일본산업뉴스요약

소형 위성의 자세 고속 제어
도쿄전기대학, 연계 운용에도 기여

도쿄전기대학의 다나카(田中) 교수 연구팀은 인공위성 등의 자세 제어에 사용하는 ‘컨트롤 모멘트 자이로’를 빠르게 제어하는 방법을 개발했다. 자세 제어의 계산에 걸리는 시간이 약 70% 줄기 때문에 계산력이 한정적인 소형 위성을 제어하기 쉬워진다. 국제적으로 도입이 활발해지고 있는, 다수의 소형 위성을 연계시키는 ‘콘스텔레이션’에 도움이 될 가능성이 있다. 앞으로는 우주공간에서 성능을 실증할 예정이다.

자이로는 회전하는 원반 축의 방향을 움직여 토크(회전력)를 발생, 자세 제어에 이용하는 구조다. 국제우주스테이션(ISS)에서도 사용되고 있다. 다른 제어 방법으로는 원반의 회전 속도를 변화시키는 ‘반작용 휠(Reaction Wheel)’이나 지구 자기를 이용하는 ‘자기 토커’ 등이 있다.

자이로는 소비전력이 크지만 큰 토크를 얻기 때문에 자세를 고속으로 제어할 수 있다. 그러나 구조상 토크를 발생시키지 못하는 방향이 생겨 제어가 불안정해지는 경우가 있다. 지금까지는 일반적으로 10cm 정도의 소형 위성에는 제어가 쉬운 반작용 휠을 이용했지만 자이로를 이용한 예는 적었다.

연구팀은 소형 위성에서의 사용을 상정하고, 4기의 자이로를 8cm의 정육면체에 담은 자세제어장치를 만들었다. 토크를 항상 모든 방향으로 출력할 수 있도록 제어하는데 필요한 계산시간을, 계산식의 근사 등으로 73% 줄이는데 성공했다. 제어 가능하다는 사실을 시뮬레이션을 통해 확인하고 있다고 한다.

연구팀이 개발하는 소형 위성 ‘HATOSAT’에 새로운 제어장치를 탑재한다. 2021년에 발사해 운용을 시작할 계획이다. 자기 토커도 탑재할 예정이다. 고속제어가 필요한 때는 자이로를 이용하고, 그 이외는 자기 토커로 제어해 소비전력을 억제한다.

HATOSAT은 ISS의 실험동 ‘기보’에서 궤도에 투입할 수 있도록 소형 위성용 규격으로 만든다. 실험동에서 투입하면 발사한 로켓에서 위성을 분리하는 경우와 비교해 고장의 원인이 되는 진동을 억제할 수 있다. 위성이 정확하게 기능하는지 투입 전에 확인할 수 있다는 이점도 있다고 한다.

통신인프라가 충분하지 않은 구역에서 HATOSAT을 경유해 데이터를 전송하는 실험을 예정하고 있다. 다나카 교수는 “일반적으로 데이터 전송은 5회에 1회 성공할 정도다”라고 말한다. 자이로에 의한 고속제어로 성공률을 높일 수 있는지 검증한다.

최근에 고속통신 서비스 등을 위해 콘스텔레이션의 도입 계획이 진행되고 있다. 다나카 교수는 “소형 위성을 고속 제어할 수 있고 데이터 전송이 원활해지면 연계하는 위성이 적어도 된다”라고 말한다.

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