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도요샛 (SNIPE) 비행모델 공개행사 견학기

지난 12 월 18 일, 한국천문연구원 (Korea Astronomy and Space Science Institute) 은 대전에 위치한 본사에서 국산 나노 규격의 인공위성인 도요샛 (SNIPE) 비행모델을 일반에 공개하는 행사를 개최하였습니다. 사전 신청한 관람객 100 여명이 아침, 오후 2 회로 나뉘어 참석했습니다.

한국천문연구원은 별과 우주를 연구하는 대한민국 대표 천문 우주 연구기관입니다. “우주에 대한 근원적 의문에 과학으로 답한다는 사명 아래 광학, 전파, 우주과학 분야 등 다양한 연구들을 진행하고 있습니다. 국가 천문대의 고유한 업무인 시간과 위치의 표준을 정하는 연구뿐만 아니라 우주물체를 감시하는 국가 재난 대응 체계의 일부도 담당하고 있습니다. 이를 위해 지상과 우주용 장비를 구축해 왔고, 현재도 새로운 장비 개발과 건설을 추진하며 우주 시대를 열어가기 위해 고군분투하고 있는 기관입니다.

저는 작년 7 월에 진행된 ‘도요샛 이름 새기기’ 이벤트에 당첨되어 위성에 이름이 각인된 국민 참여자로서 전자메일을 통해 초청받아 참여하게 되었으며 공개 발표회와 더불어 청소년 이하의 참여자분들께는 한국천문연구원 (Korea Astronomy and Space Science Institute) 내 연구시설인 우주 물체 및 우주 환경 감시실 견학 특혜도 주어졌습니다.

오후 1 시 30 분, COVID-19 (코로나바이러스감염증) 에 대한 방역 지침으로, 발열체크와 QR 코드 체크인을 통한 백신 접종 확인 절차가 진행되었으며, 현장 등록을 신호탄으로, 공식적인 공개 행사가 시작되었는데요,

도요샛은 중량 10kg 이하의 나노급 소형위성 4 기로 구성되며, 고도 500 km 높이의 궤도에서 우주 날씨를 관측하는 임무를 수행하게 됩니다. 도요샛의 궤도가 철새인 도요새가 이동하는 경로 (알래스카 (Alaska) → 남극 (Antarctica) → 뉴질랜드 (New Zealand) → 한국 (Korea) → 알래스카 (Alaska)) 와 흡사하며, 작지만 높이 날면서도 도요새처럼 떼를 지어 관측 (편대 비행) 한다는 의미를 담아서, 지구 자기장과 이온 전리층의 플라즈마 실험의 크기를 측정한다는 ‘목표’가 담긴 줄임말이 SNIPE 였기 때문에, SNIPE 라는 단어의 한글 번역인 ‘도요새’에 위성이라는 뜻의 ‘SAT (SATellite)’ 의 음을 붙여 도요샛이라고 명명했다고 합니다.

붉은 가슴 도요새는 몸무게가 겨우 113 g 으로, 작고 가볍지만, 평생 523,000 km 이상을 날아다닌다고 하며, 이는 지구에서 달까지 갔다가 반쯤 돌아오는 거리와도 흡사한 수치입니다.

영어명은 SNIPE (Small scale magNetosperic and Ionospheric Plasma Experiments) 이며, 위성 총 4개의 공식 명칭은 각각 KASISAT, A, B, C, D 로 명명되었지만, 한글명 (별칭) 으로 람, 래, 솔, 온으로 불리우며, 이는 영어 알파벳 A, B, C, D 순을 한글의 가, 나, 다, 라 로 순화해 부르기도 쉽고, 각 위성들의 구분 (1 기, 2 기, 3 기, 4 기) 도 보다 직관적으로 구분할 수도록 착안한 결과라고 합니다.

이어서, 동영상 상영이 진행되었으며 개발 중 발생된 문제를 어떻게 해결하게 되었는지, 문제가 발생된 원인을 정확하게 파악하기 위해 개발진 분들이 고군분투했던 경험담들과, 도요샛 위성에 담긴 기술, 도요샛 위성 개발 동기와 목적, 개발 과정들을 상세히 담아 공유해주셨습니다.

도요샛에 탑재된 구성요소들

도요샛 과학탑재체 (Payload)
우주 날씨 연구를 위한 고에너지 입자 검출기, 3 축 자력계, 랑뮤어 탐침으로 구성되어 에너지 입자, 자기장 전자밀도와 온도를 측정하는 기기.

고에너지 입자검출기 (SST, Solid State Telescope)
실리콘 검출기가 부착된 두 개의 망원경이 전자의 입사 각도 정보와 100keV ~ 400 keV 범위에서의 전자 에너지를 관측하여 마이크로버스트 발생 및 에너지-입자 간 상호작용을 분석한다.

3 축 자력계 (MAG, 3-Axis Fluxgate Magnetometer)
자력계 MAG 는 1 nT 의 반치전폭 (FWHM) 과 10 Hz 의 높은 샘플링 속도를 가진 3 축 자기장 측정기로 설계되어 전리권과 자기권 간 에너지 입자의 중요한 수송 메커니즘인 연자기력선 전류의 시공간적 변화와 특성을 관측한다.

랑뮤어 탐침 (Langmuir Probe)
랑뮤어 탐침은 고위도 전리권의 형태 및 불규칙성을 연구하기 위해 전자 밀도 및 온도를 측정한다.

실험 테스트 및 위성 제작 절차

Payload 테스트.
우주 환경 변화를 감지할 관측기기가 제대로 작동하는지 확인하는 실험.

GRM 탑재체 통신 기능 테스트
Gamma (감마) 선 스펙트럼을 분석하는데, 이리디움 위성 통신 안테나를 부착해 GRM 탑재체로부터 데이터가 정상적으로 전달되는지 확인하는 실험.

도요샛 조립
우주환경 변화를 감지하는 관측기기를 넣어 도요샛 나노위성을 조립.

위성 통신 안테나와 태양 전지판 작동 실험.
실제 우주환경과 비슷한 열 진공 챔버 내에서 안테나와 태양전지판이 정상적으로 전개되는지 확인하는 실험.

위성과 통신할 수 있게 만들어주는 안테나 구축, 전자설비 추가, 모든것들을 구동하면서 실제 운영자와 기계들을 연결해주는 소프트웨어를 제작하는 것 세가지가 개발 과정에서 중점을 둔 목표였으며 초소형 (나노샛 크기의) 인공위성의 장점으로 제작 예산도 절감되었을 뿐 아니라, 우주에 접근하기도 한 층 수월해진 장점도 존재합니다.

도요샛 강연 시간에는 중간 중간 지루하지 않도록 청중들을 대상으로 한 퀴즈들도 준비되었고, 퀴즈를 맞추면 천문력 달력이 상품으로 주어졌는데요, 기술적인 부분들도 쉽게 이해할 수 있도록 어려운 용어들을 풀어서 설명한 관계로, 쉽게 이해할 수 있으면서도 새로운 상식들을 재미있게 알아갈 수 있어 유익하면서도 좋았습니다.

도요샛은 중량 10 kg 이하의 나노급 위성 4 기로 구성되며, 가장 큰 특징으로는 고도 500km 의 태양동기궤도를 4 기가 함께 편대비행을 하면서 우주 날씨의 변화를 관측하게 될 예정이라고 합니다. 도요샛은 나노급 규격의 위성으로는 세계 최초로 편대비행에 도전하는데 궤도 비행 중 위성 간 간격을 제어하며 일렬로 비행하는 종대비행과 더불어 나란히 비행하는 횡대비행도 가능합니다. 상대적으로 규모나 크기가 큰 단일위성을 활용해 관측할 때에 비해 작고 미세한 변화를 관측하는데 용이하다는 장점이 있는데요, 이러한 편대비행을 통해 단일 위성 관측이 갖는 제한된 관측 조건을 탈피함으로서 우주 플라즈마 분포도에 대한 시간 및 공간적 변화 측정 성능을 미세한 수준으로 끌어올려 향후 태양풍에 의한 우주 폭풍 및 우주 환경 실시간 예보와 분석 정확도 향상에 기여하게 될 계획입니다.

도요샛은 우주 날씨 관측 임무 수행을 목표로 2017 년 개발에 착수해 약 5 년간의 노력 끝에 내년 상반기에, Republic of Kazakhstan (카자흐스탄) 의 Baikonur (바이코누르) 발사장에서 Russia (러시아) 에서 제작된 Soyuz-2 (소유즈 2) 로켓에 실려 발사될 예정이며, 편대비행은 물론 작은 크기의 나노샛 인공위성에 추력계를 달아서 자세제어를 시도해보는 것도 최초이기 때문에, 이를 끝까지 성공시킨다면 세계 최초의 성공사를 쓰게 될 것이라고 합니다.

세미나가 끝나고, 개발진분들을 만나 현장에서 직접 질문할 수 있는 Q & A 시간을 가졌습니다. 처음엔 다들 조용한 분위기에서 시작된 초등, 중학생 친구들이 먼저 질문을 하기 시작했고, 이어서 흥미로운 질문들이 쏟아졌는데, 다음과 같은 질문들을 들을 수 있었습니다.

“우주로 발사한 인공위성을 다시 지구로 회수해 오실 건가요?”
“만약 발사한 인공위성이 응답이 없거나 통제가 되지 않을 경우 위성은 버려지는 건가요? 고장나는 경우 수리할 수 있는 방법이 있나요?”
“인공위성 개발하는데 예산은 어느 정도 소진되었나요?”
“편대 비행을 하며 측정한다고 들었는데, 더 많은 위성을 사용할 수도 있을 것 같은데 4 대로 정해진 까닭이 무엇인가요?”
“발사 시기의 경우 계절이나, 날씨, 기상과 같은 주변환경도 위성에 영향을 미치는지 궁금합니다.”

비행준비를 마친 도요샛을 소개합니다.

비행준비를 마쳐 실험실에 전시된 도요샛 위성을 눈 앞에서 직접 관람할 수 있는 기회를 가질 수 있었습니다. 플래시의 불빛이 민감한 센서나 전자 부품들을 훼손할 위험이 있으므로, 카메라 플래시는 사용을 자제해달라는 당부와 함께 실험실로 이동하면서 광학 모듈이나 민감한 부품들에 먼지와 같은 미세물질들이 들어가는 경우가 없도록, 방진복으로 갈아입는 과정이 필요했습니다.

행사가 끝나고, 설문조사에 참여한 참여자 모두에게 기념품이 주어졌습니다.

  • 생활 속에서 우리가 누리고 있는 천문학 기술들에 대해 더 깊이 알 수 있도록 준비된 [의학에서 Wi-Fi 까지] 책자.
  • 나노 위성 도요샛 모형.
  • 기능성 원단을 사용한, 도요샛 (SNIPE) 로고 각인 마스크.
    (점차 확산되고 있는 COVID-19 코로나 바이러스 전염병 예방의 목적으로 제공된 것으로 보입니다.)
  • 도요샛 (SNIPE) 사진 엽서.
  • 친환경 소재 위주로 제작된 메모장

인공위성 프레임 위에 각인된 제 이름과 발사대 사출 모습 (모형) 을 직접 확인해 볼 수 있었습니다. 왠지 모르게 제 이름이 적힌 프레임을 달고 우주 공간을 비행한다는 생각을 하니 뿌듯하면서도 한 편으로는 많은 기대가 됩니다.

고맙습니다.

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