한국항공우주연구원

위성체·탑재체 정렬 및 오염 검사조립 및 정밀정렬시험실은 위성체 조립, 위성 탑재 센서 등의 정밀정렬측정 및 오염 검사 등을 수행하는 곳이다.

장비는 초정밀 부품의 조립 정확도 측정 및 검증을 위한 얼라인먼트 측정시스템, 3차원 위치측정시스템, 청정도 측정 장비, 표면입자 오염측정을 위한 PFO(Particle Fall-Out) 포토미터 등으로 구성된다. 또 표면에 흡착된 분자오염 수준 측정 및 분석을 위한 적외선 분광기, 광학부품의 파장별 투과율 측정을 위한 가시광선 자외선 분광기, 위성 표면의 오염 검사를 위한 자외선램프 등으로 이루어져 있다.

지구관측을 위한 인공위성은 지구 지향을 위한 높은 정밀도 유지가 요구되므로 인공위성을 정밀조립한 후에 2회에 걸쳐 정밀정렬측정을 수행한다. 초기 정밀정렬측정은 총조립을 수행한 후 각종 우주환경시험을 수행하기 전에 수행한다.

초기 정밀조립측정에서는 탑재체를 기준으로 지구지향에 영향을 줄 수 있는 주요 부품인 X-밴드 안테나, 별 추적기, 자이로, 반작용 휠 등에 센서와 추력기가 요구한 대로 정밀하게 설치되었는지를 사전 검증한다. 최종 정밀정렬측정은 진동·음향시험, 열·진공시험과 같은 우주환경시험을 마친 후에 최종 수행한다. 초기 정렬측정 값과 최종 정렬측정 값을 상호 비교함으로써 우주환경시험 전후하여 주요 부품의 위치와 방향에 대한 변형 여부를 검증하게 된다.

또한, 최종적으로 센서의 설치 요구 조건 만족도를 판정하여 최종 정밀정렬 결과를 자세제어계 로직에 반영함으로써 위성의 정확한 임무 수행을 보증하게 된다.

발사 전 위성 정상임무 수행 여부 검증인공위성은 지상에서 발사체에 실려 우주 궤도에 도달하는 과정에서 로켓으로부터 전달되는 높은 레벨의 진동과 충격, 소음의 영향을 받게 된다. 이러한 발사환경은 위성의 주요 부품, 탑재체 및 시스템 구조물에 심각한 손상을 주어 때때로 위성의 기능을 마비시켜 복구 불능 상태에 빠지게 할 수 있다.

가진 시스템은 추력별로 부품레벨 시험을 위한 8톤급 가진기, 서브시스템급 시험을 위한 16t급 가진기 및 1t 이상의 위성 시스템 시험이 가능한 30톤급 가진기가 있으며, 직경 3m 이상의 발사체 접속 면적이 요구되는 대형 발사체 개발 시험을 한 16t급 가진기 4대의 복합 가진 시스템이 대형 가진 시험시설 내에 별도로 구축되어 운용 중이다.

또한, 음향 챔버는 고압의 질소가스를 이용하여 페어링에서 발생되는 소음을 천장에 설치된 음향 혼(horn)으로 증폭, 길이 10m, 너비 8m 및 높이 13m 크기의 챔버 공간 내부에 로켓 소음과 맞먹는 140dB 이상의 소음을 구현하게 된다.

우주환경 모사, 위성 부품·시스템 성능 검증인공위성이 겪는 우주환경은 공기가 있는 지상 환경과는 달리 공기가 전혀 없다. 이에 따라 고진공 상태로 태양복사열에 의한 고온과 지구의 그림자에 위치할 경우 -270℃의 극저온 환경이 반복되는 가혹한 환경이다.

인공위성은 지상에서 발사되어 우주궤도에 진입한 순간부터 끊임없이 이런 가혹한 우주환경에서 동작하기 때문에 인공위성을 구성하고 있는 주요부품에 기능장애가 초래되기도 하고 심한 경우에는 임무수행의 실패로 이어질 수 있다.

열·진공 시험은 지상에서 10억분의 1기압 이하의 진공 환경 및 극저온·극고온의 온도환경과 같은 우주궤도환경을 모사하여 인공위성 부품 및 시스템의 성능을 검증하게 된다. 이와 같은 열·진공시험을 위해서 열진공 챔버라는 장비를 이용하는데, 열진공 챔버는 진공펌프를 이용하여 챔버 내부 공기를 밖으로 빼냄으로써 고진공 상태로 만들어 주며, 질소를 이용하여 챔버 내부 온도를 고온 혹은 저온 상태를 만들어 준다.

궤도환경시험실에서는 대형, 광학, 중형, 소형의 다양한 크기의 열진공 챔버를 보유하고 있으며, 시험하고자 하는 위성 시스템 또는 발사체 등의 검증 요구에 맞는 우주궤도환경에 따라 열·진공시험을 수행하여 성능을 검증한다.

전자파 예측·분석으로 시스템 안정성 확보위성 시스템은 개발 초기부터 시스템 수준의 전자파 환경과 전자파 문제를 예측하고 분석하여 시스템, 서브시스템 및 각각의 유닛 수준의 개발 단계에 맞게 전자파 양립성 설계를 수행하고 이를 검증할 수 있는 방안을 제공함으로써 시스템의 개발과 운용의 안정성을 확보하여야 한다.

전자파 환경은 시스템이 놓이게 되는 동작 환경(지상, 대기, 바다, 우주 등), 시스템 자체 운용환경 및 전장품 특성(시스템의 물리적 크기, 전원, 송수신기, 각종 센서, 고주파(RF) 에너지, 탑재 안테나 등)을 고려하게 된다.

특히 우주환경에서 동작하는 위성 시스템은 복잡한 구조를 갖는다. 제한된 공간 속에 제어 컴퓨터와 소프트웨어, 전원 공급기, 전송 선로, 고속 데이터 전송 장비, 고주파 신호 처리 장비, 주파수에 민감한 장비, 고주파 송신 장비, 안테나, 각종 센서 등과 같은 다양한 종류의 단품(Unit)들이 설치되므로 이들의 전자파 간섭 특성을 충분히 반영해서 설계하고 검증해야 한다.

이러한 전자파 양립성 설계검증을 위한 시험시설이 전자파 챔버이다. 전자파 챔버는 측정의 정확도를 유지하기 위하여 외부 환경에 의한 전자파 간섭을 없애는 금속 도체로 하우징을 하고, 하우징 내부 벽면에서 반사되는 전자파를 최소화하기 위하여 전파 흡수체를 부착했다. 전파흡수체는 카본 재질로써 전자파를 흡수하는 피라미드 형태로 만들어져 있다.

개발부터 발사 직전까지 전기전자시험전기전자장치 검증시험은 개발 단계에서 수행하는 전기지상검증 모델(EM)과 비행 모델(FM)에 대한 전기전자통합시험, 그리고 발사 전에 수행하는 발사장 전기전자통합시험을 수행한다.

전기전자 지상검증 모델 시험은 우주에서 임무를 수행하게 될 실제 비행 모델 개발에 앞서 위성 부품의 전기 및 전자 인터페이스를 사전에 검증하고, 위성 탑재 소프트웨어 및 자세제어계 등 각종 로직을 확인한다.

또한, 전기지상검증 모델을 이용하여 비행 모델의 조립 및 시험에 사용하는 전기지상지원 장비 검증, 비행 모델에서 수행할 수 없는 일부의 환경시험뿐 아니라 비행 모델 시험에서 사용하게 될 각종 시험 절차서 및 시험 소프트웨어 등을 개발하고 사전 검증한다.

비행 모델에 대한 전기전자통합시험은 위성 부품들 사이에 각종 인터페이스를 검증, 조립·연결 상태 확인 및 위성의 전반적인 기능을 검증하는 위성 통합 시스템 시험을 수행한다. 이는 위성 총조립이 완료된 비행 모델의 하드웨어와 소프트웨어의 기능을 부분체 단위로 검증하고 부분체 검증이 완료된 후에 시스템 성능을 검증한다. 또한 비행 모델에 대한 각종 우주환경시험 전후로 위성의 상태를 비교·점검하는 시험까지 수행한다.

끝으로 발사장에서는 운송 과정에서 일어날 수 있는 이상 유무를 점검하기 위해 위성상태를 점검하며, 발사 직전까지 발사지원 장비를 이용하여 위성 상태를 지속적으로 모니터링하고 제어함으로써 위성 형상을 최종 발사까지 유지해 준다.