한국항공대학교 항공우주공학전공 노진호 교수 연구팀(KAUSAIL)이 우주항공청이 주최하고 한국항공우주연구원이 주관한 ‘제7회 초소형(큐브)위성 경연대회’ 초급 분야 최종 선정팀에 이름을 올리고, 지난 22일 대전 KT인재개발원에서 열린 선정식에서 선정증서를 받았다.

이 대회는 대학(원)생이 지도교수와 함께 위성 설계부터 제작·시험까지 직접 참여하는 프로그램으로, 초급 부문은 단일 임무를, 고급 부문은 복합 임무를 수행하는 위성을 개발한다. 올해는 29개 팀(초급 22팀, 고급 7팀)이 지원했으며, 초급 5개 팀과 고급 2개 팀의 7개 팀을 최종 선정했다. 초급 부문에는 한국항공대와 함께 부산대·경희대·제주대·경상국립대가, 고급 부문에는 연세대·조선대가 이름을 올렸다. 선정식에서는 추진 경과 보고와 선정증서 수여 등이 진행됐으며, 지난 대회 참여자와 국내 산업체가 함께하는 네트워킹 행사도 열렸다.

한국항공대는 이번 선정으로 연구비 7억 원을 지원받아 인증모델(QM)과 비행모델(FM) 등 큐브위성 2기를 개발한다. 인증모델은 비행모델과 같거나 유사한 설계로 제작해 진동·충격·열진공 등 실제 발사·우주환경보다 가혹한 조건에서 시험하며 설계의 안전성과 신뢰성을 검증하는 모델이다. KAUSAIL팀은 앞으로 설계 검토, 위성 제작, 우주환경시험 등을 거쳐 비행모델을 완성하며, 우주항공청과 한국항공우주연구원은 개발비와 기술을 지원하고 국내 발사체를 통한 발사 기회를 제공한다. 실제 궤도에서 임무를 수행할 비행모델은 2028년 10월 누리호에 실려 발사될 예정이다.

KAUSAIL팀이 개발할 ‘KAUSAIL-D1’은 큐브위성의 기본 단위(1U, 약 10cm×10cm×10cm) 3개를 이은 3U급 위성이다. 우주에서 가로·세로 3m 크기의 대형 태양돛(Solar Sail)을 펼쳐 태양복사압(SRP)과 대기 항력이 위성 궤도에 미치는 영향을 실증하는 것이 주요 임무다. 태양돛은 매우 얇은 막(Membrane)과 이를 지지하는 전개형 복합재 붐으로 이뤄지며, 발사 때는 위성 안에 작게 접혀 있다가 궤도에 오른 뒤 펼쳐진다.

태양복사압은 태양빛이 물체 표면에 닿거나 반사되면서 운동량을 전달해 생기는 미세한 압력이다. 힘은 매우 작지만 우주에서는 끊임없이 작용하기 때문에 추진제 없이도 오랜 시간에 걸쳐 위성의 궤도와 운동을 바꿀 수 있다. 미국 NASA와 일본 JAXA 등이 우주 실증을 진행해 왔으며, 장기간 심우주 탐사에 활용할 미래 추진기술로 연구되고 있다.

임무 후반에는 펼친 막을 드래그 세일(Drag Sail)로 활용한다. 위성의 유효 단면적을 넓혀 저궤도의 희박한 대기에 의한 항력을 키우면 위성 고도가 더 빨리 낮아진다. 하나의 구조물로 임무 초기에는 태양복사압의 영향을, 종료 단계에서는 궤도고도 감소와 궤도이탈(De-orbiting) 가능성을 차례로 검증하는 것이다. 이는 저궤도 우주쓰레기를 줄이고 임무를 마친 위성을 안전하게 궤도에서 이탈시키는 기반기술이 된다.

핵심 전개구조 기술은 노진호 교수 연구실이 교육과학기술부 우주핵심기술개발사업 ‘팽창형 태양돛 기술연구’(2012~2015년, 약 9억 원)에서 확보한 기술을 고도화한 것이다. 연구실은 이후 두 가지 안정된 형상을 갖는 쌍안정성(Bistability) 복합재 전개 붐의 설계·제작 기술을 발전시켜 왔다. 이 붐은 복잡한 구동장치 없이도 접힌 상태와 펼쳐진 상태를 각각 안정적으로 유지해, 공간이 좁은 큐브위성에서 대형 우주구조물을 구현하는 데 유리하다.

우주 데이터센터나 고전력 위성처럼 대면적 태양전지판이 필요한 위성이 늘수록 태양복사압을 정확히 예측하는 기술도 중요해진다. 연구팀은 KAUSAIL-D1로 대형 유연 구조물의 궤도 변화를 실제 우주환경에서 실증하고 데이터를 확보해, 태양돛·궤도이탈장치·대형 태양전지판 등 차세대 대형 전개형 우주구조물의 설계와 운용에 필요한 기반기술을 확보할 계획이다.