16일 2차 발사가 예정된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)는 그 전의 국내 발사체와 다르게 실제로 작동하는 위성을 싣고 떠난다.

이는 우리가 독자적으로 만든 발사체로 쏘아 올리는 첫 위성으로, 운용과정에서 국내 우주항공 기술을 전반적으로 검증하게 된다.

성능검증위성, 누리호 운송 능력 확인 임무…고도700㎞서 분리

12일 한국항공우주연구원(항우연)에 따르면 2차 발사 탑재체는 큐브위성 4대가 포함된 성능검증위성(162.5㎏)과 1.3t짜리 위성모사체다.

이 중 질량의 대부분을 차지하는 위성모사체는 알루미늄 덩어리이며, 실제로 작동하는 인공위성은 아니다. 누리호가 설계대로 1.5t 규모의 탑재체를 궤도에 올릴 수 있는지 성능을 확인하기 위한 것이고, 교신 등은 하지 않는다.

그러나 성능검증위성은 크기나 질량은 작지만 실제로 작동하는 인공위성이다. 개발은 국내 위성통신 단말기 제조업체인 AP위성이 담당했다. 고도 700㎞에서 누리호 3단 연소가 끝난 뒤 분리될 예정이며, 이때부터 내장된 자동 운영 프로그램에 의해 가동을 시작한다.

안상일 항우연 위성우주탐사체계설계부 책임연구원은 지난 10일 온라인 설명회에서 "(성능검증위성의) 제일 중요한 임무는 발사체(누리호)의 투입 성능을 검증하는 것"이라고 말했다.

발사체가 싣고 간 위성을 우주에 성공적으로 올려놓는 운송 능력을 확인하는 것이 우선이라는 의미다.

안 연구원은 "위성이 분리되면 텀블링을 하면서 도는데, 예상하는 정도(1초에 약 5도)인지를 감지해 (위성의 자세를 잡는) 디스핀(de-spin) 과정을 할 것"이라고 말했다.

이 과정이 끝나면 위성이 태양을 바라보는 선포인트(sun pointing) 단계에 도달한다. 항우연이 예상하는 선포인트 도달 시점은 발사 4시간 뒤다.

안 연구원은 "선포인트는 위성이 자세를 잘 잡고 있고, 안정돼 있다는 것을 확인하는 포인트"라며 "발사 날 오후 8∼9시가 되면 남극 세종기지를 통해 위성이 태양을 지향하고 있는지를 확인할 수 있을 것"이라고 했다.

성능검증위성과 지상국이 최초로 교신하는 시점은 발사 후 약 42분 23초로, 남극 세종기지에서 위성이 보내오는 데이터를 받기 시작한다.

위성이 안정된 자세를 잡기 전 우주공간에서 빙글빙글 돌고 있을 때부터 초기 데이터를 받는다는 것이다.

안 연구원은 "초기 상태를 파악하는 것이 중요하기 때문에 통신이 가능한 지상국을 선택해서 위성 상태를 조금이라도 받아보는 것이 필요하다"며 "위성이 정상상태인지, 얼마만큼 도는지, 예상대로 제어가 잘 되고 있는지를 초기에 확인할 수 있다"고 말했다.

위성의 배터리가 다 닳는 경우를 대비해 발사 후 약 3시간 57분부터는 신호를 일부만 전송하는 '비콘' 모드로 바꿔 남극 세종기지와 두 차례 접속한다.

본격적인 정상 통신이 이뤄지는 시점은 발사 후 약 11시간인 16일 오전이다. 이때 메인 지상국인 대전지상국의 안테나를 통해 위성과 지속적인 교신을 하며 보다 구체적인 위성 상태를 파악한다.

23일부터 큐브위성 5개 사출…국산 기기도 우주서 검증

위성이 궤도에 오른지 만 7일째 되는 날부터는 자세가 안정됐다고 보고 4대의 큐브위성을 사출(분리)하기 시작한다.

큐브 위성은 간단한 임무를 수행하는 초소형 위성으로, 이번 발사에서 성능검증위성에 탑재돼 함께 쏘아 올려진다.

조선대, KAIST, 서울대, 연세대 학생팀이 제작한 큐브위성이 23일부터 이틀에 하나씩 순서대로 사출된다.

마지막에는 큐브위성 모사체(더미)도 내보내, 성능검증위성에 설치된 5개의 큐브위성 사출 발사관을 모두 점검한다.

성능검증위성에는 사출 장면을 촬영할 수 있는 카메라(VCS)가 장착돼 있어 큐브위성이 떨어져 나가는 모습을 볼 수 있다.

안 연구원은 "(큐브위성을) 사출하는 순간 성능검증위성도 영향을 받을 수 있다"며 "성능검증위성의 자세를 안정화해가며 2일에 하나씩 사출할 계획"이라고 설명했다.

성능검증위성이 큐브위성까지 성공적으로 내보내고 나면, 마지막 임무로 국내에서 개발한 우주핵심기술이 담긴 기기를 실제 우주 환경에서 검증하는 작업을 수행한다.

이들 기기는 온도 차를 이용해 전력을 생산하는 발열전지(ETG), 자세 제어용 구동기(CMG, 제어모멘트자이로), 성능검증위성에 명령을 전송하는 S-band 안테나(SHA) 등이다.

이들 기기의 성능을 본격적으로 검증하는 절차는 7월 중에 이뤄질 예정이다. 성능이 확인된 기기는 이후 예정된 달탐사개발사업에 다시 사용될 계획이다.