인공위성 부품, “ 좋은정보

"일렬 종대에서 들러붙어 \"군사훈련에서 본인에게 물어보는 듯한 스토리죠? 지휘관의 구령 한마디에 카다처럼 整정렬'해야 하는 운명을 가지고 있는, 한 치의 흐트러짐도 용납하지 않는 인공위성 부품의 정렬 세계로 안내한다.

>

안테나 쁘띠 카메라, 각종 센서, 추력 장치, 태양전지 패널, ... 인공위성을 구성하는 센서 나쁘지 않은 장치는 개별 성능도 중요하지만 조립 정밀도 이에 못지않게 중요합니다. 고속도로 주행 중 자동차가 한쪽으로 기울어져 정비소에 올라타는 아마도 "휠어라인먼트 확인해봐야 할텐데요? 타이어 정렬을 확인하고 정확한 각도로 수리를 한다는 의의지만 자동차는 이상이 발생하면 수시로 수리가 가능하지만 우주로 먼 여행을 떠난 인공위성은 정렬 의문을 발견해도 수리가 되지 않습니다. 정렬이 붙지 않으면 무엇부터 초가 시작됩니까?

>

인공위성은 지구 표면으로부터 수백 km 더 멀리는 수만 km 떨어진 궤도에서 운용됩니다. 엄청 먼 거리에서 지구라는 피사체로 가고 있는 셈인데요. 이로 인해 각도가 조금 어긋나더라도 지구에서는 큰 오차가 발생한다. 예를 들어 정지 궤도에서 지구를 바라보는 방향이 0.1번 정도 하면, 지면에는 약 60km정도로 오차가 발생하게 됐으며 이에 의해서 원치 않는 곳을 촬영하거나 지면과 통신 성능이 떨어지는 경우가 바루 셍후와루 수도가 됩니다.그래서 지구관측위성 정렬의 경우, 메인 카메라의 각도나 위치가 가장 중요하며, 통신 방송 위성은 안테나 지향 방향을 확신하도록 맞추는 것이 가장 중요해진다. 카메라나 안테나뿐만 아니라 인공위성의 자세를 제어하는 부품도 마찬가지입니다. 인공위성은 별 추적기, 지구 센서, 태양 센서, 자이로 센서, 자기장 센서, 반작용 휠, 추력기 등을 이용하여 위성의 위치를 재고 중심을 잡고 자세를 바꿉니다. 자세제어부품의 정렬이 올바르지 않으면 땅에서 아무리 정확하게 명령을 내려도 예측과 다르게 동작하게 됩니다.

"요즘 부품의 준비는 되어있지만 위성에 잘 붙여볼까요 "개발이 완료된 부품을 위성에 장착하기 위해 이미 부품이 장착되는 위성구조체를 정밀하게 조립해야 한다. 각 패널들과 브래킷은 30마이크로 미터 이내에 측정 가능한 3차원 위치 측정 장치의 레이저 추적기를 활용하고 매우 정밀하게 조립됩니다. 패널을 정확한 위치에 맞추기 위한 정밀 조립 치구도 활용합니다. 저런 과정을 거쳐 조립이 완료된 구조체에 장비를 장착하면 거의 확실히 위치와 각도를 맞출 수 있습니다.그러나, 홀의 공차가 나쁘지 않고, 여러가지 제작의 오차등에 의해, 미세한 장착 오차가 발생할 수도 있습니다. 이처럼 미세한 장착오차도 우주에서 운용되는 위성 성능에는 영향을 미칠 수 있기 때문에 이를 확인하고 보정하기 위해 정렬 측정 작업을 별도로 실시한다.

>

수많은 부품이나 허니스, 메인 탑재체와 안테그아인 등의 모든 구성품을 위성구조체에 장착하는 기계 조립이 완료된 차후부터 본격적인 정렬 측정이 시작됩니다. 위성의 정렬 측정시에는 바빠졌던 위성 조립실이 조용하지만 다른 작업을 모두 정지시키고 측정 관련 인원 이외의 출입도 제한합니다.​인이 걸을 때 발발하는 작은 바닥 진동에 의해서 정렬 측정 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문이지만, 천리안 1호 위성의 전개형 접시 앙테 내 정렬 측정시에는 실내 공기 조절 장치까지 끄고 정렬 측정을 하기도 했습니다. 위를 향한 에어컨에 의한 공기 진동이 무중력 모사 장치에 영향을 주어 측정에 방해가 되기 때문이었습니다.​ 인공 위성의 정렬 측정을 위해서는±0.00014도 정도로 3차원 각도 측정이 가능한 우주용 데오도우라이토우라은 측정 장비를 사용합니다. 측정 장비를 측정 대상 물체의 정확한 측정 방향에 위치하는 동시에 지구의 중력 방향에도 1분게 해야 합니다. 측정 장비를 지구의 중력 방향에 위치하는 이유는 측정 대상 물체에 대해서 지구의 중력 방향이라는 동 1 한 수직 축에서 각도를 측정하기 위햄이다니다. ​ 또 각 측정 장비 간 수평 좌표 축을 1분을 위해서 서로 좌표 축을 정보를 공유하는 좌표 축 맞춤의 측정도 실행합니다. 이러한 작업은 측정에 대한 이해도가 높은 숙련된 측정자가 아니면 매우 어려울 뿐만 아니라 숙련된 인원수가 측정해야 위성이 요구하는 측정 정밀도를 충족시킬 수 있습니다.측정 후에는 측정된 결과를 설계치와 비교하여 요구조건을 충족하고 있는지 확인해야 하며, 요구조건을 칭구어과인면 보정 후 재측정을 실시합니다. 정렬을 보정하기 위해서는 장비가 부착되는 부분에 다양한 종류의 심(shim)을 사용하여 높이를 조절하는, 가과인홀 공차를 사용하여 재조립하는 등의 비결이 있습니다. 장치 아래에 넣는 "심"은 집안에서 가구가 수평으로 맞지 않을 때 끼우는 종이과자의 얇은 과인무와 대등한 것입니다. 정확도에서는 비교가 되지 않습니다.​ 1반 적과 위성 정렬 보정에는 알루미늄 시트 20장을 1mm에서 하프챠크헤고 0.05mm단위로 두께를 조절하는 심을 사용하지만 보정이 필요한 두께 정도 0.05mm의 정밀도로 심기를 제작·적용한 뒤 정렬 측정을 반복합니다. 0.05mm보다 정밀하게 조절하지 않으면 하고 사열·구조적으로 특별한 목적을 위해서는 스테인레스 스틸이나 티타늄 재질의 심지가 사용되기도 합니다.

>

부분품 중에서도 인공위성 엔진의 정렬은 좀 특별해 보입니다. 인공위성 엔진은 상당히 높은 고도로 운용되고 있는 정지궤도 위성이 스스로 심우주 탐사를 위한 탐사선에 주로 장착되고 있습니다. 3만 6000킬로의 정지 궤도까지 발사체의 힘만으로는 올리기 어려우므로 위성 자체 추진력으로 올라가야 합니다.​ 그래서 천리안 위성의 경우, 자세 제어용 추력기(Thruster)의 추력 대비 40배 정도의 힘을 낼 수 있는 액체 연료 원지점 엔진(Liquid Apogee Engine)이 탑재되고 있습니다.. 인공위성이 발사체와 분리한 후 정지궤도까지 올라갈 때 타원형의 전이궤도를 지면 큰 원형인 정지궤도로 이동하게 됩니다. 이 때 엔진은 4~5도 정도 연소를 하면서 모두 연료의 약 70%의 1.3톤을 순식간에 쓰게 됩니다.짧은 시간에 많은 연료를 소모해야 할 뿐만 아니라 원하는 궤도에 확실히 들어가기 위해서는 엔진의 추력 방향이 잘 정렬되어야 합니다. 만약 정렬이 칠해지지 않는다면 엔진 연소 후에 그 오차분 궤도를 벗어나게 되고 정확한 궤도로 돌아가기 위해 얼마 남지 않은 추진제를 다시 써야 하는 귀추가 발생할 것입니다. 인공위성의 수명은 그만큼 줄어들 것입니다. 연료 한 방울도 아껴야 하기 때문에 엔진 정렬은 발사장 이송 직전에 별도로 수행됩니다. "발사준비가 완료된 위성의 질량특성(질량,중심,관성)을 측정하고 엔진정렬시에 반영하기 위함입니다. 발사장으로 이송 전 마지막 위성작업이라고 할 수 있습니다.

>

>

현재 한국 항공 우주 연구원에는 내년 발사한 천리안 2B위성의 발사 환경 시험이 이루어지고 있습니다. 인공위성이 발사체에 탑재되어 우주에 발사될 수 있는 환경을 땅에서 미리 시험하고, 우리가 개발한 위성이 이러한 환경을 견뎌낸 후에도 성능 저하나 기능적 문제가 없는지 확인하는 과정입니다."발사 환경을 모사하기 위해 위성은 실제로 로켓에 실렸을 때처럼 심한 진동과 충격, 그리고 소음을 그대로 경험하게 될 것입니다. 이러한 환경시험 다음으로 성능에 문제가 없어야 하는 것도 당연하지만, 소수점 단위로 미세하게 맞춘 정렬측정 기억나시죠? 진동에 의해 정렬이 벗어나면 실제로 우주에 발사된 후에도 위성의 정렬이 벗어난다는 의미가 됩니다.그 때문에, 발사 환경 시험 다음으로, 초기 정렬을 실시한 카메라, 안테나, 센서, 추력기 등이, 전체 제한 범위 내에서 전천이 없는지 확실히 확인해야 할 것입니다. 이 때문에, 발사 환경 시험 후, 위성체의 최종 정렬을 다시 수행하고, 혹시나 초기의 정렬 측정과 비교해서 전천한 것이 있는지, 위성의 정렬 안정성이 확보되었는지를 정확하게 "매의 눈"으로 파악해야 합니다.

>

조립이 완료된 후에 최초로 수행되는 초기 정렬에 그럭저럭 2주일이 걸린다, 발사 환경 시험에서 최종 정렬 수행에도 2주일 정도 기간이 필요할 것이다. 위성을 다 만들어놓고 꼬박 한달동안 정렬을 하다니. 얼마나 중요한 작업인지 느낄 수 있네요. 정렬측정 결과를 바탕으로 실제 인공위성이 제어되고 작동하므로 측정자 모드가 책입니다 감을 가지고 설계요구 조건을 맞추기 위해 진땀을 흘릴 수밖에 없는데요. 이러한 과정을 통해 인공위성의 주요 장치는 하나의 좌표축을 기준으로 각각 설계된 각도와 위치에 정확히 부착하고 측정될 수 있을 때 처음입니다.무수행을 위한 준비태세가 갖춰집니다.인공위성의 정렬 측정은 어렵고, 또 지난한 업지만, 위성입니다.무행과 직결된다는 것을 아는 우리 연구진은 한순간도 지체할 수 없습니다.부속 병사들, 제발 한 치의 오차도 없이 모여라! 기획/제작 : 항공우주 Editor 오요한 자문/감수 : 정지궤도 복합위성사업단 최정수선입니다 연구원

>

​