가 소형위성 개발 개념으로 극초소형에서 소형위성에 이르기까지 주요 위성버스 핵심기술들을 개발하고 기술이전과 위성개발을 상업화하여 외국에 위성체 및 위성기술을 수출하고 있다.

소형위성 개발의 현주소
현재 국내 전반의 위성개발 기술수준은 분야에 따라 차이는 있으나, 소형위성을 독자적으로 개발할 수 있는 능력은 충분히 보유하고 있으며, 일부 정밀기계 및 전자분야 제조기술은 국제적으로도 인정을 받고 있다. 소형위성의 개발은 대형위성에 비해 상대적으로 작은 예산과 짧은 개발 기간을 가지고 많은 기술적인 효과 및 경험을 얻을 수 있으므로, 우리나라와 같이 늦게 우주개발에 뛰어든 나라에서도 기술 연구개발을 통한 소형위성시스템 및 핵심 부품기술을 개발해 판매할 수 있는 틈새시장으로 각광을 받을 것이다.
최근에 소형위성의 개발을 통한 우주기술 개발의 중요성을 뒤늦게 인식한 호주, 싱가포르, 대만, 말레이시아, 터키, 이집트, 이란, 나이지리아, 알제리아 등과 같은 후발주자들이 우주 선진국과의 공동개발과 기술이전 방식을 통해 기술 확보에 열을 올리고 있는 실정이다. 특히 미국과 일본에서는 마이크로급 위성을 이용하여 달 탐사를 수행하는 계획을 세우고 있고, 다수의 위성을 이용한 군사위성으로의 활용화가 적극적으로 추진되고 있다.
국내 대학 중 유일한 인공위성 시스템 연구실인 한국항공대학교 우주시스템연구실은 국제 프로그램인 1kg급의 피코위성인 ‘큐브셋’ 프로그램에 참여하여 우주실험 및 교육용 도구로써 ‘한누리-1’를 개발하여, 지난 7월 27일에 러시아의 ‘디네플’ 발사체에 의해 발사되었으나, 발사체 1단 엔진의 오작동으로 위성을 궤도에 올리는데 실패하였다. 임무궤도는 고도 650km, 경사각 98.1도의 태양동기궤도이었다. 미국, 일본, 대만, 노르웨이 및 한국의 대학으로부터 제작된 15기의 ‘큐브셋’ 위성이 동시에 발사되어 주어진 임무를 수행할 예정이었다. 현재 우주시스템연구실은 위성의 자체 제작을 위해 전장품 제작 및 조립시설, 위성 진단용 컴퓨터 시스템, 다양한 기능시험 및 측정 장비 그리고 Class 10,000의 위성 조립 및 시험용 최첨단 청정실을 갖추고 있다.
또한 우주시스템연구실은 과학기술부로부터 03년도 국가지정연구실로 지정되어 25kg급의 나노위성을 개발 중에 있다. 이 위성은 국내 최초로 개발되는 나노위성으로 08년 발사되어 2년간의 운용기간 동안에 동물추적 및 우주환경 측정 등의 임무를 수행할 예정이다.