원자력/우주항공

릴레이 위성, 톈궁1호와 선저우8호 도킹 통신 보장

발행일 : 2011 / 11 / 02

□ 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.