마이크로칩테크놀로지가 소형 위성과 저궤도(LEO) 위성에서 사용할 수 있는 초소형 원자시계 '스페이스 CSAC-SA65'를 출시했다고 14일 밝혔다. 원자시계는 원자의 일정한 진동을 기준으로 시간을 측정해 일반 전자식 시계보다 정밀하게 시간을 맞추는 장치다.
이번 제품은 민간 기업이 우주 개발과 상업용 서비스를 주도하는 '뉴 스페이스(New Space)' 시장을 겨냥했다. 소형 위성을 활용한 위성통신과 위치·항법 서비스, 지구 관측 등이 늘면서 크기가 작고 전력 소모가 적은 우주용 전자부품 수요가 증가하고 있다는 게 회사 설명이다.
스페이스 CSAC-SA65는 마이크로칩의 기존 칩 스케일 원자시계인 '스페이스 CSAC-SA45'를 기반으로 개발됐다. 칩 스케일 원자시계(Chip Scale Atomic Clock·CSAC)는 원자시계의 기능을 반도체 칩 수준으로 작게 구현한 제품이다. 대형 원자시계보다 위성에 탑재하기 쉽다는 장점이 있다.
제품은 우주에서 발생하는 방사선에도 견딜 수 있도록 설계됐다. 내방사선 성능은 최소 30킬로래드(kRad)다. kRad는 반도체가 견딜 수 있는 방사선량을 나타내는 단위다. 작동 온도 범위는 영하 40도에서 영상 80도까지다.
소비전력은 120밀리와트(mW) 미만이고 부피는 17세제곱센티미터(㏄) 미만이다. 위성은 발사 비용과 탑재 공간 때문에 부품의 크기와 무게, 소비전력을 줄이는 것이 중요하다. 특히 여러 개의 소형 위성을 쏘아 올리는 저궤도 위성 사업에서는 이런 조건이 제품 설계에 직접적인 영향을 미친다.
외부에서 시간 정보를 계속 받아오지 않아도 일정 시간 동안 정확한 시각을 유지할 수 있다는 점도 특징이다. 위성은 일반적으로 위성항법시스템(GNSS) 등의 외부 신호를 이용해 시간을 맞춘다. GNSS는 미국의 GPS처럼 위성을 이용해 위치와 시간을 제공하는 항법 시스템을 말한다.
스페이스 CSAC-SA65는 원자시계 자체의 높은 시간 안정성을 이용해 외부 신호를 지속적으로 받기 어려운 상황에서도 위성 내부 장비의 시간을 맞출 수 있도록 설계됐다. 위성의 여러 장비가 같은 시각을 기준으로 작동할 수 있도록 해주는 1PPS(Pulse Per Second) 입출력 기능도 탑재했다. 1PPS는 1초마다 한 번씩 전기 신호를 보내 장비 간 시간을 동기화하는 방식이다.
마이크로칩은 이 제품을 저궤도 위성의 시간·주파수 제어와 위성 내부 기준 시계, 위치·항법·시간 정보 유지 등에 사용할 수 있다고 설명했다. 위성끼리 직접 통신하는 '크로스링크(Cross-link)'에도 활용할 수 있다.
특히 외부 항법 신호가 끊기거나 방해받는 상황에서도 위치·항법·시간 정보를 유지하는 '보장형 위치·항법·타이밍(Assured Positioning, Navigation and Timing·A-PNT)' 시스템에 적용할 수 있다. 위성이나 항공기 등에서는 정확한 시간 정보가 위치 계산과 통신 장비 동기화의 기준으로 사용된다.
스페이스 CSAC-SA65는 내방사선 기능을 갖춘 상용 전자부품을 활용한 상용 기성품(COTS) 방식으로 생산된다. COTS는 특정 우주 임무를 위해 처음부터 별도로 개발하는 부품이 아니라 이미 상용화된 부품과 기술을 활용해 만드는 제품을 의미한다.
마이크로칩은 이를 통해 전통적인 우주·항공용 부품보다 제품을 공급하는 데 걸리는 시간을 줄이고 비용도 낮출 수 있다고 설명했다. 우주용 전자부품은 높은 신뢰성과 방사선 내성 등이 요구돼 일반 상용 부품보다 개발과 검증에 많은 시간이 걸린다.
랜디 브루진스키 마이크로칩 주파수·타이밍 시스템 사업부 부사장은 "전력 소비가 가장 낮은 원자시계 중 하나가 극한 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있게 되면서 가장 작은 큐브샛(CubeSat)도 원자시계 수준의 정확도로 운용할 수 있게 됐다"며 "외부 시간 기준 신호를 사용할 수 없는 환경에서도 동기화와 시간 정확도를 유지할 수 있도록 지원한다"고 말했다.