아르테미스 2호에 탑재할 

우주방사선 측정용 큐브위성(K-RadCube) 개발 위해 국내 기업 함께 한다!

 - 7일 업무협약 체결…국내 4개 기업 협력 

■ 한국천문연구원(원장 박장현, 이하 ‘천문연’)이 아르테미스 2호 프로그램에 탑재할 우주방사선 측정용 큐브위성(K-RadCube)의 부탑재체 개발을 위해 기업들과의 본격적인 협력에 나섰다. 

□ 천문연은 7일 삼성전자 및 SK하이닉스와 아르테미스 2호 탑재 큐브위성 부탑재체 개발 협력을 위한 업무협약을 각각 체결했다. 이번 협약은 지난 2일 우주항공청이 발표한 미국 항공우주청(NASA)과의  ‘아르테미스 2호 내 큐브위성 K-RadCube 협력을 위한 이행약정(Implementing Arrangement)’의 후속으로 진행됐다. 본 협약은 아르테미스 2호 미션에 활용될 K-RadCube의 부탑재체 개발을 위한 공동 연구, 기술 개발 및 공동장비 활용 등 상호 협력을 목적으로 한다. 

□ K-RadCube는 저궤도보다 멀리 분포해 있는 지구 주변 방사선 영역인 반앨런대의 우주방사선을 측정하고, 방사선이 우주인에 미치는 영향을 분석하는 큐브위성으로, 천문연이 주탑재체 개발 등 임무 개발을 총괄하고 있다. 

□ 협약을 통해 천문연은 ▲과학 목표 설정, ▲큐브위성 본체 설계 요구조건 및 설계안 도출, ▲개발 및 운영 일정 수립, ▲국제협력을 통한 발사체 및 통신 계획 수립을 담당하며, 삼성전자와 SK하이닉스는 ▲반도체 소자 실험 모듈 설계 및 제작, ▲반도체 소자 실험 운영 시나리오 수립 등의 역할을 할 예정이다. 

□ 이번에 업무협약을 체결한 삼성전자는 자체 개발 중인 차세대 반도체로 실제 우주 고궤도의 고에너지 방사선 환경에서 동작 여부를 검증할 계획이며, SK하이닉스는 우주방사선 기인 피폭에 대하여 항공운송을 포함한 지상의 모든 고객 대상 환경의 품질을 고려한 메모리 반도체를 제공할 계획이다. 또 다른 참여 기업인 나라스페이스는 위성체의 설계, 제작, 검증, 발사장까지의 이송을 담당한다. KT SAT은 안테나 및 송수신 장비 등 지상국 인프라를 구축하고, 위성 운영을 맡을 예정이다. 

□ 천문연 박장현 원장은 “유인 우주탐사 프로그램인 아르테미스 2호 미션에서 K-RadCube 핵심기술은 우주방사선에 대한 우주인의 안전 문제와 직결되어 있다”며 “K-RadCube와 부탑재체의 기술 개발은 국내 우주기술 경쟁력 확보와 우주방사선 피폭 연구에 도전이 될 것”이라고 말했다.

[참고 1] K-RadCube 개요 및 주요 내용

 ○ K-RadCube 제원 

○ K-RadCube 주요 내용

  - K-RadCube(케이라드큐브)는 밴앨런복사대의 우주방사선을 고도별로 측정하고 우주인에게 미칠 수 있는 방사선 환경을 분석하기 위한 12U 플랫폼의 큐브위성으로 우주비행사가 탑승하는 NASA 아르테미스 2호에 탑재되어 함께 발사되는 위성이다.

  - SLS 발사체의 상단에 해당하는 OSA(Orion Stage Adapter)에서 사출되어 자체 추력을 이용하여 궤도를 변경하고, 이후 밴앨런복사대를 가로지르며 입자선량계(PD, Particle Dosimeter)라는 탑재체를 이용 우주방사선 환경을 측정한다. 

  - (임무 시나리오) K-RadCube는 발사체에서 사출 직후 자동으로 태양전지판을 전개하고 약 2시간 정도 후에 자세제어를 시작한다. 위성이 지구에서 가장 먼 원지점에 도달하며 추력기를 작동하여 지구에 가까이 비행할 때의 고도가 수백 킬로미터가 되도록 조정한다. 정상궤도에서는 약 28시간 동안 과학측정을 우선 수행하고 위성과 탑재체 상태가 좋은 경우 2주 정도 추가로 임무를 수행할 계획이다.

  - 우주방사선 측정을 위해 방사선 계측기 K-RAD가 큐브위성에 탑재된다. K-RAD는 선형 에너지 전달(Linear Energy Transfer) 스펙트럼과 우주 방사선에 대한 등가선량을 측정하여, 지구-달 여정(Earth-Moon Trajectory) 동안의 우주방사선 환경을 분석하고 유인 우주비행사의 방사선 방호 연구를 수행할 수 있도록 설계되었다.

  - 또한, 국내 기업이 개발한 반도체 소자를 큐브위성에 탑재하여 반도체 소자의 방사선 내성 특성을 우주환경에서 검증할 계획이다. 탑재한 반도체 소자의 단순한 작동 여부 확인을 넘어, K-RAD가 제공하는 정량적 방사선 계측 데이터와 소자의 실시간 반응을 연계 분석함으로써, 방사선 영향에 대한 소자의 반응 특성을 정밀하게 평가할 수 있다. 

  - K-RadCube는 아르테미스 2호 탑재체로 매우 짧은 개발 일정 내에 NASA의 유인 비행 관련 안전 기준을 충족하도록 개발됐다. NASA의 요구사항은 기계적 안전성, 배터리 위험 분석, 추력기 적합성 등이 있다. 큐브 위성 프로젝트로서는 이례적인 수준의 정밀도와 절차가 요구된다.

 ○ K-RadCube 개발 참여 국내 기업 및 역할 

  - K-RadCube에는 삼성전자, SK하이닉스, 나라스페이스테크놀로지(이하 나라스페이스), KT SAT 등이 국내 주요 기업으로 참여하고 있다. 

  - 삼성전자는 부탑재체 반도체인 K-RAD-SS를 제공한다. 삼성전자 반도체연구소에서는 자체 개발 중인 차세대 반도체를 실제 우주 고궤도의 고에너지 방사선 환경에서도 문제없이 동작하는지 검증할 계획이다. 

  - SK하이닉스는 부탑재체 메모리 반도체인 K-RAD-SK를 제공한다. 천문연과 협업하여 우주 진공 환경에서의 평가용 보드의 열설계를 고도화하고, K-RadCube, K-RAD-SK, 메모리 칩 내부에 각각 배치된 온도센서를 통해 태양 복사열과 내부 열전도에 따른 동작 특성을 검증한다. 

  - 나라스페이스는 위성체의 설계, 제작, 검증부터 발사장까지의 이송 등을 맡고 있다. 큐브위성으로서는 도전적인 자체 추력 이용 궤도 변경과 NASA의 엄격한 유인 안전 요구조건 충족 등을 위한 설계 및 검증을 수행했다. 

  - KT SAT은 지상국 운영과 위성 자료 전송을 담당하고 있다. 안테나 및 송수신 장비 등 지상국 인프라를 구축하고, 위성과의 통신 및 데이터 송수신 등 위성 운영 전반을 책임진다.

 그림 1. K-RadCube 탑재체