일본 위성 2기 탑재 H2A 로켓 발사 성공! 초저궤도 위성기술 시험

일본은 지구 온난화 예측의 정확도를 높이기 위해 기후 변화 관측 위성 ‘시키사이(GCOM-C: Global Change Observation Mission 色彩)’와 초저궤도에서 비행하는 기술시험기 ‘츠바메(SLATS: Super Low Altitude Test Satellite 제비)’ 2기의 위성을 실은 H2A 로켓 37호기를 23일 오전 10시 26분쯤 남부 가고시마현의 타네가시마(種子島) 우주센터에서 발사했다.

엔진 역 분사로 2기의 위성을 다른 높이의 궤도에 진입 시키는데 처음으로 성공했다. 2017년 1월 일본 방위성의 첫 독자위성인 방위통신위성 발사 이후 올해들어 6번째의 로켓 발사다.

로켓은 순조롭게 비행하며 발사 약 16분 후에 고도 790km 부근에서 ‘시키사이(GCOM-C)’를 예정 궤도에 진입시켰다.

이후 로켓 자세를 반전시켜 엔진을 역 분사로 고도를 낮춰 가며 발사 약 1시간 48분 뒤인 오후 0시 14분쯤 고도 480km 부근에서 두번째 위성 ‘츠바메(SLATS)’도 예정 궤도에 진입시키며 발사에 성공했다.

2기의 위성을 다른 높이의 궤도에 진입시킨 것은 이번이 처음으로, 앞으로 일본산 로켓을 이용한 위성 발사 수요가 증가할 것으로 기대된다.

JAXA는 로켓발사 장면을 유튜브 라이브로 중계했다.
20분 50초에 로켓 액티베이트, 21분 8초에 플라이트 모드 온, 21분 15초 시스템 준비완료 후 엔진 스타트

위성발사 비용 절감

이번 H2A 로켓 37호기는 기후 변화 관측 위성 ‘시키사이(GCOM-C)’와 초저궤도 위성기술 시험기 ‘츠바메(SLATS)’ 2대를 탑재한 후 엔진 역 분사로 각각 다른 궤도에 투입하는 새로운 비행에 도전했다.

우주항공연구개발기구(JAXA)와 로켓을 생산하는 미츠비시 중공업은 지금까지 H2A 로켓 개량 작업을 통해 고도화를 추진해왔다.

2015년 11월에 정지 위성을 쏘아 올린 29호기에서 고도화된 2단 로켓을 본격적으로 운용, 출력을 조절하는 밸브로 엔진 점화 및 중지를 3회 반복 할 수 있도록 개선했다.

기존의 정지 위성은 고도 300km에서 분리되어 그 지점에서 위성 자체의 힘으로 정지 궤도에 진입시켰지만, 고도화에 따라 더 높은 궤도까지 위성을 가지고 갈 수 있어 위성 자체의 부담이 줄어들었다.

이 기술을 응용하여 이번에는 2개의 위성을 각각 다른 궤도에 진입시키는 첫 발사에 도전했다.

2단 엔진의 첫 점화 후 발사 약 16분 정도 뒤에 ‘시키사이(GCOM-C)’를 고도 790km 부근에서 분리시킨 후 로켓의 자세를 반전시켜 2차 점화를 하여 고도를 낮추었다.

그리고 세번째 점화를 하여 발사 약 1시간 48분 후에 ‘츠바메(SLATS)’가 고도 480km 부근에서 분리되었다.

이번 발사 성공으로 위성의 대당 발사 비용을 절감할 수 있게 되었고 미츠비시 중공업은 상업위성 발사 사업을 확대할 계획이다.

초저궤도에서의 위성 운용 기술 획득

JAXA가 기술 시험기 ‘츠바메(SLATS)’를 통해 확보할려고 하는 것은 300km 이하의 초저고도 궤도에서 위성을 운용하는 기술 획득이다.

광학 카메라와 레이더를 통해 지상을 관측하는 지구 관측 위성은 고도가 낮을수록 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있고 소비 전력도 줄일 수 있다.

JAXA에 따르면, 고도 700km에서 약 140cm 정도의 해상도를 얻을 수 있는 카메라는 고도 200km에서는 해상도 40cm의 고해상도 이미지를 얻을 수 있다는 것이다.

그러나 고도가 낮아지면서 공기의 저항이 강해 고도를 유지하는 것이 어렵기 때문에 현재 지구 관측 위성은 고도 600km~800km의 궤도에서 지구를 관측하고 있다.

고도 400km 부근을 비행하는 국제 우주정거장은 그대로 두면 고도가 내려 가기 때문에 정기적으로 우주 수송선 등의 엔진을 이용하여 고도를 올리는 리부스트를 실시하고 있다.

고도 300km 이하의 초저궤도의 우주는 고도 600km에 비해 대기 저항이 1000배로 증가하기 때문에 대부분 활용되지 않는 것이 현실이다.

위성의 궤도는 500km에서 1500km사이에 놓이는 저궤도 위성, 5000km에서 15000km의 중궤도위성, 그리고 지구의 자전 속도와 같은 위성의 속도를 갖는 35786km에서의 정지궤도 위성이 있다. 고도 200 km 이하에서는 지표와 너무 가까워 궤도를 유지하기 위해 요구되는 속도가 너무 빨라서 물체가 연소하기 때문에 고도 200km 이하로는 궤도 형성이 불가능하다.

JAXA는 초저고도 궤도를 활용하면 보다 정확한 관측 외에도 위성의 소형화 및 저전력화로 개발 비용도 줄일 수 있다며 ‘츠바메(SLATS)’를 이용하여 위성 운용 방법을 입증할 계획이다.

‘츠바메(SLATS)’는 대기의 저항이 큰 궤도에서 이온엔진을 사용하여 고도를 유지할 수 있는지 여부와 광학 카메라를 탑재하고 엔진을 사용하면서 정밀 관측이 가능한지 확인할 예정이다.

‘츠바메’는 폭과 높이가 약 1m, 길이 2.5m, 태양광 패널은 중심을 안정시키기 위해 6도 기울어져 있어 마치 새가 날개를 펴고 하늘을 날고 있는 모양을 하고 있다.

이온엔진 (Ion engine)은 전기 추진 방식을 채용한 로켓 엔진의 일종으로 마이크로파를 사용하여 생성된 플라즈마 상태의 이온을 정전기장에서 가속  분사하여 추진력을 얻는다. 이온 추진, 이온 로켓, 이온 트러스트(thruster)라고도 한다. 최대 추진력은 작지만 비교적 적은 연료로 장시간 작동시킬 수 있어 발사 후의 인공 위성이나 우주 탐사선의 궤도 제어에 많이 이용된다.

JAXA 지구관측위성 특별사이트

일본이 자체 개발한 로켓 H2A에 대하여