원자력/우주항공

외계행성 대기 탈출 연구에서 취득한 성과

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중국과학원 윈난(云南)천문대 연구팀은 태양계 외부 행성 대기의 유체 역학적 탈출을 연구하고 행성 물질 손실률을 추정하는 에너지 제한 방정식을 수정했다. 해당 성과는 "Astronomy and Astrophysics"에 게재되었다. 학계관측과 이론적 발견에 따르면, 일부 외계행성은 대기 탈출을 경험한다. 대기탈출은 행성의 구성, 분포 및 진화에 영향을 미칠 수 있다. 행성대기의 물질 손실률은 대기탈출을 나타내는 주요 물리량이다. 행성은 주성의 강한 X선과 극자외선의 복사를 받아 대기가 가열된 후 팽창되어 행성의 중력 포텐셜을 극복하고 탈출하며 지속적인 물질 손실이 동반된다. 탈출한 입자는 일정한 운동에너지와 열에너지를 보유한다. 단위 시간당 탈출한 입자 질량을 질량 손실률이라 한다. 가열된 대기의 에너지가 모두 행성의 중력 포텐셜을 극복하는데 사용된다고 가정하면 행성 물질 손실률의 에너지 제한 방정식을 도출할 수 있다. 행성의 물질 손실률을 정확하게 추정하는 것은 행성의 형성과 진화, 그리고 대표본 조합을 연구함에 있어서 중요한 의미가 있다. 연구팀은 대기탈출의 1차원 유체역학 모델을 이용하여 근 450개의 외계행성 시스템을 연구하여 유체역학적 물질 손실률, 가열 효율 및 극자외선 특성 흡수 반경을 밝혔다. 또한 이를 기반으로 에너지 제한 방정식의 물질 손실률과 비교하였다. 연구 결과, 행성이 흡수한 극자외선복사 플럭스 또는 물질 손실률이 특정 값보다 높을 경우 에너지 제한 방정식이 추정한 물질 손실률은 유체역학적 모델에 의해 주어진 물질 손실률보다 더 높았다. 즉, 물질 손실률이 높게 추정되었다. 에너지 제한 방정식에서 탈출 입자의 운동 에너지와 열에너지를 고려할 경우, 에너지 제한 방정식의 물질 손실률은 유체 역학과 거의 일치했다. 이는 행성의 중력 포텐셜과 X선 및 극자외선 복사의 적산 유량의 곱셈 증가에 따라 입자의 운동 에너지와 열에너지 변화의 합이 점차 증가하기 때문에 행성의 포텐셜 에너지 변화와 비교할 수 있다.

세계 첫 대집성 항공물리탐사 원격감지조사 항공기

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최근 톈진에서 열린 제21회 중국국제광업대회에서 자연자원부 중국지질조사국은 "항공지질 1호" 고정익 항공기 모형을 전시했다. 동 항공기는 현재 세계 첫 유일하게 중력, 자기장, 항공촬영, 초분광 원격탐사 등을 대집성한 항공물리탐사 종합측정플랫폼으로서 항공물리탐사, 항공원격감지조사 등 면에서 세계 선진수준에 도달했다. 동 항공기는 쌍발 부스터, 안전 및 평온, 연료 절약 및 친환경, 장거리, 초저공 비행성능을 보유한다. 또한 모래먼지, 저온, 습열, 염무(salt fog), 주야, 복잡 기상조건에서 작업할 수 있기에 고산·고원 지역의 항공물리탐사 원격감지조사는 물론 저해발 평원·구릉 및 해역 지질조사 작업에도 응용할 수 있다. 아울러 기초지질, 에너지자원, 광산, 재해 비상대응, 자연자원 관리·계획 등 여러 분야에 이용 가능하다. 동 항공기는 중국 항공물리탐사 원격감지조사 관련 기기설비 및 개선기술이 전반적으로 세계 선진수준에 도달했음을 의미하는 중요한 상징이다. 동 항공기는 200~10,000m 해발고도에서 비행할 수 있고 280~500km/h 범위에서 비행속도를 제어할 수 있으며 최대 비행거리는 4,000km이다.

가오펀 10호 위성 발사 성공

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2019년 10월 5일, 중국은 타이위안위성발사센터에서 창정 4호 병(长征四号丙) 운반로켓으로 가오펀(高分) 10호 위성을 성공적으로 발사해 예정궤도에 순조롭게 진입시켰다. 가오펀 10호 위성은 고해상도 지구관측시스템 국가과기중대특별프로젝트의 극초단파 원격탐사위성으로서 지상 화소 해상도는 최대로 서브미터급에 도달한다. 주로 국토센서스, 도시계획, 토지권리 확정, 도로망 설계, 농작물 수확량 예측, 재해 예방·감소 등 분야에 이용되며 "일대일로" 등 국가중대전략 실시 및 국방 현대화 건설에 정보 보장을 제공할 전망이다. 창정 4호 병 운반로켓과 가오펀 10호 위성은 중국항천과기그룹유한회사 산하 상하이우주기술연구원이 개발했다. 이번 임무는 창정계열 운반로켓의 314번째 우주비행이다.

중국과학원, 창어 4호 착륙 위치 정밀 확정

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최근, 중국과학원 국가천문대 리춘라이(李春來) 연구팀은 중국우주기술연구원과 공동으로 데이터를 이용해 창어 4호(嫦娥四號)의 착륙 위치를 정밀하게 확정함과 아울러 달착륙 과정을 재현했다. 해당 성과는 달뒷면 제어점 연구 및 고정밀도 달 매핑(Mapping)에 기반을 마련함과 아울러 중국의 향후 심우주 탐사에 기술 지원을 제공했다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 온라인으로 게재됐다. 달표면 연착륙은 일반적으로 지상에서 실시간 제어할 수 없기에 탐지기에 탑재된 센서를 이용해 자체로 계측 제어해야 한다. 따라서 탐지기 동력 하강 단계 궤적 재구성, 착륙점 위치 정밀 확정은 중요한 공학적 및 과학적 의미가 있다. 달의 정면에 연착륙할 경우 탐지기의 하강 궤적 및 착륙 위치를 지상 설비를 통해 측정할 수 있다. 하지만 달뒷면에 연착륙할 경우 달에 의한 차단으로 지상 설비를 이용해 측정할 수 없으며 또한 중계위성이 지상에 전송하는 원격측정 데이터의 제한으로 탐지기 착륙점을 정밀하게 확정할 수 없을 뿐만 아니라 하강 궤적을 재구성하기 매우 어렵다. 연구팀은 창어 2호 고해상도 지형 데이터와 창어 4호 착륙 과정 및 달표면 탐사 과정에서 획득한 멀티소스(Multi-source) 이미지 데이터를 결합해 창어 4호의 달뒷면에서 대략적인 장애물 회피 및 정밀 장애물 회피 등 자율항법 착륙 과정을 정밀하게 재구성함과 아울러 탐지기의 정밀 위치결정을 구현했다. 해당 성과는 창어 4호 착륙장치 및 위투 2호(玉兔二號) 월면차로 과학탐사를 수행하는데 배경 정보 및 위치 기준을 제공함과 아울러 중국이 향후 소행성 착륙, 화성 연착륙 등 과학탐사 임무를 수행하는데 기술 지원을 제공할 전망이다.

윈하이 1호 02위성 발사 성공

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2019년 9월 25일 8시 54분, 중국은 주취안위성발사센터에서 창정 2호 정(长征二号丁) 운반로켓으로 윈하이(云海) 1호 02위성을 성공적으로 발사해 예정궤도에 순조롭게 진입시켰다. 동 위성은 주로 대기해양환경요소 탐측, 우주환경 탐사, 재해 방지·감소 및 과학실험 등 분야에 사용된다. 창정 2호 정 운반로켓과 윈하이 1호 02위성 모두 중국항천과기그룹유한회사 산하 상하이우주기술연구원에서 개발했다. 이번 임무는 창정계열 운반로켓의 제313차 우주비행이다.

1개 로켓 2개 위성, 제47, 48호 베이더우 항법위성 성공적 발사

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중국은 2019년 9월 23일 5시 10분, 시창(西昌) 위성발사센터에서 창정(长征) 3호 을(乙) 탑재로켓과 위안정(远征) 1호 윗단을 이용하여 "1개 로켓 2개 위성"의 방식으로 제47, 48호 베이더우(北斗) 항법위성을 성공적으로 발사했다. 두 위성은 모두 중형지구궤도위성으로서 현재 구축 중인 중국 베이더우 3호 시스템의 네트워킹 위성이다. 3시간 남짓이 비행 후, 위성은 순조롭게 예정 궤도에 진입하였고 궤도상 시험 후 적시에 접속하여 서비스를 제공할 예정이다. 두 위성은 해당 궤도에서 최초로 경량수소 원자시계와 새 내비게이션 작업 프로세스를 장착하여 위성의 기능 지표와 서비스 질을 효과적으로 향상시켰다. 또한 국제 수색구조 페이로드를 탑재하여 베이더우 위성 항법 시스템의 수색구조 능력과 수색구조 범위를 더욱 향상시킬 수 있다. 이번 위성 발사는 베이더우 3호 네트워킹이 기본 시스템에서 완전 시스템으로의 전환 및 업그레이드를 의미하며 또한 베이더우 위성이 2019년도의 고밀도 발사 단계에 진입하였음을 의미한다. 현재 베이더우 위성 항법 시스템의 글로벌 네트워킹 발사는 이미 카운트다운 단계에 진입하였다. 베이더우 위성은 기타 글로벌 위성 항법 시스템과 함께 보다 정확하고 안정적이며 신뢰성이 있는 위치확정, 내비게이션 및 시보 서비스를 전 세계에 제공함으로써 전세계의 중요 공공 서비스 공간 인프라로 거듭날 전망이다. 이번에 발사한 베이더우 항법위성과 운반로켓(및 위안정 1호 윗단)은 중국항천과기그룹유한회사 소속 중국우주기술연구원과 중국운반로켓기술연구원에서 각각 총괄 개발했으며 이는 창정 시리즈 탑재 로켓의 312차 비행이다.

대형 선진 상용 가압수형 원자로 연료집합체 양산화

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최근, 중국 중핵그룹(CNNC)의 4세트 CF3 연료집합체가 타이산(秦山) 2기 4호 유닛 원자로에 사용되어 테스트에 들어갔다. 기존에 이미 8개 세트 CF3 연료집합체가 팡자산(方家山) 원자력발전소 2호 원자로에 사용되었다. 2019년 년 말에는 추가로 8개 세트 CF3 연료집합체가 타이산 2기 1호 원자로에 사용될 예정이다. 이는 중국이 자체 개발한 최초의 대형 상용 가압수형 원자로 연료집합체가 양산화 및 산업화 응용 단계에 진입했음을 의미한다. CF3 연료집합체는 중핵그룹이 자체개발한 선진 핵원료소자 브랜드로서 가장 강력한 중국 "칩"으로 불린다. 이는 중핵그룹이 고성능 핵원료 개발 기술을 전면적으로 파악하고 국제시장에서 경쟁력을 보유한 완전한 자체 연료 시스템과 제품 공급능력을 구비했음을 의미한다. 여러 발전소 운행조건에서의 방사선 조사 모드는 CF3 연료집합체로 하여금 더 광범위한 적용성을 갖게 한다. 이는 CF3 연료집합체가 제품 개발로부터 전면적으로 사용되기까지의 중요한 첫 걸음이다. CF3 연료집합체는 화룽(华龙) 1호, 링룽(玲龙) 1호 및 옌룽(燕龙) 저온난방용 원자로 등에 적용된다. 이는 중국의 자주 3세대 원자력발전소건설, 원자력 발전의 대규모 응용, 중국 원자력 산업이 국제 시장으로 진출하기 위한 견고한 기반을 마련하였으며 또한 중국 에너지 공급 안전에 중요한 의미가 있다. CF3 연료집합체 연구팀은 신형 N36 지르코늄합금 피복관 기술과 자체 혁신 디자인을 결부하여 연료집합체 제조 기술 연구, 원자로 외부 시험편 제작, 연료집합체 외부 시험 개발, 파일럿 연료집합체의 원자로 진입 안전 평가 및 원자로 진입 방사선 조사와 풀사이드 검사 연구를 통하여 구조와 수력학적으로 기존의 원자로 코어와 호환 가능하고 자체 지적재산권을 가진 CF3 연료집합체를 개발했다. 또한, CF3 연료집합체의 양산화 기술과 산업화 응용 기술 파악, 공법 최적화, 경제성 향상 등을 통해 N36 지르코늄합금 등 다양한 국내산 원자재가 CF3 연료집합체에서의 대량 응용을 달성함으로써 CF3시리즈 연료소자의 핵심 제조공법을 파악하고 연료집합체 양산 기술 시스템과 품질 관리 시스템을 구축했다.

ITER 첫 대형 초전도마그넷 코일 개발

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최근, 중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 플라스마물리연구소가 개발한 국제열핵융합실험로(ITER) 계획의 첫 대형 초전도마그넷 코일-폴로이달 자기장 6호 코일(PF6 코일)이 조립을 마치고 해상운송 방식으로 프랑스 ITER 현장에 운송됐다. PF6 코일은 ITER 실험로 초전도마그넷의 밑부분에 위치하여 있기에 반드시 가장 먼저 설치해야 하는 매우 중요한 대형 코일 부품이다. 해당 코일은 9개의 감아서 제조한 더블 케익 구조 코일 몸체 및 일련의 지지 부품으로 구성됐으며 총 무게는 400t에 달한다. 해당 코일을 감아서 만드는데 사용된 나이오븀-티타늄 초전도체의 길이는 약 13.5 Km이며 코일 본체 외경은 약 11.2m이고 케익형 구조이며 외형은 중국 고대의 화씨벽과 유사하다. PF6 코일은 세계 최대 무게, 최고 개발 어려움의 초전도마그넷으로 에너지 저장량은 중국 EAST 장치 최대 폴로이달 자기장 자성체의 60배에 달한다. PF6 코일의 정상적 작동은 플라스마를 "점화"시킴과 아울러 플라즈마의 안정한 "연소"를 유지할 수 있을지의 여부와 ITER 장치 운전의 성공을 결정하는 주요 코일이다. PF6 프로젝팀은 2년 남짓한 연구를 거쳐 해당 핵심 기술을 파악했다. PF6 코일 제조에 사용한 핵심 제조 공법 및 부품은 1차적으로 ITER 국제팀의 인증에 통과됐고 더블 케익 구조 코일 제조 합격률은 100%에 달했으며 초전도 연결기 성능은 ITER 기술 요구를 초과했다. PF6 코일의 성공적 제조는 선진국에서 해당 기술을 독점하던 국면을 개변시켰고 생산설비의 전체적 국산화를 달성함과 아울러 초전도마그넷 제조 표준 및 관련 규범을 발전 및 완벽화했으며 선후하여 10여 항목의 특별 프로젝트 표준을 개발함으로써 중국이 향후 핵융합로 표준 구축에 유익한 참조적 가치를 제공함과 아울러 중국-유럽의 핵융합 에너지 분야에서 협력 심층화 및 광범위화에 성공적 사례를 제공했다.

"주하이 1호" 03조 위성 발사 성공

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2019년 9월 19일 14시 42분, 중국은 주취안위성발사센터에서 창정(長征) 11호 운반로켓으로 "로켓 1개에 위성 5개" 방식으로 "주하이(珠海) 1호" 03조 위성을 성공적으로 발사해 예정궤도에 순조롭게 진입시켰다. 상업 원격탐사 위성 프로젝트인 "주하이 1호" 위성 프로젝트는 34개 위성을 개발 및 발사해 비디오 영상, 하이퍼스펙트럼, 합성개구레이더, 적외선 이미징 등 관측능력을 보유한 위성성좌를 구축할 계획이다. 또한 해당 위성성좌로 획득한 원격탐사 데이터로 자연자원, 생태환경, 농업·농촌 등 응용에 서비스를 제공할 예정이다. 2017년 6월 15일에 동 위성 성좌의 01조 2개 비디오 위성이 발사되었고 2018년 4월 26일에 02조 5개 위성이 발사되었다. 이번에 발사한 03조 5개 위성에는 0.9m 해상도 비디오 위성 1개와 10m 공간해상도, 2.5나노미터 분광해상도, 150km 광폭, 256개 주파수대 하이퍼스펙트럼 위성을 각각 1개씩 포함한다. 동 위성 성좌는 현재 도합 8개 하이퍼스펙트럼 네트워크 위성을 운영하고 있으며 이틀 반에 지구를 커버하고 하루에 특정지역을 재방문할 수 있어 중국의 하이퍼스펙트럼 위성 데이터 수집능력을 대폭 향상시킬 전망이다. 창정 11호 운반로켓 개발은 중국항천과기그룹 제1연구원이, 위성 제품 개발 및 생산은 하얼빈공업대학이, 응용시스템 구축 및 운영은 주하이어우비터(歐比特)우주과기주식유한회사가 담당했다. 이번 임무는 창정 계열 운반로켓의 311번째 우주비행이다.

중국 첫 민간 하이퍼스펙트럼 업무위성 발사 성공

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2019년 9월 12일 11시 26분, 중국은 타이위안위성발사센터에서 창정 4호 운반로켓으로 5m 광학 업무위성을 예정궤도에 성공적으로 진입시켰다. 광폭 하이퍼스펙트럼 및 멀티 스펙트럼 데이터를 효과적으로 획득할 수 있는 동 위성은 자연자원 위성관측시스템을 더한층 보완함과 아울러 후속 계열 위성과 네트워크를 구축해 세계 선진적인 업무화 지구 분광탐사 능력을 형성할 전망이다. 중국이 자체적으로 개발 운영하고 있는 첫 민간 하이퍼스펙트럼 업무위성인 5m 광학 업무위성은 중국 우주인프라계획의 주요 모델로서 민간 우주 인프라 신형 지구관측위성 개발에서 거둔 또 하나의 중요한 성과이다. 향후 5m 광학 업무위성은 가오펀(高分) 5호 위성과 협동 관측을 수행하는 한편 후속 위성과 육지자원 중간 해상도 위성 성좌를 구축해 커버영역 및 재방문 능력을 더한층 향상시킬 예정이다. 국가 "우주 인프라 계획", "육·해 계획"이 점차적으로 실시됨에 따라 2025년에 이르러 자연자원 분야에서 육지 중간 해상도 위성성좌, 고해상도 위성성좌 등이 잇따라 구축될 예정이며 풀 컬러, 멀티 스펙트럼, 하이퍼스펙트럼, SAR, 라이다 등 하중을 포함한 전천후, 풀 스펙트럼 원격탐사 데이터 지원시스템이 형성되어 중국의 천지(天地) 일체화 자연자원 조사 및 감독관리시스템 구축에 기반을 마련할 예정이다.