아르테미스2호는 미국항공우주국(나사, NASA)의 아르테미스 프로그램 두 번째 임무로, 우주비행사 4명을 태우고 달 궤도를 비행하는 것이 목표다.
이는 아폴로8호 이후 57년 만에 인간이 달 궤도를 비행하는 것이다.
아폴로 계획은 미-소 우주기술 경쟁에서 이기는 것에 중점을 둬 구체적 과학적 목적이 부족했던 반면 아르테미스는 화성 개척과 심우주 탐사라는 구체적 목표를 갖고 단계적으로 진행 중인 것에서 차이가 크다.
이번 임무가 성공하면 이어 아르테미스3호가 달에 착륙하고, 이어 순차적으로 향후 화성 개척과 심우주 탐사를 위한 기반을 다질 예정이다.
그러나 이를 위해서는 장기 우주 체류에 따른 우주방사선이 인체와 장비에 어떤 영향을 주는지를 정밀하게 파악하는 것이 우선돼야 한다.
우주방사선 측정 탑재체 개발
한국천문연구원(이하 천문연)이 미국항공우주국(나사, NASA)의 달 탐사 아르테미스2호 프로그램에 탑재할 우주방사선 측정용 큐브위성 ‘K-RadCube’의 부탑재체 개발을 위해 7일 삼성전자 및 SK하이닉스와 업무협약을 맺었다.
K-RadCube는 지구 저궤도보다 멀리 분포한 반앨런대의 우주방사선을 측정하고, 방사선이 우주인에게 미치는 영향을 분석하는 중량 19.6㎏, 크기 365㎜x237㎜5x222㎜의 큐브위성으로, 천문연이 주탑재체 개발 등 임무 개발을 총괄한다.
이번 협약으로 천문연은 삼성전자, SK하이닉스와 아르테미스2호 미션에 활용될 K-RadCube의 부탑재체 개발을 위한 공동연구, 기술개발, 공동장비 활용 등 상호 협력을 진행한다.
천문연은 과학목표 설정, 큐브위성 본체 설계 요구조건 및 설계안 도출, 개발 및 운영일정 수립, 국제협력을 통한 발사체 및 통신계획 수립을 담당하고, 삼성전자와 SK하이닉스는 반도체소자 실험모듈 설계 및 제작, 반도체소자 실험운영 시나리오 수립 등을 맡는다.
삼성전자는 자체개발 중인 차세대 반도체로 우주 고궤도의 고에너지 방사선 환경에서 동작 여부를 검증하고, SK하이닉스는 우주방사선 피폭 환경품질을 고려한 메모리반도체를 제공할 계획이다.
또 나라스페이스테크놀로지는 위성체 설계·제작·검증·발사장까지의 이송을 담당하고, KT-SAT은 안테나 및 송수신장비 등 지상국 인프라 구축과 위성운영을 맡는다.
K-RadCube 개발 총괄
K-RadCube는 밴앨런복사대의 우주방사선을 고도별로 측정, 우주인에게 미칠 수 있는 방사선 환경을 분석하기 위한 12U 플랫폼 큐브위성이다.
K-RadCube는 매우 짧은 개발일정으로 나사의 유인 비행 관련 안전 기준을 충족하도록 개발이 진행됐다.
나사가 천문연에 요구한 요구사항은 기계적 안전성, 배터리 위험 분석, 추력기 적합성 등이며, 특히 유인 우주탐사라는 프로젝트 특성상 이례적 수준의 정밀도와 절차가 요구된다.
K-RadCube 발사는 아르테미스2호와 함께 미국 차세대 대형로켓시스템(SLS, Space Launch System)에 실려 목표지점에서 사출, 자체 추력으로 궤도를 변경해 밴앨런복사대를 가로지르며 탑재한 입자선량계(PD)로 우주방사선을 측정한다.
이를 위해 K-RadCube는 로켓에서 사출 직후 자동으로 태양전지판을 전개하고 2시간 후 자세제어를 시작, 위성이 지구 원지점에 도달하면 추력기로 지구 근궤도 비행고도를 조정한다.
이후 정상궤도에서 28시간 동안 과학측정을 우선 수행하고, 위성과 탑재체 상태가 양호하면 2주 정도 추가 임무를 수행할 계획이다.
천문연은 우주방사선 측정을 위해 방사선계측기 ‘K-RAD’를 개발, K-RadCube에 탑재한다.
K-RAD는 선형 에너지전달 스펙트럼과 우주방사선 등가선량을 측정해, 지구에서 달까지의 여정 동안 우주방사선 환경을 분석하고 우주비행사의 방사선 방호연구를 수행토록 설계됐다.
아울러 천문연은 이런 과정에서 삼성전자와 SK하이닉스가 개발한 반도체소자를 K-RadCube에 사용해 방사선 내성 특성을 우주환경에서 검증한다.
이는 탑재한 반도체소자의 단순 우주환경 작동 확인을 넘어 K-RAD가 제공하는 정량적 방사선 계측데이터와 소자의 실시간 반응을 연계 분석해 방사선 영향에 대한 반도체소자 반응 특성을 정밀하게 평가하는 것으로, 향후 우리나라 반도체기술의 우주환경 적용성 확보에 큰 자산이 될 것으로 기대된다.
박장현 천문연 원장은 “K-RadCube 핵심기술이 아르테미스2호 미션에서 우주방사선에 대한 우주인 안전을 다루는 데 매우 중요하다”며 “K-RadCube와 부탑재체 기술개발이 우주기술 경쟁력 확보와 우주방사선 피폭 연구에 도전이 될 것”이라고 말했다.
