우주항공청과 한국천문연구원은 미 항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 프로젝트 '아르테미스 2호'에 탑재될 한국 큐브위성 'K-라드큐브(K-RadCube)'가 지상 준비를 마쳤다고 29일 밝혔다. 위성은 오는 2~4월 중 미국 플로리다주 케네디우주센터에서 발사될 예정이다.
아르테미스 2호는 NASA의 대형 로켓 '우주발사시스템(SLS)'과 유인 우주선 '오리온(Orion)'의 시험 비행 임무로, 우주비행사 4명이 달을 근접 비행한 뒤 귀환하는 유인 시험비행으로 계획돼 있다. K-라드큐브는 오리온 우주선과 로켓을 연결하는 구조물에 실려 함께 발사된다.
K-라드큐브의 임무는 지구 주변에 형성된 밴앨런 복사대에서 우주방사선을 고도별로 측정하는 것이다. 밴앨런 복사대는 지구를 도넛 모양으로 둘러싼 방사선 구역으로, 심우주로 나가는 유인 탐사선이 통과할 수밖에 없는 구간이다. 이번에 얻은 관측 자료는 앞으로 지구에서 달로 이동하는 구간에서 방사선이 우주비행사에게 어떤 영향을 줄 수 있는지 분석하는 데 활용될 예정이다. 관측 데이터는 발사 후 6개월이 지나면 전 세계에 공개될 예정이다.
우주방사선 환경에서의 반도체 영향 평가를 위한 실험도 진행된다. 실험 대상은 삼성전자의 차세대 반도체 멀티칩 모듈, SK하이닉스의 반도체 메모리칩이다. 연구진은 "방사선에 노출된 반도체에서 나타나는 손상이나 오류가 언제, 어떤 강도의 방사선 환경에서 발생했는지를 보기 위해, 방사선량 측정 데이터와 반도체 이벤트를 시간대별로 맞춰 종합 분석할 계획"이라고 밝혔다.
발사 뒤 K-라드큐브는 해외 지상국과 초기 교신을 진행한 뒤, 관제 지시에 따라 작은 엔진으로 궤도를 조금씩 바꾸는 작업에 들어간다. 초기 궤도에서 근지점(지구에 가장 가까운 지점) 고도를 지구 기준 150㎞로 맞춘 뒤, 다음 단계에서 약 200㎞로 올려 목표 궤도에 안착하는 방식이다.
강경인 우주항공청 우주과학탐사부문장은 "발사 후 약 5시간 7분 뒤 K-라드큐브가 사출될 것으로 예상된다"며 "사출 직후 약 20분 내 위성 생존을 알리는 신호를 먼저 받는 절차를 준비하고 있다"고 밝혔다. 첫 교신 시도는 사출 후 2시간 이내에 이뤄지며, 발사 후 6~7시간이면 위성이 정상 작동 중인지를 어느 정도 확인할 수 있을 전망이다.
이번 사업은 지난해 5월 체결된 한-미 이행약정(IA)에 따른 후속 실행으로 추진됐다. 천문연은 위성 및 방사선 측정 장비 개발, 비행 인증, 운영 데이터 관리, 임무 종료 후 폐기 절차 등을 맡는다. 나라스페이스테크놀로지는 위성 제작을, KT SAT는 위성 운영을 담당한다. NASA는 K-라드큐브의 탑재와 발사 등 발사 관련 기술 지원을 총괄한다.
우주청과 천문연은 K-라드큐브가 일반적인 저궤도 위성보다 더 까다로운 조건을 충족해야 하는 임무라고 설명했다. 유인 비행에 적용되는 안전 기준을 만족해야 하고, SLS 발사체의 강한 진동 환경을 견뎌야 한다. 발사 후에도 최대 7만㎞ 고도의 고타원궤도(지구에서 가까운 지점과 먼 지점의 차이가 큰 길쭉한 궤도)의 극한 환경에서 빠르게 교신을 확보하고 정밀한 궤도 기동을 수행해야 한다.
박재필 나라스페이스 대표는 "NASA의 유인비행 안전 기준에 따라 총 3번의 강도 높은 리뷰를 통과했으며, 배터리 안전 기준을 포함해 열폭주 시험, 위험 통제, 파괴 시험 등 일반 큐브위성에서 필수로 요구되지 않는 절차까지 적용됐다"고 밝혔다.
우주청에 따르면, K-라드큐브는 고타원 궤도에서 방사선 띠를 반복 통과해야 하는 특성상 부품 손상 가능성이 있어, 미션 최소 기간은 약 2주로 계획됐다. 24~25시간의 궤도 주기를 고려하면 2주 동안 14~15회 정도 반복 관측이 가능하다. 다만 태양 활동에 따라 방사선 환경이 크게 변동할 수 있어 생존 기간은 달라질 수 있다.
윤영빈 우주항공청장은 "K-라드큐브는 한국의 심우주 큐브위성 개발·운영 역량과 유인 우주탐사 임무에 적용 가능한 안전·신뢰성 기술을 국제적으로 점검하는 사례가 될 것"이라고 밝혔다.