인공위성 부분품, “1렬종대로 헤쳐모여”

"1료루죠은대로 극복하고 모여서"군사 훈련에서 자신에게 들어 볼 말입니까? 지휘관의 호령 한마디에 검처럼 정렬해야 할 운명을 지닌 한 치의 흐트러짐도 용납하지 않는 인공위성 부분품의 정렬세계로 안내한다.

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안테나 본인, 카메라, 각종 센서, 추력 장치, 태양전지 패널, ...인공위성을 구성하는 센서 본인 장치는 개별 성능도 중요하지만 조립 정확도도 이에 못지않게 중요하다. 고속도로 주행 중에 차가 한쪽으로 쏠려서 정비소에 마스크 아마 '휠 얼라인먼트'를 확인해 봐야 될 텐데요?' 라고 말할 겁니다. 타이어 정렬을 확인하고 정확한 각도로 수리한다는 의미인데, 자동차는 이상이 발생하면 수시로 수리할 수 있지만 우주로 멀리 나간 인공위성은 정렬된 문제를 발견해도 수리할 수 없습니다. 정렬이 바르지 않으면 어떤 일이 벌어질까요?

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인공위성은 지구 표면에서 수백 km, 더 멀게는 수만 km 궤도에서 운용됩니다. 아주 먼 거리에서 지구라는 피사체로 향하고 있다고 합니다. 이 때문에 각도가 조금만 틀어져도 지구에서는 큰 오차가 발생합니다. 예를 들어 정지 궤도에서 지구를 바라보는 방향이 0. 쵸쯔도 정도 하면 지상에는 약 60km정도로 오차가 발생하게 됐으며 이에 의해서 원치 않는 곳을 츄왈용하 것 나, 지상과 통신 성능이 떨어지는 경우가 바루 셍후와루도 있게 보세요.따라서 지구관측위성 정렬의 경우 메인 카메라의 각도 과인위치가 가장 중요하며 통신방송위성은 안테나 지향방향을 확실히 맞추는 것이 가장 중요합니다. 카메라과의 안테나과뿐 아니라 인공위성의 자세를 제어하는 부속품도 마찬가지다. 인공위성은 별 추적기, 지구 센서, 태양 센서, 자이로 센서, 자기장 센서, 반작용 휠, 추력기 등을 이용하여 위성의 위치를 재고 가운데를 잡고 자세를 바꾸는 것입니다. 자세제어 부속의 정렬이 올바르지 않으면 지상에서 아무리 정확하게 명령을 내려도 예측과는 다른 동작을 하게 됩니다.

지금 부품 준비가 됐으니 위성에 제대로 달아볼까요? 이미 개발이 완료된 부품을 위성에 장착하려면 부품이 장착되는 위성구조체를 정밀하게 조립해야 할 것이다. 각 패널들과 브래킷은 30마이크로 미터 이내에 측정 가능한 3차원 위치 측정 장치의 레이저 추적기를 활용하고 매우 정밀하게 조립됩니다. 패널을정확한위치에맞추기위한정밀조립도구도활용합니다. 고란 과정을 거쳐 조립이 완료된 구조체에 장비를 장착하면 약간 거의 정확하게 위치 및 각도를 맞출 수 있습니다.그러나 구멍 뚫는 차나 다양한 제작 오차 등으로 인해 미세한 장착 오차가 발생할 수도 있는데요. 이 같은 미세한 장착오차도 우주에서 운용되는 위성성능에는 영향을 미칠 수 있으므로 이를 확인하고 보정하기 위해 정렬측정작업을 별도로 할 것이다.

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수많은 물품과 하네스, 메인 탑재체와 안테나 등 모든 구성품을 위성 구조체에 장착하는 기계 조립이 완료된 후부터 본격적인 정렬 측정이 시작됩니다. 위성 정렬 측정 시 바쁘게 돌아가던 위성조립실이 조용한 상태로 바뀌지만 다른 작업을 모두 정지시키고 측정 관련 인원의 외출도 제한한다.사람이 걸을 때 발발하는 작은 바닥 진동으로 인해 정렬 측정 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문인데, 천리안 초호 위성의 전개형 접시 안테나의 정렬 측정 시에는 실내 공조장치까지 끄고 정렬 측정을 하기도 했습니다. 에어컨의 기원에 의한 공기 진동이 무중력 모사 장치에 영향을 미쳐 측정에 방해가 되기 때문입니다.​ 인공 위성의 정렬 측정을 위해서는±0.000첫 4도 정도로 3차원 각도 측정이 가능한 우주용 데오도우라이토우라은 측정 장비를 사용한다. 측정 장비를 측정 대상 물체의 정확한 측정 방향에 위치시키는 동시에 지구의 중력 방향에도 하나 두어야 한다. 측정 장비를 지구의 중력 방향에 위치시키는 이유는 측정 대상 물체에 대해 지구의 중력 방향이라는 동일한 수직축으로부터의 각도를 측정하기 위해서이다.역시 각 측정장비 간에 수평방향 좌표축을 하나 놓기 위해 서로 좌표축을 정보를 공유하는 좌표축 맞춤측정도 수행한다. 이러한 작업은 측정에 대한 이해도가 높은 숙련된 측정자가 아니면 매우 어려울 뿐만 아니라 숙련된 인원이 측정해야 위성이 요구하는 측정 정밀도를 충족시킬 수 있습니다.측정 후에는 측정된 결과를 설계치와 비교하여 요구조건을 충족하고 있는지 확인해야 하며, 요구조건을 넘어 자기면의 보정 후 재측정을 실시한다. 정렬을 보정하기 위해서는 장비가 장착되는 부분에 다양한 종류의 심지를 사용하여 높이를 조절하거나 홀 공차를 사용하여 교체하는 등의 노하우가 있습니다. 장치 아래에 넣는 "심"은, 집에서 가구가 수평이 되지 않을 때에 끼우는 종이로, 자신의 얇은 자기무와 거의 같습니다. 정밀도로는 비교가 되지 않습니다.​ 하나 발죠크에서 위성 정렬 보정에는 알루미늄 시트 20장을 첫 mm에서 하프챠크헤고 0.05mm단위로 두께를 조절하는 심을 사용하지만 보정이 필요한 두께 정도 0.05mm의 정밀도로 심기를 제작·적용한 뒤 정렬 측정을 반복합니다. 0.05mm보다 정밀하게 조절하지 않으면 하고 자기 열·구조적으로 특별한 목적을 위해서는 스테인레스 스틸은 티타늄 재질의 심지가 사용되기도 한다.

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부분품 중에서도 인공위성 엔진의 정렬은 좀 특별해 보인다. 인공위성 엔진은 매우 높은 고도에서 운용되는 정지궤도 위성이 나쁘지 않기 때문에 주로 심우주탐사기에 장착되어 있는데요. 3만 6000킬로의 정지 궤도까지 발사체의 힘만으로는 올리기 어려우므로 위성 자체 추진력으로 올라가야 합니다.​ 그래서 천리안 위성의 경우, 자세 제어용 추력기(Thruster)의 추력 대비 40배 정도의 힘을 낼 수 있는 액체 연료 원지점 엔진(Liquid Apogee Engine)이 탑재되고 있습니다. 인공위성이 발사체와 분리된 후 정지궤도까지 올라갈 때 타원형의 천이궤도를 지나지 않아 큰 원형의 정지궤도로 이동합니다. 이 때 엔진은 4~5도 정도 연소를 하고 전체 연료의 약 70%의 1.3톤을 순식간에 쓰게 됩니다.짧은 시간에 많은 연료를 소비할 뿐만 아니라 원하는 궤도에 확실히 들어가기 위해서는 엔진의 추력 방향이 잘 정렬해야 합니다. 만약 정렬이 올바르지 않으면 엔진 연소 후에 그 오차만큼의 궤도를 친구가 나쁘게 되어 정확한 궤도로 되돌리기 위해 얼마 남지 않은 추진제를 역시 사용해야 하는 상황이 생길 것입니다. 인공위성의 수명은 그만큼 줄어들 것입니다. 단 한 방울의 연료도 아껴야 하기 때문에 엔진 정렬은 발사장 이송 직전에 따로 이뤄집니다. 발사 준비가 완료된 위성의 질량 특성(질량, 무게 중앙, 관성)을 측정해 엔진 정렬 시에 반영하기 때문입니다. 발사장이송되기전마지막위성작업이라고할수있습니다.

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현재 제한 항공 우주 연구원에는 내년 발사한 천리안 2B위성의 발사 환경 시험이 이루어지고 있습니다. 인공위성이 발사체에 실려 우주로 올라갈 수 있는 환경을 지면에서 미리 시험하고 우리가 개발한 위성이 이런 환경을 견디며 자신도 성능저하나 자기기능적인 사고가 없음을 확인하는 과정입니다.발사환경을모사하기위해위성은로켓에탑재되었을때처럼심한진동과충격,그래서소리를그대로겪게될것입니다. 이런 환경 시험 후에 성능에 사고가 있어서는 안 되는 것도 당연하지만, 소수점 단위로 세세하게 맞춘 정렬 측정을 기억하시죠? 진동 시험에 의해 정렬이 다소 리틀되면 실제로 우주로 올라가서도 위성의 정렬이 다소 리틀이 된다는 의미가 됩니다.따라서 발사 환경 시험 후 초기 정렬된 카메라, 안테나, 센서, 추력기 등이 전체 제한 범위 내에서 변이가 없는지 명확하게 확인해야 합니다. 따라서 발사환경 시험 후 위성체의 최종 정렬을 다시 하고 이를테면 시청자 자신의 초기 정렬 측정과 비교하여 변이한 것이 있는지, 위성의 정렬 안정성이 확보되었는지를 확실하게 매의 눈으로 파악해야 합니다.

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조립이 완료된 후에 최초로 수행되는 초기 정렬에 표준 2주일이 걸린다, 발사 환경 시험 이후 최종 정렬 수행에도 2주일 정도 기간이 필요합니다. 위성을 다 만들어 놓고도, 마루 1개월 간 정렬하겠다니... 얼마나 자기가 중요한 작업인지 실감나죠? 정렬 측정 결과를 바탕으로 실제 인공위성이 제어되고 작동하기 때문에 측정자 모두가 책입니다.감각을 가지고 설계 요구 조건을 맞추기 위해 진땀을 흘릴 수 밖에 없는데요. 이러한 과정을 통해 인공위성의 주요 장치는 하나의 좌표축을 기준으로 각각 설계된 각도와 위치에 정확하게 부착되어 측정된 후 처음입니다.무수행을 위한 준비태세가 갖춰집니다.위성의 정렬은 어렵고 지난한 1개지만 위성입니다"의 수행과 직결되는 것을 알우리 연구 팀은 한 순간도 늦출 수는 없습니다.부속병사들, 부디 오차없이 분발하라! 기획/제작:항공우주Editor 오요한자문/감수:정지궤도복합위성사업단 최종수입니다.연구원

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