일본산업뉴스요약

초저궤도 위성 발사를 목표로
JAXA, 상공 180~270km의 시험 위성 발사

▶인공위성의 고도와 궤도: 인공위성은 목적에 따라 높이와 궤도가 달라진다. 기상 위성 및 방송 위성 등의 정지위성은 상공 약 3만 6,000km의 높이를 비행한다. 정지위성의 궤도는 적도를 따라 도는 원궤도로, 언제나 지구의 같은 방향을 향해 있어 지상에서는 위성이 멈춰있는 것처럼 보인다. 전파나 적외선, 가시광선을 이용해 지표 및 대기 등을 관측하는 지구관측위성의 대부분은 고도 600~800km를 비행. 궤도의 형태는 다양해, 지구를 남북 방향 등으로 돌며 지구 전체를 관측한다.
국제우주스테이션은 고도 400km를 회전한다. 일본판 GPS라고 불리는 준천정(準天頂)위성 ‘미치비키’는 3만 2,000~4만km의 고도를 타원궤도로 회전. 최대한 일본 상공에 멈춰있도록 설계되어 있다.

우주항공연구개발기구(JAXA)는 매우 낮은 고도를 비행하는 시험 위성을 23일 다네가시마(種子島)우주센터(가고시마(鹿児島) 현)에서 발사한다. 지구를 관측하는 대부분의 위성은 600~800km의 상공을 비행하지만, 이번 시험 위성은 180~270km의 매우 낮은 상공을 비행한다. 낮은 고도에서의 비행은 대기 저항이 약 1,000배로 증가하기 때문에 효율성이 높은 이온 제트 엔진의 성능 및 재료의 내구성 등을 2년 정도에 걸쳐 확인해나갈 계획이다.

-- 카메라 성능 낮춰도 선명 --
이 정도로 낮은 고도를 비행하는 위성은 세계적으로도 매우 드문 사례로, 유럽우주기관(ESA)이 지구 중력을 면밀히 관측하기 위한 과학 위성을 약 260km로 운용한 적이 있는 정도이다. 실용적 위성을 목표로 하는 것은 이번 시험 위성이 최초라고 할 수 있다.

매우 낮은 고도로 위성을 운용할 경우, 고성능 카메라와 레이더가 없어도 지표나 기상을 정확하게 관측할 있다. 구경 30cm의 카메라는 600km에서는 지상의 백 수cm 크기의 물체밖에는 판별할 수 없지만, 200km일 경우 50cm 이하의 물체도 판별할 수 있다.

낮은 고도의 경우, 위성도 소형화할 수 있어, 비용 및 소비 전력을 낮출 수 있다. 이를 통해 낮은 비용의 소형 위성 개발이 용이해져 새로운 수요 개척으로 이어질 것으로 기대되고 있다.

이번에 발사되는 초저고도 위성기술 시험기(SLATS) ’쓰바메’는 길이 2.5m, 두께 0.9m의 상자 형태로, 태양광 패널을 날개처럼 펼쳐 비행한다. 위성의 제조와 설계는 미쓰비시덴키(三菱電機)가 담당했다.

우주 공간에도 아주 미세한 공기가 존재해 고도 180~270km의 대기 양은 통상적인 지구관측 위성 궤도의 1,000배에 가깝다. 그 만큼 저항이 늘어나 비행 중에 고도가 낮아지므로 가만히 놔두면 추락하고 만다. 이를 해결하기 위해 소행성 탐사기 ‘하야부사’ 등을 통해 개발해온 이온 엔진을 분사한다. 그 효율성은 널리 사용되고 있는 가스 엔진의 10배로, 적은 연료로 장기간 사용할 수 있다. 기체에도 저항을 줄이기 위한 기술을 도입했다.

이번 시험 비행에서는 고도 481km 부근에서 타원궤도에 진입. 약 1년 3개월 후에 270km에서 10km씩 고도를 낮추어 나가면서, 각각의 높이에서 이온 엔진을 분사해 최대 약 한 달간 고도를 유지할 수 있는지를 확인. 1년 9개월 후에는 가장 낮은 180km로 7일 간 비행. 그 이후에는 엔진을 사용하지 않아도 대기에 진입하지 않고 어느 정도까지 운용할 수 있을지를 확인한다.

상공에는 우주로부터의 방사선과 태양의 뜨거운 적외선을 받아 원자 상태가 된 산소가 존재한다. 이것은 금속 및 화학물질과 반응하기 쉬워 이로 인해 위성 표면의 단열재 등이 열화(劣化)되기 쉽다. 이 문제를 해결하기 위해 방사선과 자외선에 강한 폴리이미드 수지, 불소 수지 및 은을 사용한 재료 등을 시험. 카메라로 열화 상황을 관찰해 내구성을 확인한다.

앞으로는 이러한 위성 수 개가 지구의 주위를 돌며, 재해가 일어났을 때 피해 지역을 촬영하는 용도를 상정. 정찰 등 안전 보장에도 도움이 될 가능성이 있다. 하지만 낮은 궤도에는 위성의 잔해 등이 있어 안전 대책이 필요하다.

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