지구 궤도를 비행하는 차세대 소형위성 2호 상상도.

처음으로 실용 위성을 싣고 우주로 향하는 누리호 3차 발사의 주요 탑재체는 우주중점기술의 국산화를 위한 과학임무를 수행하는 '차세대 소형위성 2호(차소위성 2호)'다. 주탑재체인 만큼 가장 크고 무거우면서 누리호 내 위성을 장착하는 어댑터에서도 한가운데를 차지하게 된다.

7일 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원 등에 따르면 오는 24일 진행되는 누리호 3차 발사에는 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소가 주관해 개발한 차소위성 2호가 주탑재위성으로 실리게 된다. 차세대 소형위성 2호는 이미 지난 2일 나로우주센터로 옮겨져 누리호에 실릴 준비를 하고 있다.

지난 2017년 3월부터 올해 8월까지 총 240억원을 들여 추진된 차소위성 2호 사업은 영상레이다(SAR)를 비롯한 중점기술의 국산화, 우주과학 연구, 위성핵심기술의 우주검증 등의 임무를 추진한다. 차소위성 2호는 누리호 탑재 위성 중 가장 먼저 분리돼 550㎞ 상공에서 이같은 임무를 수행하게 된다.

임무 수행을 위해 차소위성 2호에는 중점기술탑재체인 'X-대역 영상레이다', 과학임무탑재체인 '우주방사선 관측기', 그리고 위성핵심기술검증탑재체 4종이 실렸다.

◆구름·어둠 뚫고 지상 보는 'X-대역 영상레이다'…국산화 기술로 지구 환경 변화 탐지

X-대역 영상레이다는 우주에서도 빛이나 구름의 영향을 받지 않고 주야간 지상 관측을 가능하게 해준다. 일반적인 광학카메라는 가시광석 영역에서 영상을 얻어 구름이나 어둠의 영향을 받으면 관측이 곤란하다.

하지만 지상으로 위성에서 전파를 쏜 뒤 지상에서 산란돼 되돌아오는 신호를 기반으로 지형지물을 인식하는 SAR 기술을 활용하면 어떤 환경에서도 구조를 파악할 수 있다.

이번에 차소위성 2호에 실린 X-대역 SAR은 해상도 5m에 관측폭 28~40㎞, 관측각 20~35도 수준이다. 가시광선을 활용한 광학카메라의 영상과 비교해도 큰 차이 없이 지형지물을 구분해낼 수 있다.

이같은 X-대역 SAR 기술을 검증, 국산화하고 지구 관측 영상까지 획득하는 것이 이번 발사를 통한 차소위성 2호의 핵심 임무다. 한반도 이상기후에 영향을 주는 북극 해빙변화 탐지, 산림 생태변화 탐지, 해양 환경오염 탐지 등에 SAR을 통한 지구 관측 영상을 활용할 수 있을 전망이다.

◆차소위성 2호, 우주방사선 지도 그린다…韓 위성핵심기술 우주 검증도 추진

차소위성 2호가 근지구 궤도를 돌게 되는 만큼 해당 궤도에서 중성자 및 하전입자에 대한 우주방사선을 정밀 측정해 우주 방사선량 지도까지도 작성하게 된다. 이를 기반으로 태양활동 상승 주기의 우주방사선 변화와 우주환경 영향, 근지구 궤도의 중성자 가중치 등을 연구한다는 계획이다.

우리나라 산·학·연이 개발한 핵심기술의 우주 검증을 위해서는 ▲상변환물질(PCM) 적용 열제어장치 ▲X-대역 전력증폭기 ▲GPS/갈릴레오 복합항법 수신기 ▲태양전기 배열기 등이 탑재됐다.

이같은 기술검증탑재체들은 위성 내 발열부품의 온도제어기능, 120W 이상 전력증폭기의 성능, 저궤도 위성용 항법 수신기의 성능, 20W급 태양전지판의 전력생성 기능 등이 향후 또다른 우주 임무에서 실용화될 수 있도록 검증하는 역할을 맡게 된다.

이처럼 다양한 임무를 맡게 되는 차소위성 2호는 카이스트 지상국을 주관제소로 하고, 부관제소인 스웨덴 보덴 지상국, 비콘수신소인 남극세종기지 등 총 3곳의 지상기지와 교신하며 임무 수행 여부를 확인하게 된다.

◆에너지 많이 쓰는 SAR…태양 쫓는 '여명-황혼궤도' 타고 전력 지속 생산

차소위성 2호의 가장 눈에 띄는 특징은 2년 이상에 달하는 임무 기간 내내 비행 궤도가 '태양빛'에서 벗어나지 않는다는 것이다. 태양의 시야에서 보면 차소위성 2호는 절대 지구 그림자 뒤로 숨지 않는다.

이는 차소위성 2호의 임무 궤도가 이른바 '여명-황혼궤도'에 해당하기 때문이다. 여명-황혼궤도는 승교점(천체 궤도가 기준면과 만나는 점) 통과 지역시가 아침 6시 또는 저녁 6시인 태양동기궤도다.

차소위성 2호가 이같은 임무궤도를 택한 것은 핵심 임무를 맡게 되는 SAR 탑재체가 전력을 많이 소비하기 때문이다. 기체를 태양에 상시 노출함으로써 전력을 계속해서 생산할 수 있다는 계산이다.

누리호 3차 발사가 종전 발사보다 2시간 가량 늦은 오후 6시24분에 이뤄지는 것도 이 궤도에 위성을 맞추기 위해서다. 우리나라에서 오후 6시24분께 누리호를 발사하면 차소위성 2호가 남반구를 통해서 승교점을 통과할 수 있게 된다.

장태성 카이스트 인공위성연구소 차소위성2호 사업단장은 "SAR 기술 개발, 핵심기술 우주검증, 과학연구 지원을 위한 소형 위성을 국산화해 개발하는 것이 목표"라며 "특히 저희가 개발한 SAR을 실제로 우주에서 지상 관측에 활용하는데 중점을 둘 계획"이라고 강조했다.