누리호 탑재 큐브위성 'K-HERO', 우주 안착·실증 착수

'K-HERO'의 우주 실증 임무가 본격화된다. 'K-HERO'는 한국형발사체 누리호 4차 발사 때 우주를 향해 쏘아 올린 큐브위성 12기 중 하나로, 홀전기추력기 우주 실증 임무를 수행하는 유일한 위성이다.

KAIST는 'K-HERO'가 27일 정오 지상국과의 첫 교신에 성공한 후 우주 검증을 위한 본격적인 임부 준비를 시작했다고 28일 밝혔다.

누리호의 큐브위성 발사관에 탑재되고 있는 큐브위성 'K-HERO'. 사진 출처=한국항공우주연구원. KAIST 제공

K-HERO는 27일 오전 4시경 미국 애리조나 SatNOGS 지상국에서 첫 비콘 신호가 확인됐고 이후 글로벌 지상국에서 10회 이상 신호가 수신됐다.

이어 27일 정오에 한국항공우주연구원(KARI) 지상국에서 비콘 수신에 성공하면서 정상적인 궤도 안착과 초기 위성 상태 안정성이 검증됐다. 비콘 분석 결과 위성 통신 안테나 4개도 성공적으로 전개된 것으로 확인됐다.

연구팀은 향후 양방향 교신을 통해 위성의 전력, 열 환경, 자세 안정성을 점검한 후 홀추력기 우주 작동 시험을 순차적으로 진행할 계획이다.

시험에서는 플라즈마 전류, 연료탱크 압력 변화, 열적 변화, 자기장 생성 특성, 작동 제어 알고리즘, 전력 공급 특성 등 핵심 데이터를 수집·분석해 60W급 초소형 홀추력기의 우주 환경 성능을 본격적으로 검증하게 된다.

홀추력기는 1회 작동 시 1mN(밀리뉴턴)급 추력을 1분간 발휘하는 실증 임무를 수행할 예정이다. 1mN은 지상에서 포스트잇 종이 한 장을 들어 올리는 힘에 해당한다.

하지만 진공상태의 우주에서는 공기 저항이 거의 없고 중력이 낮아 미세한 힘이라도 지속해서 작용하면 K-HERO 위성(중량 4㎏가량)의 속도나 궤도를 눈에 띄게 변화시킬 수 있어 실질적인 추진력으로 활용할 수 있다.

K-HERO에는 KAIST 원자력 및 양자공학과 최원호 교수 연구팀이 인공지능(AI) 기반 설계기술로 개발한 150W급 초소형 홀추력기가 탑재됐다.

홀추력기는 전기에너지를 이용해 제논(Xe) 연료를 이온화하고 고속으로 분사해 추력을 얻는 고효율 전기추진 기술을 말한다. 연비(비추력)가 높고 투입 전력 대비 추력 성능(60mN/㎾)이 뛰어나 대규모 위성군(SpaceX 스타링크 등)에서 심우주 탐사(NASA Psyche)에 이르기까지 널리 활용된다.

연구팀은 복잡한 플라즈마 생성 및 전자기장 최적화 문제를 해결하기 위해 AI 기반의 성능 예측 기법을 적용했다.

이를 통해 설계 반복 과정을 단축하고 실험 횟수를 줄여 개발 기간과 비용 절감 측면에서 뚜렷한 성과를 거뒀다. 이는 국내 초소형 전기추진 기술의 수준을 한 단계 끌어올리는 성과로 평가된다.

이번 홀추력기 개발에는 최 교수 연구팀이 설립한 전기추진 전문 스타트업 코스모비㈜(Cosmo Bee)도 참여했다. 연구팀과 코스모비는 K-HERO 운용 경험을 기반으로 저전력 홀추력기 시스템 상용화, 초저궤도(VLEO)·심우주 탐사용 고효율 홀추력기 개발을 추진해 국내 소형위성 전기추진 산업 경쟁력 강화에 기여할 계획이다.

최 교수는 "K-HERO의 임무 성공은 실험실 내 기초 물리연구에서 시작된 플라즈마 전기 추력기 기술을 우주 검증 단계까지 끌어올린 성과"라며 "이는 국내 소형위성 전기 추력기 상용화의 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr