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승현 설
5 years ago
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위성궤도상서비스용로봇기술동향 작성 : 한국항공우주연구원 IT융합기술팀 수명이다되거나예정된임무수명종료전고장이난통신위성을재활용하는것은 경제적으로막대한이익을가져다줄수있다. 이에따라우주에서수리재급유궤도 수정및근접운용과같은서비스를제공하는로봇위성에대한요구는최근들어서 [NASA, 2010] 급격히증가하고있는추세이다.

1 위성궤도상서비스용로봇기술동향 작성 : 한국항공우주연구원 IT융합기술팀 수명이다되거나예정된임무수명종료전고장이난통신위성을재활용하는것은 경제적으로막대한이익을가져다줄수있다. 이에따라우주에서수리재급유궤도 수정및근접운용과같은서비스를제공하는로봇위성에대한요구는최근들어서 [NASA, 2010] 급격히증가하고있는추세이다. 최근 Intelsat 社, Eutelsat社와같은대형위성사업자들이관심을가지고우주궤도 상서비스사업에투자하고있고관련기술을가진민간우주업체에서해당서비스를 제공하기위한사업을본격화하기시작하는등시장창출을위한환경변화가급격하 게이루어지고있다. [Intelsat 社의위성수명연장서비스첫고객기사( )] 캐나다 MDA社는 Intelsat社로부터투자받아 2010 년우주에서연료재급유, 위성 수리, 위성위치이동등다양한위성궤도상서비스를제공하기위한프로젝트를수 행한바있는데이를통해 5년동안약 10번의연료재급유서비스를제공하는것을 목표로하였다

2 [ 캐나다 MDA 社의우주궤도상서비스용로봇위성개념도] 이후 2016년 4 월, 위성사업자 Intelsat社는미국 Orbital ATK社와계약하여위성 수명연장기술을제공받는첫상업고객이되었으며, Orbital ATK 社는로봇위성인 MEV-1이 2019년본격적인우주궤도상서비스를시작할것으로전망하고있는상 황이다 [Intelsat, 2016]. 또한 2016년 3월에는미국고등무기연구개발국인 DARPA에서지 구정지궤도위성을대상으로우주궤도상서비스가능한기술들을민간회사로기술 이전하여민간상업시장을본격화하고서비스제공민간산업체를육성하기위한계 획을발표하였다 [DARPA, 2016]. [ 미국 DARPA 와민간업체우주궤도상서비스협력기사] - 2 -

이와 관련하여 미국 NASA는 이러한 시장의 변화 및 환경 변화에 대비하여 우주

모듈러타입(Moduler Type)의 위성 개발이 보편화 될 것으로 예상하였다.

부분적인 수리를 통해 재활용하여 수 명 연장이 가능할 것으로 전망하였으며, 이

Multimission Modular Spacecraft(MMS)인 Solar

중단되었지만, 1984년 최초로 우주 궤도에서 Challenger호로 유명한

부품을 교체 및 성공적으로 재가동 시키 는 임무를 수행하였으며, 재가동된

3 이와 관련하여 미국 NASA는 이러한 시장의 변화 및 환경 변화에 대비하여 우주 궤도상에서 다양한 서비스를 제공할 수 있는 매니퓰레이터 개발을 본격화 하고 있으 며, 중국에서도 2020년까지 로봇위성 개발에 대한 계획을 발표하였다. [미국 NASA 궤도 상 위성수리 장치 개발 뉴스 (Spacedaily News, )] 미국은 이미 1980년대 초에 향후 위성 기술의 발전으로 모듈러타입(Moduler Type)의 위성 개발이 보편화 될 것으로 예상하였다. 모듈러 타입의 위성 설계는 위 성의 일부가 고장이 나더라도 우주 궤도상에서 부분적인 수리를 통해 재활용하여 수 명 연장이 가능할 것으로 전망하였으며, 이 개념을 증명하기 위해 1980년 모듈러 타 입으로 설계 및 제작하여 발사한 Multimission Modular Spacecraft(MMS)인 Solar Maximum mission 위성이 1981년 자세제어시스템의 고장으로 임무가 중단되었지만, 1984년 최초로 우주 궤도에서 Challenger호로 유명한 우주왕복선 STS-41C의 로봇 팔로 SolarMax 위성을 캡쳐한 후 우주인이 부품을 교체 및 성공적으로 재가동 시키 는 임무를 수행하였으며, 재가동된 SolarMax 위성은 1989년까지 태양현상 관측 임무 를 수행하였다. [STS-41C payload bay에서 우주인에 의해 수리중인 SolarMax 위성 (NASA, 1984)] - 3 -

4 1984 년킥모터의장애로부정확한궤도상에위치하여제기능을발휘하지못한 Palapa B2위성과 Westar 6위성을 STS-51A 프로그램에서우주인의유인구동유닛 (MMU: Manned Maneuvering Unit) 을활용한우주유영으로캡쳐하고지구로보내 수리후재발사하여임무를수행하도록하였다. 수의위성들을궤도상에서수리한바있으며, 또한이후우주왕복선을이용하여다 허블우주망원경이고장이날때마다 1993년최초시도하여총 5회궤도상수리서비스를실시하여약 20년동안허블우 주망원경이운용될수있도록수명을크게연장시켰다. 이과정에서허블우주망원경 의고장수리뿐아니라전장부품의업그레이드를통해영상의선예도를향상시키거 나고효율태양전지판으로교체하여가용전력을높이고, 고정밀자세제어관련센서 교체를통해자세제어의정밀성을높이는등궤도상에서많은성능향상을도모할수 있었다. 또한미국은 2010 년우주비행사의선외활동(EVA) 에이용하기위한인간형로봇으로 Robonaut을개발하였으며우주왕복선과 ISS 승무원의선외업무량을줄이는것이주 목적으로, 원격조종을통한작업장준비및분해, 승무원의조수활동, 긴급상황에적용하 여우주비행사가없이도작업이가능하도록하는것을목표로개발되고있다. [Robonaut 2, (NASA, 2009)] 유럽우주청 ESA는 2011 년부터 Clean Space Initiative 프로그램을수행하고있으 며, 2016 년에는초소형위성을이용하여랑데부와포획기술을시도하는 Clean Space One 임무를, 2018 년에는위성수리또는우주급유에적용가능한랑데부/ 도킹/ 버싱기술의궤도상테스트임무인 각각수행할계획이다. DEOS(DEutsche Orbitale Servicing Mission) 를 - 4 -

GETEX/ETS-VII(GErman Technology EXperiment on ETS-VII) 프로젝트를통해서로봇팔을탑재한 2.5톤급체이서가 0.4톤급타겟을 붙잡는기술을우주상에서수행한이력이있다.

5 [ETS-Ⅶ의 Chaser와 Target(NASDA, 1997)] [ 독일 DLR의 3차원 6자유도로보틱테스트베드 (European Proximity Operations Simulator, EPOS) 시설] 독일항공우주센터(DLR) 은 1993년궤도상에서로봇팔을이용한지상원격조종시 험임무인 ROTEX(RObot Technology EXperiment on Spacelab D2-Mission) 를성공 적으로수행한바있고, 1999년 GETEX/ETS-VII(GErman Technology EXperiment on ETS-VII) 프로젝트를통해서로봇팔을탑재한 2.5톤급체이서가 0.4톤급타겟을 붙잡는기술을우주상에서수행한이력이있다. 또한 DLR은우주궤도상근접운용상 황을모사한 3차원 6자유도로보틱테스트베드인 EPOS(European Proximity Operation Simulator) 를제작하여랑데부/ 도킹, 사하게모사하여우주궤도상서비스기술개발및검증을하였다. 근접운용기술을실제우주환경과유 - 5 -

6 중국은 2013년 3기의위성 Chuangxin-3, Shiyan-7, Shijian-15를발사하여우주 파편관측과우주로봇팔테스트를수행하였다. 관련하여 1980년부터우주로봇팔에 대한연구를수행하고있고, 1993년에는유인우주기술과우주로보틱스에대한 863 프로그램을시작하였으며, 이후하얼빈기술대학(HIT) 을중심으로우주로봇팔에관 련된연구가진행되고있다. 또한 2010년중국항천과학기술그룹공사 CASC는 HIT 에 5억위안을투자하고우주로보틱스분야에서상당한기술력을가진독일 DLR과 HIT-DLR Joint Laboratory 를설립하는등다양한지원을통해우주로보틱스기술 발전을위한노력에힘쓰고있으며, 2023년에발사할중국형대형우주정거장에서 사용할우주로봇팔에대한연구가활발히진행중에있다. 한편, 국내에서는우주궤도상위성서비스를제공하기위한로봇위성시스템전반 에대한연구및연료재급유, 우주에서의위성수리관련연구는전무하며, 특히지 상에서완벽한미세중력을모사하기위한로보틱테스트베드에대한개발역시전무 한실정이다. 따라서관련산업의활성화가예상되는 2020년대초까지국내에서도 연구기간내핵심기술들을조기확보할필요성이요구되며, 로발돋움하기위해국가적관심이요구되는상황이다. 우주과학기술의선도국으 이글은아래논문및기사를참조하여작성하였습니다. [Intelsat, 2016] Satellite Industry, Pioneers In Space: Orbital ATK Announces Intelsat As Anchor Customer For New Satellite Life Extension Service, press release, April, stomer-for-new-satellite-life-extension-service/ [NASA, 2010] NASA Goddard Space Flight Center, On-orbit satellite servicing study, Project Report, October [DARPA, 2016] Military&Aerospace, DARPA kicks off RSGS program to build a space robot to maintain geosynchronous satellites, press release, May,