원자력/우주항공

중국과학원, 우주도킹 촬영기술 제공

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중국과학원 시안광학정밀기계연구소가 개발한 정밀장비 ‘광학 이미징 센서 시스템’은 선저우8호와 톈궁1호 도킹의 ‘눈동자’로서 우주도킹을 유도했다. CCD 광학 센서는 주요 내비게이션 센서이며, 측량 효율성은 도킹 내비게이션 정보획득의 정확성과 직결된다. 시안연구소가 개발한 광학 이미징 센서 시스템은 CCD카메라의 ‘눈동자’로 불리며, CCD카메라를 위해 핵심 광학 정보를 제공했다. 이 정밀장비는 유인 우주선과 톈궁1호 간 근거리에서의 유일의 측량장비이며, 광학시스템은 선저우8호와 톈궁1호 접근 범위 내의 상대적인 변이가 0.018%보다 작을 것을 요구한다. 시안연구소는 초고정밀도 센서 광학시스템을 개발했을 뿐만 아니라 중국 내 왜곡 테스트 최고 정밀도, 즉 불확정도가 ±0.2미크론보다 뛰어난 고정밀도 왜율계(Distortion Meter) 개발에 성공하여 CCD 광학 이미징 센서 시스템의 테스트에 활용되었다. 시안연구소가 개발한 로켓과 우주선 탑재 촬영장치는 톈궁1호와 선저우8호 발사시스템에 활용된 바 있으며, 발사과정 화면 획득에 성공했다. 시안연구소는 선저우8호우주선을 위해 로켓탑재 촬영장치 4대, 우주선 추진모듈 밖에 설치한 촬영장치 2대, 모듈 내 일부 촬영장치 렌즈 등 많은 광전자제품을 개발하여 선저우8호 발사과정에서의 부스터 분리, 1단과 2단 분리, 페어링 분리, 위성과 로켓 분리, 선저우8호 추진모듈 밖 사진을 촬영한 토대 위에 모듈 밖에 설치된 촬영장치는 또한 선저우8호와 톈궁1호의 도킹동작을 촬영하기도 했다. 앞으로 시안연구소의 광학 이미징 센서 시스템은 선주우 9호와 10호의 정밀 도킹을 위해 내비게이션 서비스를 제공할 전망이다.

선저우8호와 톈궁1호 우주도킹 성공

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11월 3일 새벽 1시 36분 톈궁1호와 선저우8호는 중국 최초의 우주도킹에 성공했다. 초기의 접촉에서 잠금 완료까지 8분이 걸렸으며, 조합체는 아름다운 자세로 비행하고 있다. 이로써 중국은 우주선의 우주도킹기술을 장악한 세계 3번째 우주대국으로 부상했다. □ 도킹과정 - 베이징우주비행제어센터의 정확한 제어로 선저우8호는 11월 2일 23시 8분에 28번째 바퀴를 도는 순간 톈궁1호와의 상대적인 거리가 약 52km 떨어진 곳에서 도킹비행 자체제어 단계에 진입 - 11월 3일 0시 3분 선저우8호는 4회의 자체 궤도수정 제어를 거쳐 톈궁1호와 약 5km 떨어진 접근입구에 도착 - 1시 2분 우주선 도킹장치가 천천히 나왔으며, 상대적인 거리가 400m인 정박점에서 선저우8호가 3분간 멈춰 도킹장치의 준비상황을 확인 - 상대적인 거래가 약 200m가 되자 우주선 도킹 신호등이 켜짐 - 1시 16분 선저우8호가 140m의 정박점에 도착 - 4분이 지난 뒤 선저우8호가 재차 움직이기 시작해 초당 0.5m의 속도로 톈궁1호와 직선 접근 - 1시 23분 상대적인 거리가 30m인 정박점에 도착한 후 지상 과학자들이 두 우주장치의 도킹준비 상태를 최종 확인 - 그 뒤 선저우8호가 초당 0.2m의 상대적인 속도로 30m의 정박점에서 벗어나 톈궁1호에 천천히 접근 - 상대적인 속도가 늦어 보이지만 실제상 선저우8호와 톈궁1호는 초당 7.8km의 속도로 지구 주위를 돌고 있으며, 30m 거리를 비행하는 데 0.004초만 소요 - 1시 28분 선저우8호와 톈궁1호의 도킹 링이 가볍게 접촉하자 우주선 꼬리부분의 엔진 4대가 즉각 점화하고, 선저우8호 도킹장치의 3개 포착 잠금장치가 톈궁1호 도킹장치의 3개 클랩프장치와 물려 조합체를 이룸. 선저우8호와 톈궁1호가 유연성 연결을 실현하자 선저우8호 엔진은 즉각 작동을 멈춤 - 1시 29분 도킹장치 포착 완료. 이 시기 두 우주장치는 칭하(青海)성 성공을 지남. - 조합체는 운행하면서 과학시험을 진행. 앞으로 조합체는 12일간 비행한 후 자체 유도 제어와 도킹장치의 신뢰성을 검증하고 두 번째 도킹시험을 진행함

릴레이 위성, 톈궁1호와 선저우8호 도킹 통신 보장

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□ 릴레이 위성, 톈궁1호와 선저우8호 도킹 통신 보장 11월 1일 새벽 7시 8분, 중국의 릴레이위성 톈렌(天链)1호 01위성과 02위성이 선저우8호우주선을 정확하게 포착하여 통신 링크(communication link)를 구축하고, 톈궁1호와 선저우8호의 우주도킹 전체 과정에 대한 신뢰성 관측제어 통신보장을 제공한다. 릴레이위성 시스템은 선저우8호우주선의 관측제어 커버리지 비율(coverage rate)과 전송 속도를 크게 향상시키고, 지상과 우주선 간 더욱 긴 연속통화를 실현하며, 해상도가 높아진 영상 데이터를 전송한다. 릴레이위성 시스템은 신형 우주정보 전송시스템으로서 우주선을 위해 추적, 관측제어, 데이터 릴레이 등 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 톈렌1호 01위성과 02위성으로 구성된 중국 1세대 릴레이위성 시스템은 이미 톈궁1호 임무에 응용되어 관측제어 커버리지 비율과 전송속도를 대폭 향상시켰다. 릴레이위성 시스템은 앞으로 고궤도 커버리지 비율, 다양한 유형의 데이터 실시간 전송, 다중목표 관측제어 통신 등의 우위를 충분히 발휘해 톈궁1호와 선저우8호를 위해 원격관측, 원격조종, 그래픽, 음성 데이터의 실시간 고속 전송과 궤도 측정/결정 서비스를 제공한다. □ 선저우8호 귀환모듈 중량 8.7kg 감소 선저우8호는 궤도모듈과 추진모듈 및 귀환모듈 구조를 적용했으며, 귀환모듈만 지상으로 귀환한다. 귀환모듈은 귀환 시 대기층과 큰 마찰이 생기고 게다가 주위 공기압축으로 표면온도가 섭씨 수천 도에 이른다. 효율적인 방열과 단열 조치를 채택하지 않을 경우 모듈이 타버릴 수 있다. 과학자들은 선저우 1-7호 귀환모듈 삭마상황을 분석하고, 삭마가 상대적으로 심한 모듈의 바람 맞받는 면이 수 밀리미터 두께의 재료만 삭마되었을 뿐, 바람 등진 면은 기본상 삭마현상이 나타나지 않았음을 발견했다. 이번에 우주재료 및 공법연구소는 귀환모듈 벽에 대해 바람 맞받는 면의 밀도가 0.71g/㎤인 H96 방열재료와 바람 등진 면의 밀도가 0.541g/㎤인 H88 방열재료의 비율을 1∶1에서 1∶2로 조정하여 8.7kg의 무게를 줄이는데 성공했다. 한편 기술자들은 대규모 면적의 진공 주입 공법을 채택했는데, 그 효과가 미국 아폴로우주선이 적용한 공법의 5배에 해당되어 연구개발 주기를 뚜렷이 단축시켰다. 세계적으로 우주선 귀환모듈의 방열과 단열은 주로 흡열식 방열, 복사식 방열, 부식 방열의 세 가지 방법을 채택한다. 중국의 선저우우주선은 독자적으로 개발한 부식 방열을 위주로 하고, 복사식 방열과 단열을 보조로 한 방열/단열 재료 체계를 적용했다. □ 도킹 장소를 간수성과 산시성 상공으로 정한 이유 선저우8호와 톈궁1호는 11월 3일 새벽 도킹 시 중국의 간수(甘肃)성과 산시(陕西)성 상공을 지난다. 베이징비행제어센터에 의하면, 간수성과 산시성 두 곳은 관측소가 집결되고 원호 아치(segmental arch) 모양을 이루어 관측제어로 전체 도킹과정을 볼 수 있다. 한편 간수성과 산시성 두 곳은 릴레이위성 톈렌1호 01위성과 02위성의 관측 적용범위로서 선저우8호와 톈궁1호가 140m 사이를 둔 정지지점에서 최종 잠금단계까지의 접근을 확보할 수 있다. 궤도 운행 때문에 최초의 도킹은 밤에 진행된다. 태양 광선이 조사할 수 없는 음영지역에서 도킹이 이루어지기 때문에 육안으로 보기 힘들며 전문 방법으로 관측할 수밖에 없다. 2번째 도킹은 낮에 진행되며, 위치가 역시 간수성과 산시성 상공이다. □ 헤이룽쟝바이농지개간대학의 우량종 식물, 선저우8호에 탑재 헤이룽쟝바이농지개간대학(黑龙江八一农垦大学)이 선정한 참외 품종 7개와 수박 품종 4개가 선저우8호에 실려 앞으로 우주육종 실험을 진행한다. 중국에는 58개의 우주육종기기가 개설되어있으며, 헤이룽쟝성에는 유일의 우주육종기지가 다칭시(大庆市) 다퉁구(大同区)에 구축되었다. 팔일농대는 올해 다칭시 다퉁구 정부, 중국우주기술연구원과 우주육종 협력협정을 체결했다. 협정에 따라 팔일농대가 우량종 종자원 선별을 책임지고, 중국우주기술연구원은 선저우8호를 이용해 우량종 종자원의 우주탑재를 진행하여 염색체 변이유도 우주육종을 전개한다. 종자원이 지상으로 귀환된 후에는 농업대학에서 탑재 변이 품종의 선별, 염색체 변이유도 메커니즘 분석을 진행한다. 선별한 우량종 품종은 다퉁구 우주육종기지에서 재배하고, 팔일농대가 자체 지재권을 보유한 야채 신품종의 연구개발과 보급을 실현한다. □ 선저우8호와 톈궁1호의 우주도킹 준비현황 도킹과정은 장거리 안내단계, 자체 제어단계, 도킹단계, 조합체 비행단계, 분리 철수단계로 나뉜다. 그 중 자체 제어단계에 선저우8호가 자체적으로 진입하기 시작하여 5,000m 정지, 400m 정지, 140m 정지, 30m 정지 과정을 거쳐 궁극적으로 톈궁1호와 강성 연결되어 조합체를 이룬다. 9월 29일 톈궁1호가 발사되어 궤도에 진입한 이래 베이징우주비행제어센터는 계획대로 궤도 제어, 위상변조 제어, 궤도 테스트를 수행했다. 11월 1일 새벽 4시까지 톈궁1호는 궤도에서 32일 6시간 34분을 비행하고, 궤도를 511바퀴 돌았다. 이 기간 베이징우주비행제어센터는 궤도 제어를 통해 선저우8호가 진입할 궤도와 88.5도 차이를 둔 고도가 343km인 궤도에 톈궁1호를 진입시켰다. 이밖에 톈궁1호의 도킹장치, 유도 내비게이션, 데이터 관리, 전원, 페이로드를 포함한 11개 서브시스템에 대한 궤도 테스트를 했다.

선저우8호 발사 성공, 3일 톈궁1호와 도킹

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북경시간으로 11월 1일 새벽 5시 58분 07초에 창정2F 야오(遥)8로켓은 주취안위성발사센터 유인우주발사장에서 발사됨. 로켓은 비행 583초 후 선저우8호우주선을 근지점 200km, 원지점 330km의 예정 궤도에 진입시켰음. 선저우8호의 궤도 경각은 42도, 주기가 5,379초인 운행궤도에서 톈궁1호와 1만km 떨어졌음. 선저우8호는 2일 안인 3일에 톈궁1호와 도킹. □ 선저우8호우주선 - 개량형 유인우주선 - 전체 길이: 9m - 최대 직경: 2.8m - 이륙중량: 8,082kg - 도킹기능: 자동과 수동 ◯ 궤도모듈 우주인의 생활공간(5㎥)로서 모듈 외부에 도킹 측량설비와 능동 도킹장치 설치 ◯ 귀환모듈 우주인의 조종실로서 낙하산과 착륙 버퍼시스템 장착했으며, 모듈 내에는 계기판, 지시판, 우주인의 수동제어 손잡이가 설치 ◯ 추진모듈 우주선의 동력과 에너지 모듈로서 궤도제어, 자세제어 엔진과 태양전지판이 설치 □ 창정2F 야오8로켓 - 전체 길이: 58.3m - 이륙중량: 497톤 - 탑재능력: 8,130kg □ 창정2F 야오8로켓 기술우위 - 페어링, 제어방안, 도킹기술을 새로 개발 - 부스터 구조개선 - 추진제 주입량 증가 - 주요시스템의 컴퓨터는 이중화 설계 도입 □ 선저우8호우주선의 사명 - 톈궁1호와 중국 최초의 우주도킹 시험 수행 - 개량형 선저우우주선과 창정2F로켓의 기능과 성능, 공정 시스템 사이의 조율성 검증 - 조합체 작동모델 검증, 우주과학실험 전개 □ 선저우8호우주선의 기술개선 - 600대 설비 가운데 과반수의 기술 상태를 변화, 그 중 신규 개발 설비가 15% - 자동과 수동 도킹기능을 확보하기 위해 일부 설비를 신규 추가 및 개량함 - 우주선의 성능 및 안전성과 신빙성 향상을 위해 부분적인 시스템을 개선함으로써, 우주선은 톈궁1호와 도킹한 후 180일 체류할 수 있는 능력 확보 □ ‘제로창구’ 발사, 초로 정확하게 계산 - 선저우8호는 ‘제로 창구’ 발사를 실시. 오차는 ±1초 사이이며, 이 시각을 놓칠 경우 발사를 늦추어 ‘제로창구’를 재차 모색할 수밖에 없음. - 우주선을 톈궁1호와 공면하는 궤도로 발사하려면 선저우8호는 톈궁1호 궤도면에서 발사점을 지난 후의 어느 정도 시간 내에 정확하게 점화시켜 이륙해야지 그렇지 않을 경우 많은 양의 추진제를 사용하여 양자간의 궤도면 오차를 수정해야 함. - 특히 이번 선저우8호 발사임무는 4시간 전에야 발사시간을 정확하게 초로 계산함. - ‘제로창구’ 발사란 어느 정도 긴 발사창구 시간 내에서 창구에 근접하는 최적의 시간에 발사함을 말함. 예를 들면 발사창구가 5시에서 5시 30분 사이일 경우 ‘제로창구’는 정각 5시임. 이 시각에 발사할 경우 우주선을 최적격 위치로 발사할 수 있을 뿐만 아니라 궤도수정 과정에서 연료를 절약할 수 있음. - 톈궁1호 발사창구 폭은 15분이지만 선저우8호 발사창구는 초로 정확하게 계산함 - 태양광선이 우주도킹 과정에서 사용하는 센서에 영향을 주기 때문에 최초의 우주도킹을 순조롭게 수행하기 위하여 우주도킹 위치를 지구의 음영지역으로 정함. 이는 발사 ‘제로창구’를 확정하는 다른 한 요인임 - 톈궁1호의 궤도 위치, 발사장 풍속과 로켓 중량에 근거해 시스템은 선저우8호 이륙시간, 정확한 점화시간을 계산할 수 있음. 발사가 확정되면 점화 제어 단말장치가 궁극적으로 자동 점화를 실시. 이로써 발사의 정확성을 확보. □ 탑재물 - 선저우8호는 우주인을 탑승하지 않음 - 탑재 실험장치: 마이크로웨이브 레이더, 레이저 레이더, CCD센서 등 도킹 측량설비, 그리고 능동식 도킹장치 추가. 도킹장치는 유도판 내전(varus)식 이체 동종구조 주변식으로 구성되었으며, 도킹 후 0.8m의 우주인 이전통로를 형성 - 그래픽 기록설비와 역학 매개변수 측량설비를 추가 설치하여 도킹과정과 우주선의 비행과정에서의 많은 역학 매개변수를 기록할 수 있기 때문에 우주인의 지상 훈련과 우주선의 유인 역학 환경 평가에 이로움. 앞서 발사한 톈궁1호에도 우주인의 우주훈련설비, 의학 모니터링과 건강관리 설비가 장착됨. - 대중들의 4만 개의 꿈을 담은 칩(귀환모듈에 실려 지상으로 귀환) - 유럽우주국(ESA)의 생물 실험샘플 - 계수나무, 개여주, 물대 등 생물 품종 * 현재까지 우주육종기술을 통해 안정 생산이 가능한 70여 개의 다수확 신규 품종을 육종했지만 시험구 또는 보급시범구에 집중되었을 뿐, 실제 서민생활에 진입한 우주제품은 아주 적음. 시장에서 볼 수 있는 우주육종제품의 80-90%가 가짜임. □ 국제협력 - 선저우8호는 중국과 독일 과학자가 공동으로 개발한 우주생명 실험장치를 장착했는데, 이는 중국 유인우주선공정에서의 최초로 되는 우주과학 응용분야 국제협력임 - 이번 선저우8호 개발과정에서 17개 과학시험프로젝트를 실시했는데, 그 중 10개가 중국 측 프로젝트이고, 6개가 독일 측 프로젝트이며, 1개는 중국과 독일이 공동 실시한 프로젝트임 - 독일 측 프로젝트는 식물과 동물 세포의 마이크로중력에서의 생물학 특성에 주목 - 33종의 동물, 식물, 미생물 샘플은 중국과 독일이 공동 개발한 40개의 바이오 인큐베이터에 넣음 □ 선저우8호와의 도킹을 위해 톈궁1호가 수행한 4가지 임무 - 궤도에서 4번째와 13번째 바퀴를 도는 과정에서 궤도수정을 진행하고, 고도가 354km인 원형에 가까운 궤도(nearly circular orbit)에 진입 - 플랫폼의 궤도 테스트 수행, 특히 도킹 측량설비, 도킹장치 성능, 정지 제어, 배면 비행 등의 기능 테스트 - 과학실험 페이로드의 궤도 기능을 검사, 설비마다 상태가 정상 - 위상 변조와 궤도 원형화를 수행, 고도가 343km인 도킹 궤도에 진입하여 선저우8호와의 도킹 대기 □ 도킹과정 5단계 ◯ 장거리 안내단계 선저우8호는 궤도에 진입하기 시작해 지상 관측통신시스템의 안내로 5회의 궤도수정을 거쳐 기존 궤도에서 톈궁1호와 공면하는 330km의 원형에 가까운 궤도로 천이하며, 톈궁1호와 아래로 약 52km 떨어진 곳에서 안정적인 공대공 통신회선을 구축하고 자체 내비게이션을 개시 ◯ 자체 제어단계 - 선저우8호는 톈궁1호와 접촉할 때까지 자체적으로 내비게이션 제어 - 소요시간은 반시간 ◯ 도킹단계 - 도킹단계는 도킹부품의 접촉에서 시작해 15분 내에 포착, 버퍼, 당기기, 잠금의 4가지 과정을 수행 - 궁극적으로 두 개 우주장치의 강성 연결을 실현하여 조합체를 이룸 ◯ 조합체 비행단계 - 조합체 비행단계는 톈궁1호가 제어를 책임지고, 선저우8호는 정지 상태에 처함. - 조합체는 12일 비행하고 기회를 타서 2번째 도킹시험 진행 - 주요 과정은 도킹장치의 잠금 해제로 두 개의 우주장치가 분리하며, 선주8호는 톈궁1호와 140m 떨어진 곳에서 2번째 도킹을 수행하고, 재차 조합체를 구성 ◯ 분리 철수단계 - 조합체는 비행 2일 후 분리 철수단계에 진입하며, 두 개의 우주장치는 재차 분리함 - 우주선은 톈궁1호와 5km 떨어진 안전한 거리로 철수하고 도킹시험 완료 - 선저우8호 귀환모듈은 지상으로 귀환 - 톈궁1호는 궤도를 수정하고 자체 비행궤도에 진입하여 장기 비행단계에 진입 □ 도킹 사고 대비 조치 고속 비행하는 두 개의 우주장치가 우주궤도에서 정확하게 합류하려면 정밀도를 십여 센티미터 이내로 제어해야 함 - 아무런 의문점 없이 발사 - 가장 중요한 자체 제어시스템과 도킹장치를 핵심으로 대량 지상 시뮬레이션과 시험검증 진행 - 도킹과정에서 생길 가능성이 가장 큰 고장을 상대로 수 백 가지의 고장 대비책을 마련하고, 합동훈련을 반복함 - 다양한 고장에 대해서는 서로 다른 안전 모델을 설계. 예를 들면 두 개의 우주장치 충돌을 방지하고자 우주선 철수와 이탈의 두 가지 안전 모델을 설계한 한편, 안전 제어 포인트를 설정하고 안전 기준을 정함 □ 선저우8호 도킹과정 스케줄 - 선저우8호는 2회의 도킹을 수행. 최초의 도킹은 3일 새벽에, 다른 한 차례는 14일에 수행 - 1일 정오 12시에 선저우8호는 5번째 바퀴를 돌면서 최초의 궤도제어를 하고 근지점 고도를 높임 - 2일 13, 16, 19, 24번째 바퀴를 돌면서 4회의 궤도제어를 진행하고 3일 새벽에 최초의 도킹 수행 - 그 뒤 잠금 상태 돌입 - 조합체가 비행 12일 후인 11월 14일에 선저우8호는 톈궁1호와 이탈하고 다시 도킹을 수행하며, 공동 비행 2일 후 16일에 선저우8호가 두 번째로 톈궁1호와 이탈해 17일 지상으로 귀환함으로써 도킹을 마침 □ 향후 목표 - 2012년 말 전으로 선저우 9호와 10호를 발사하여 톈궁1호와의 도킹시험 수행. 그 중 최소한 한 번은 유인 비행 실현

11월 초 발사하는 선저우8호 도킹과정 10분 소요

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선저우8호우주선은 중국 ‘선저우(神舟)’ 유인우주선공정의 8번째 우주선으로서 2011년 11월 초 주취안(酒泉)위성발사센터에서 발사된다. 선저우8호는 무인 우주선이다. 임무는 우주에서 실험용 우주정거장 톈궁(天宫)1호와 최초로 우주도킹을 수행하는 것이다. □ 기본소개 선저우8호는 기존 선저우우주선을 바탕으로 기술을 개선했으며, 자동과 수동 도킹기능을 갖추었다. 발사 후 톈궁1호와 도킹하여 우주선 자동 도킹기술을 검증하고, 조합체 작업모델을 검증하며, 또 우주과학실험을 진행한다. 선저우8호를 발사하는 로켓은 창정(长征)2F 야오(遥)8로켓으로서 창정2F로켓을 기반으로 탑재능력과 궤도진입 정밀도를 향상시켰다. □ 도킹기술 우주도킹은 우주기술의 주요난제이자, 대형 우주정거장, 나아가 유인 달 상륙을 실현하는 핵심기술로서 중국의 미래 우주 발전에서 중요한 의미를 지닌다. 톈궁1호와 선저우8호는 도킹 전에 모두 고속 운행상태를 유지하며, 시속은 2만 8,000km 이상이다. 도킹 동작은 오차 없이 정밀해야 한다. 도킹은 충돌, 포착, 버퍼, 수정, 당기기, 조르기, 밀봉, 강성 연결 등 8개 동작을 수행해야 하며, 동작마다 정확한 수행시간이 있다. 충돌, 포착, 버퍼는 총 60초가 소요되고, 강제 수정은 80초가 소요, 당기기는 240초, 조르기는 220초가 소요된다. 밀봉과 강성 연결까지 합쳐 전반 도킹과정은 10분이 소요된다. 1960년대 미국과 구소련은 우주선 도킹을 실현했다. 그러나 당시 전통 ‘송곳-막대’식 구조를 적용하였다. 한 우주선의 도킹 입구 내에 접수 송곳을 설치되고, 다른 한 우주선에는 도킹 충돌막대를 설치했다. 충돌막대는 차츰 접수 송곳 내를 가리키고, 접수 송곳은 막대 헤드를 고정시켜 도킹 후 우주인이 장치를 제거해서야 통로를 형성할 수 있었다. 톈궁1호와 선저우8호 도킹은 1990년대 선진적인 주변식 도킹장치를 적용했다. 간단히 말하면 전체 장치가 전부 주변에 있고, 중간에 직경이 0.8m인 통로를 보유해놓는다. 이러한 통로는 우주인의 움직임에 이롭고, 무거운 중량의 우주선 도킹에 적합하다. 이 도킹장치는 118개의 센서가 장착되어 측정을 진행하며, 5개의 제어기는 지령을 송수신하고, 1,000개 이상의 기어 베어링은 힘과 운동의 전달을 수행한다. 이밖에 도킹장치를 연구개발하기 위해 중국은 완비된 지상 시뮬레이션 시스템을 구축했다. 상하이우주시스템공정연구소 타오젠중(陶建中)은 톈궁1호와 선저우8호가 적용한 도킹장치가 원리, 구조, 규격에서 국제우주정거장과 일치성을 유지하기 때문에 앞으로 이 분야 수요가 있을 경우 인터페이스에 대해 적절한 개정을 진행하면 국제우주정거장과 도킹을 수행할 수 있다고 밝혔다.

화성탐사선 잉훠1호, 화성 공간구조 탐사

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중국 최초의 화성탐사선 잉훠(萤火)1호가 최근 카자흐스탄의 바이코누르 발사장으로 운반되어 11월 9일 새벽에 러시아의 제니트(Zenit)로켓에 실려 포보스 그런트(Phobos-Grunt) 화성탐사선과 함께 발사된다. □ 화성탐사 배경 중국 국가항천국이 2000년 우주과학이 중국 민간우주의 주요 구성부분이라고 발표한 이래 중국 우주탐사는 중지되지 않고 지구공간 쌍성(双星) 탐사계획, 달탐사공정을 가동하여 단계적인 진전을 보였다. 8월 25일 창어2호위성이 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 점인 지구와 약 150만km 떨어진 라그랑주점(Lagrange Point)의 비행궤도에 정확하게 진입하여 태양계에서 가장 멀리 비행한 위성이 되었다. 그러나 이번에 잉훠1호는 3억 5,000만km까지 비행한다. 중국과학원 우주과학 및 응용연구센터 우지(吴季) 잉훠1호공정 응용 수석과학자는 “중국의 과학자는 보다 이른 시기에 화성탐사 소원이 있었고, 또 해외 탐사 데이터를 활용해 연구를 했다. 최초의 탐사가 착륙장치가 아닌 궤도장치를 우선 활용하여 탐사해야 하기 때문에 잉훠1호는 중국 화성탐사의 선구자로 비유할 수 있다.”라고 밝혔다. 화성탐사가 단지 사람들의 호기심을 충족시켜주기 위해서인지 아니면 더욱 현실적인 동기가 있는지? 우지 과학자의 소개에 의하면, 화성 연구는 지구 역사 및 미래 연구와 흡사하다. 지구가 태양계에서 극히 특수하여 인류가 살 수 있는 유일한 곳이지만 이러한 상황은 변하지 않는 것이 아니다. 역사적으로 지구에는 현재의 화성과 같이 이상하게 추운 시기가 나타난 바 있다. 지구 이웃으로서의 화성의 지질환경과 많은 계수는 모두 지구에 근접하다. 지구온난화로 향후 지구가 지나치게 더워져 바닷물이 모두 증발해 두 번째 화성이 될 수 있지 않는지의 문제가 제기되고 있다. 이러한 문제는 다른 행성의 역사와 현황을 비교해야만 답을 얻을 수 있다. □ 국제협력으로 화성 공간 환경 탐사 러시아 과학자가 화성탐사 계획을 재차 실시한 후 로켓에 탑재 여분이 남아 러시아 측은 중국이 이 계획에 동참하여 마이크로위성(micro-satellite)을 탑재할 것을 능동적으로 초청했다. 중국의 경우 심우주 관측망 구축에 앞서 러시아의 우주선을 이용해 화성까지 비행하여 러시아와 공동 탐사를 진행할 경우 중국 과학자가 자체 탐사 데이터로 화성 연구를 하는 기간을 앞당길 수 있다. 이러한 배경에서 잉훠1호가 등장했다. 잉훠1호의 사명은 우주 환경 탐사이다. 잉훠1호는 러시아의 화성탐사선과 공동으로 양국 과학자의 화성 대기에 대한 이해 증진에 도움을 주는데, 이는 인류사상 서로 다른 위치에 설치된 우주탐측기가 화성 전리층과 자기장에 대해 동시에 연구하는 전례 없는 사례이다. 1960년대 이래 인류는 화성에 40여 개의 탐사선을 발사하였다. 그 중 15회가 화성궤도에 진입했고, 8회는 착륙에 성공하여 순찰차량 3대를 화성에 착륙시켰다. 그러나 이들 탐사계획의 과학적 목표는 거의 모두 물의 흔적 추적, 생명신호 발견이고, 궤도 역시 모두 원형의 극궤도이다. 러시아의 ‘phobos 2호’만이 화성 우주 환경 탐사를 진행했지만 3개월만 탐사하고 지상과의 연계가 두절되었다. 따라서 인류가 화성의 고층 대기, 전리층, 자기층 환경과 태양풍의 상호작용에 대한 이해가 미흡하다. 잉훠1호는 이번에 이 부분의 탐사를 진행하는데, 이는 세계에서 중요한 의미가 있다. □ 심우주 탐사의 3대 도전 청화대학 항공우주대학 리쥔펑(李俊峰) 부원장은 이번에 발사할 잉훠1호가 기술검증 또는 실험부분이 더욱 많아져 향후 독자적으로 화성을 포함한 행성 탐사를 진행하기 위한 단단한 기반을 마련할 것이라고 지적했다. 러시아의 제니트로켓은 경험이 풍부하여 잉훠1호의 화성궤도 진입은 별 문제가 없으며, 난제는 조합시스템 분리 후의 심우주 관측과 통신이다. 잉훠1호의 기술상 최대 도전은 작은 것이다. 발사 중량의 제한으로 잉훠1호는 역사적으로도 드물게 가볍다. 하중이 작고 거리고 멀며 임무가 과중하다. ◯ 첫 도전 8.8시간 지속되는 화성 음영이 7개이다. 이 기간 탐사선은 태양에서 오는 에너지를 얻지 못하여 부분적인 부품이 휴면상태에 진입한다. 주위 환경 온도가 -200℃로, 잉훠1호는 수시로 ‘얼어 죽을’ 위험에 직면한다. ◯ 두 번째 도전 초원거리로 신호 감쇄와 전송시간 연기를 초래한다. 특히 중국은 세계를 커버하는 심우주 관측망이 구축되지 않아 러시아와 유럽우주국(ESA)의 도움을 받아 시분할 신호를 수신해야 한다. 3개 지상국이 공동으로 신호를 수신하더라도 잉훠1호가 획득하는 5-10%의 데이터만 다운로드가 가능하다. ◯ 세 번째 도전 다중 위성 포지셔닝 문제다. 지구로 데이터를 전송하려면 지구에 대해 포지셔닝을 진행하고 화성 사진을 찍으려면 계측기로 화성에 대한 포지셔닝을 진행해야 하며, 태양전지판은 수시로 태양에 대한 포지셔닝을 진행해야 한다. 이처럼 탐사선의 자세 제어 난이도가 아주 높다.

다야완 원자로 중성미자실험공정 비밀 탐색

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중국과 미국 양국 과학자들이 공동 주도하는 다야완 원자로 중성미자 실험장치가 본격적인 건설에 나섰다. 2006년 이래 중국, 미국, 러시아를 비롯한 6개 국가(지역)의 39개 연구기관으로 구성된 국제협력팀이 다야완에 모여 중성미자 검출기 실험장치 건설을 개시했다. 다야완 중성미자 실험장치는 깊이가 수백 미터에 이르는 암석 지하에서 건설되고 있으며, 터널 전체길이만 3,100m에 달한다. 검출기 8개가 3개의 지하 실험 홀에 있다. 중성미자 검출기마다 직경이 5m이고 높이가 5m이며 투명한 액체 신틸레이터(scintillant)를 가득 채운 원기둥으로 조성되었으며, 중성미자를 포착할 경우 액체 신틸레이터가 미약한 섬광을 방출한다. 검출기 내부표면에 설치한 민감도가 높은 광전증배관(Photomultiplier tube, PMT)이 섬광을 확대하고 기록한다. 설치를 완료한 중성미자 검출기는 이미 다야완원전 원자로군의 중성미자를 검출해냈다.

세계 첫 AP1000 원전용 탈기기 제조

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□ 세계 첫 AP1000 원전용 탈기기 제조 하얼빈보일러공장유한책임공사가 제조한 세계 최초의 AP1000 산먼(三门)원전 프로젝트 1호 유닛용 탈기기(Deaerator) 두 대가 최근 순조롭게 납품되었다. 이로써 산먼원전 1호유닛 탈산시스템이 전부 완공되어 산먼원전 1호유닛 2차측 건물(Conventional Island)의 막바지 작업을 보장했다. 산먼원전 1호 유닛은 세계 최초의 AP1000 원전프로젝트다. 하얼빈보일러공장이 제조한 탈산시스템은 산먼원전 2차측 건물에서 중요한 부품으로서 탈기기 2대와 탈기기 물탱크로 구성되었다. 탈기기는 길이 20m, 직경 3m, 무게 64톤이고, 탈기기 물탱크는 길이 43.5m, 직경 5.3m, 무게 250.4톤이다. □ AP1000 원자로 주파이프라인 국산화 실현 중국선박중공그룹공사(CSIC) 산하 버하이(渤海)조선공장그룹유한공사가 제조한 산먼원전 1호 유닛 원자로용 주냉각제 파이프라인이 10월 25일 최초로 납품되었다. 세계 최초의 AP1000 원자로용 스테인리스강 단조 주냉각수배관의 납품은 세계에서 가장 선진적인 3세대 원전 핵심부품의 '중국제조'를 실현했으며, AP1000원전 첫 원자로 건설의 공사 진도에 대해 중요한 의미가 있다. 국가 중대기술장비 국산화 연구개발기지로서의 버하이그룹은 단단한 연구개발실력과 선행연구기술, 특히 대구경후벽구조물 튜브 벤딩(Tube Bending) 분야에서 특수한 우위를 지니고 있다. 2005년 초부터 버하이그룹 산하 국가급 기업기술센터가 3세대 원전용 주요튜브 벤딩 기술 선행연구를 개시했다. 2007년 중국이 AP1000 원전기술을 도입하고 연구개발 목표를 확정한 후 버하이그룹은 선도자로서 주파이프라인 연구개발이라는 이 국가과기중대전문프로젝트 임무를 담당했으며, 2010년 5월 시제품의 품질심사를 통과했다. 버하이그룹은 AP1000 주파이프라인 제조 핵심기술을 장악한 후 국가원자력공정유한공사와 AP1000 자주화 프로젝트 가운데 2개의 유닛용 주파이프라인 구매계약을 체결했다.

화성탐사선 잉훠1호 11월 8일 발사

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중국의 첫 화성탐사선 잉훠(萤火)1호가 이미 카자흐스탄의 바이코누르 발사장으로 운반되어 외관 관측을 통과했으며, 오는 11월 8일부터 10일 사이에 발사될 예정이다. 잉훠1호는 러시아의 제니트(Zenit)로켓에 실려 러시아의 화성탐사선 포보스 그런트(Phobos-Grunt)와 함께 발사된다. 10개월 동안의 비행을 거쳐 내년 8월에서 9월 사이에 화성 타원궤도에 진입한다. 화성탐사위성은 2009년 발사 계획이었으나 러시아 측 연구개발계획의 원인으로 발사를 미루게 되었다. 화성은 태양계에서 지구와 가장 비슷한 천체로서 매력을 가지고 있다. 화성에 생명이 있는지, 화성 기후의 형성과정과 역사, 화성 표면과 내부 구조의 상호 연계 및 진화 등은 화성탐사의 주요 과학적 목표다. 잉훠1호는 포브스-그룬트와 함께 화성 우주환경에 대한 최초의 공동 탐사를 진행한다. 주요 과학적 목표는 화성 공간환경과 대기환경을 탐사하는 것이다. 그 중 화성 전리층 절단면 탐사, 그리고 화성 자기장, 자기권, 경계층이 태양활동에서 어떤 관계가 있는지에 대한 탐사를 진행하는데, 이는 세계 처음으로 진행하는 탐사다. 한편 화성의 자기장, 전리층, 입자분포 및 변화법칙, 화성 대기 이온의 탈출속도, 화성 지형과 지모 및 황사, 화성 적도지역의 중력장을 탐사한다. 이밖에 중국은 화성 전체 사진과 부분적인 사진을 촬영한다. 이들 과학적 목표를 달성하기 위해 잉훠1호는 플라즈마 프로브, 전기장강도측정기, 엄폐(Occultation) 검출 수신기, 광학 영상기 2대를 포함한 4개 종류의 페이로드를 탑재하고, 화성에 대해 1년간 탐사한다. 전기장강도측정기는 화성 자기장의 분포와 구조를 탐사한다. 플라즈마 프로브는 전리층 입자분포 특성을 탐사한다. 2대의 광학 영상기는 화성 전체 사진과 해상도가 높은 일부 사진(해상도는 200m)을 촬영하여 화성의 황사 및 전리층에 대한 영향 연구에 제공된다. 잉훠1호 데이터 수신문제에서 상향명령은 주로 러시아 지상국과 유럽우주국(ESA) 지상국이 수신을 도와준다. 하향명령은 중국 지상국, 러시아 지상국, 유럽우주국 지상국이 시간대별로 수신한다. 그 중 중국 지상국은 주로 국가천문대에 의존해 미윈(密云)지역에 위치한 50m 전파망원경과 윈난(云南)성에 위치한 직영이 40m인 전파망원경으로 잉훠1호가 전송한 데이터를 수신한다. 거리가 멀고 데이터 용량이 커서 3개 지상국이 협력해도 잉훠1호가 획득한 5-10%의 데이터만을 다운로드할 수 있다. 현재 중국은 고출력 안테나와 화성탐사 지상국, 심우주 관측망을 구축 중이며, 충분한 탑재능력을 지니고 있다. 중국과학원은 선두에 서서 중국의 미래 화성탐사 연구의 과학적 문제와 탑재기기 논증사업을 전개하고 있다. 앞으로 중국의 화성탐사계획은 주요하게 독자적으로 실시하겠으나, 국제협력 파트너를 초청해 참여시킬 수도 있다. □ 화성탐사 3개 발전단계 ○ 재1단계 화성 궤도를 돌며 탐사하고, 연착륙기술을 검증 ○ 제2단계 화성 연착륙을 실시하고, 규정된 위치에 가서 화성을 탐사 ○ 제3단계 무인 화성 샘플채취 귀환

고정날개 무인기 지능화 검사시스템의 최신 발견 및 혁신

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최근 산둥성 핑두시(平度市)에서 길이가 3m인 항공기가 로켓 추진으로 이륙해 500kV급 광저우(光州)-다저(大泽) 전송선로에서 순시검사를 개시했다. 동제대학, 산동대학 전문가로 구성된 전문가위원회는 이 프로젝트가 선진국 수준이라고 평했다. 고정날개 무인기 검사시스템은 기존의 인공 점검방식에 비해 노동 강도를 낮추고 작업효율을 높였다. 이는 산둥전력집단공사가 ‘무인 헬기 지능화 검사시스템’, ‘가공 전송선로 제빙로봇’, ‘가공 회로 장애물제거 검사측정로봇’ 다음으로 송전 분야에서 추진력이 강한 지능화 전력망 구축에서의 또 다른 획기적 성과다. □ 이 프로젝트의 4대 혁신 ◯ 고해상도 이미지 기술을 활용해 1080P 고해상도 동적 이미지를 획득했으며, 라인 통로(line corridor)의 고해상도 이미지 획득이 가능함 ◯ 고속 인공지능 기술을 활용해 중국 최초로 시속이 108—180km인 도선인식 기능을 실현함으로써 고속 순시검사에서 전송선로 추적과 고정을 위한 지능화 알고리즘 제공 ◯ 비디오그래픽의 장거리 실시간 전송 실현 ◯ 세계 최초로 전송선로 고정날개 무인기 지능화 검사시스템에 적합한 작업모듈을 설계하고, <가공 전송선로 무인기 순시검사작업 오퍼레이팅 지침>을 제정하여 공정화 응용을 확보 향후 지능화 전력망 순시검사에서 고정날개 무인기 검사시스템을 우선 적용하여 전송선로에 대한 큰 범위에서의 고속 순시검사를 진행할 수 있다. 이상한 현상을 발견했을 경우 무인헬기 검사시스템을 활용해 이상한 현상에 대한 정밀검사를 진행할 수 있다. 무인헬기는 검사해낸 결함에 대해 회로작업용 로봇을 탑재해 결함제거 작업을 전개할 수 있다. 이와 같은 전송선로 다차원 순시검사 작업모델은 선로 유지보수 지능화 수준의 대폭 향상, 전송선로의 전력공급 신뢰성 향상, 유지보수인력 감소, 유지보수 효율 향상, 운영비 절감 효과가 있다.