우주산업은 과거 정부 주도에서 민간으로 산업의 주체가 변화하고 있다. 미국의 경우, New Space로 불리면서 민간이 우주시장을 개척하며, 기업의 자발적 투자와 기술혁신 등 산업체 중심의 우주 신산업을 창출하고 있다. 경제성과 효율성이 강조되는 민간주도의 우주산업에서 초소형 위성은 중요한 위치를 차지한다.

초소형 위성, 큐브샛

큐브샛(CubeSat)은 정육면체 또는 직사각형 형태의 1~50kg 무게에 달하는 초소형 위성을 말한다. 대형 위성의 주요 기능을 축소한 형태로, 인공위성의 기본 구조와 같다. 인공위성의 기본 구조는 카메라(눈), 통신계(귀), 컴퓨터계(두뇌), 전력계(혈관), 구동계(근육), 구조계(뼈) 등 인간의 신체와 비슷하게 구성되어 있다.
큐브샛은 초기 교육을 목적으로 제작되었다. 1999년 미국 캘리포니아 폴리테크닉 주립대와 스탠퍼드대 교수들이 고안한 공대 대학원생 실습 프로젝트에서 비롯해 진화한 오픈 소스 프로젝트다. 지난 1월, 인도 사티시 다완우주센터에서 ISRO(인도우주연구개발기관)의 발사체(PSLV)에 실려 우주로 발사된 인공위성 32기 중 5기가 우리나라 대학생들이 만든 큐브샛이었다.

초소형 위성 시장 동향

현재 초소형위성은 집적회로가 발달해 단일 우주임무 수행이 가능하다. 큐브샛은 중대형 위성과 비교하면, 개발 비용이 적고 개발 기간이 짧은 것이 특징이다. 기존에는 중대형 위성을 개발하고 제작하는 데 소용되는 비용이 매우 크기 때문에 대부분 정부 예산으로 수행되었다면, 이제는 개인 회사에서 프로젝트를 수주해 초소형 위성을 공급하고 있다.
2017년 미국의 항공우주 전문 자문회사인 SpaceWorks 사의 나노/초소형 위성에 대한 시장 분석에 따르면, 2000~2016년까지 수행된 나노/초소형 위성 중 개발 주체가 민간 기업체인 비율이 절반에 미치지 않았으나, 2017년 이후에는 70%에 달할 것으로 예상한다. 2000년부터 2017년 8월까지 전 세계에서 발사된 큐브샛은 750여 기, 이중 절반가량이 상용 가능하다는 것이 한국항공우주연구원의 설명이다. 초소형 위성은 지구 관측(Visible IR, SAR), 교통관제 서비스(AIS, ADB-S), 통신(릴레이 위성), 날씨 및 환경 모니터링 서비스를 제공한다.

초소형 위성 우주환경시험

현재 국내 초소형 위성 및 관련 부품의 우주환경시험(지상 검증시험)은 일반 중대형 위성의 환경시험 기준을 준용하고 있으며, 초소형 위성의 특성을 고려한 시험 규격이 전무한 상황이다. 초소형 위성은 우주용 부품 대신 상용 부품의 사용 비중이 매우 크다. 또한 임무가 점차 확대되고 신기술이 대거 적용되면서 일반 위성과는 차별화된 시험요건의 필요성이 지속적으로 제기돼 왔다. 일반적인 지구 관측용 초소형 위성을 개발하는데 필요한 시험 항목은 다음과 같다.

공통시험

- 발사환경(진동)시험
- 궤도환경(열진공)시험
- 베이크아웃 시험

구조 및 열제어계

- HRM(Hold and Release Mechanism) 성능 시험
- 열제어 소재 흡수율/반사율 측정 시험
- 수동/능동 열제어 장치 성능시험

자세제어 및 추력계

- 자세제어 구동기 강건성 및 제어성능 시험
- 지자기토커 성능 시험
- ADCS(Attitude Determination and Control System) 통합 검증시험
- 미소중력환경 추력기 성능시험

전력계

- 태양전지판 성능시험
- 배터리팩 충방전 시험

통신계

- 지상 원거리 통신 시험
- 안테나 패턴 해석 및 성능 시험

소자급 부품 선별 시험

- PIND Test
- Burn-in Test
- He Leak Test
- Mechanical Shock Test
- Temperature Shock Test
- Solderability Test
- SEM-FIB Inspection
- Shear/Bond Test

시사점

초소형 위성은 점차 임무가 다양해지고, 기술 수준이 고도화되고 있다. 이에 발맞춰 시스템의 신뢰성 확보를 위해 우주환경 및 지상시험에 대한 지속적인 연구가 필요하다. 현재 국내에는 초소형 위성의 성능 시험과 지상 검증을 전문적으로 수행할 수 있는 시설이 없다. 초소형 위성은 민간 분야의 우주 산업을 촉진할 중요한 사업 분야인 만큼 전문화된 원스톱 시험인증기관이 필요하다.