독방에 인공위 좋네요

올해 하반기 천리안 2A호가 천리안 일호 위성의 임무를 잇기 위해서 우주에 오르고 매장 됩니다. 그런데 천리안 2A호가 우주에 오르기 전에면 후와크히 거쳐야 할 과정이 있습니다. 1개월 계속 독방에서 가끔 보내야겠죠. 천리안 2A호만 아니라 우주에 돌아오면서, 위성은 오랫동안 혼자 갇힌 채 테테로울해야 하나요.인공 위성은 왜 1개월간 자연인 혼자 외로운 때에 견디어야 하죠?

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지구에서 친구어나 지구를 돌아야 하는 인공위성은 우주의 극한환경을 만나게 됩니다. 인공위성이 태양광을 직접 바라볼 때는 매우 매우 매우 높은 온도로 뜨거워지고 태양이 지구로 숨어버리면 매우 매우 매우 낮은 온도까지 내려갑니다. 여기에 우주는 한 0억분의 일키아프보다 낮은 진공 상태이기 때문에 열대류가 발생하지 않습니다. 특정 부품이 뜨거워지면 간간이 지나가고 주위 공기를 통해 식혀야 하지만 우주는 그렇지 않은 환경입니다. 반대로 태양빛을 받지 못할 경우 위성 내부의 온도가 낮아지고 마을이 발생해 활기를 帯びる 수도 있습니다.지구와는 확연히 다른 이런 악조건에서도 인공위성이 잘 작동하는지를 땅에서 충분히 시험해야 한다. 우주에서 인공위성이 고장나면 수리가 불가능에 가깝기 때문입니다. 우주 궤도에 직접 인공위성을 쏘아 올려 시험할 수는 없기 때문에 지면에서 우주 환경을 모사한 시험을 실시하게 되는데요. 고온이나 저온, 진공 등 우주의 극한 환경에서 인공위성이 잘 작동하는지 확인하는 시험을 "열진공 시험"이라고 부릅니다. 우주에 오르기 전 약 1개월 간 인공 위성은 "열 진공 챔버"이란 방에 갇혀궤도에 작동하는지 시도합니다.

상온의 온도, 대기, 그리고 중력이 지배하고 있는 지면에서 어떻게 우주 환경을 모사할까요?열진공 시험을 위해 지면에서는 "열진공 챔버"라는 장치를 활용합니다. 열진공 챔버는 인공위성이 들어갈 수 있는 일종의 '방'입니다. 진공 펌프를 열진공 챔버에 연결해 공기를 밖으로 빼내 '진공 환경'을 만들어냅니다. 여기에액체질소를사용해서우주하고비슷한극저온,역시고온환경을만들어냅니다.그런데 왜 액체질소를 사용할까요? 사실 우주의 극한 환경을 더 유사하게 만들기 위해서는 액체 헬륨을 사용할 수도 있습니다. 액체 질소의 비등점은 대기압에서 섭씨 영하 한 96도, 액체 헬륨은 영하 269도로 저온 환경을 조성에는 액체 헬륨이 유리하죠. 하지만 생수보다 싼 액체 질소에 비해서 액체 헬륨의 가격은 액체 질소 100배 이상입니다.한 달 계속되는 열진공 시험에 헬륨을 사용하면 막대한 비용이 듭니다. 욜징콤 시험 기간 중 하루에 많게는 만리터의 액체 질소를 사용하는 경우도 있습니다. 더라고 나쁘지 않고 액체 헬륨은 액체 질소에 비해서 일의 0분의 일의 열만 받아도 쉽게 증발해서 다루기 쉽지 않습니다. 이러한 이유로 액체 헬륨 끓는점 정도의 극저온 온도가 필요한 장소가 아니면 액체 질소를 사용하여 시험하고, 실제 우주에서 인공위성 온도는 시험 결과에 따라 열해석 프로그램을 활용하여 예측합니다.진공 환경이 만들어지면 액체질소를 열진공 챔버 중 슈라우드(Shroud)라는 장치로 보내 인공위성을 둘러싼 환경이 우주와 마찬가지로 극저온이 됩니다. 이와 반대로 액체 질소를 외부에서 가열해 챔버 내부의 열방사 장치에 보내면 태양 역시 지구의 방사로 인한 고온 환경이 모사됩니다. 필요에 따라서 적외선 램프, 태양광 모사기, 흑체 카피 장치등이 사용되기도 합니다.이러한 극한 환경에서 인공위성에 대한 성능 검증 시험이 시작됩니다. 인공 위성은 약 1개월 동안 저온, 고온, 진공 환경에서 설계대로 궤도에 작동하는지 확인합니다.

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시험이 시작되면 연구진의 근무 가끔은 24시 노노 3교대 근무로 바뀌게 됩니다. 시험 장치를 운용하는 연구진, 위성의 각 구성품별 기능 시험을 실시하는 연구진, 시험 결과를 분석하는 연구진 모두 긴밀하게 협력하여 시험을 수행합니다. 열진공 챔버 내부의 진공이 완성된 후 인공위성의 온도는 여러 차례 사이클을 거치면서 달라집니다. 진공환경에서 열대류 없이 인공위성의 온도를 점점시켜야 하고, 고온과 저온환경에서 인공위성의 성능을 면밀히 검증해야 하기 때문에 소견보다 긴 시간이 필요합니다.열진공 챔버 환경으로의 전이에 따른 인공위성의 일거수일투족을 연구진이 매의 눈으로 관찰하고 감시하고 있는 것입니다. 약 1개월의 긴 시험이 끝났다고 본인이 되고, 인공 위성은 드디어 우주 궤도로 향하고 본인이 될 자격을 갖추게 됩니다.인공 위성이 열 진공 챔버에 갇히다 1개월의 간혹. 우주에 오르며 짧게는 몇년에서 길게는 10년 이상입니다 무를 수행해야 할 위성에는 분명히 필요한 인고의 시기입니다.

기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:우주환경시험부 조혁진 선임연구원

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