인공위성에 연료가 그 좋은정보

이 12월 5일 발사된 정지 궤도 복합 위성 천리안 2A호의 총 무게는 3.5톤입니다. 다목적 실용 위성 아리랑 3A호 무게가 1.1톤이었던 것과 비교하면 얼마나 나쁘지 않고 큰 위성인지 짐작할 수 있습니다. 천리안 2A의 전체 무게 중심 연료가 약 2톤을 차지합니다.이 2010년 발사한 천리안 1호의 경우 총 무게 2.5톤 중심 연료 중량이 1.3톤에 이르렀지만,입니다. 통상 추진제가 전체 무게의 10%정도를 차지하는 다목적 실용 위성과 달리, 정지 궤도 위성은 추진제가 3분의 1이 나쁘지 않게 됩니다. 왜 그렇게 많은 연료가 필요할까요?

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아리랑 같은 다목적 실용 위성은 무게도 상대적으로 가볍지만 고도 500~700km의 지구 궤도에서 선회합니다. 이와 달리 천리안 같은 정지 궤도 위성은 무게도 무거운 데 고도 또 3만 6,000km의 높은 정지 궤도에서 운항합니다. 이렇게 높은 궤도까지 발사체가 갈 수는 없습니다. 일정한 궤도에 올리면 위성 자체의 추력을 발생시켜 목표 궤도에 올립니다. 발사체와 분리되고 나서 궤도에 안착할 때까지는 위성 자체의 추력으로 운항해야 하는 거죠. 그래서 정지궤도 위성에는 액체 원지점 엔진으로 불리는 추진 시스템을 탑재합니다. 연료와 산화제를 따로 쌓은 후 혼합하여 사용하는 이원 추진 시스템입니다. 연료에는 모노메틸 하이드라진(MMH)을, 산화제로는 산화질소를 사용합니다. 이러한 추진제는 대부분 정지궤도까지 실시하는 데 사용합니다. 거리도 멀지만 궤도를 바꾸는 데 상당한 힘이 필요하기 때문입니다.실제로 천리안 1호의 경우 발사체와 분리된 후 전이궤도(Transfer Orbit한 궤도에서 고도가 다른 궤도로 넘어가기 허브로 만들기 위한 중간궤도)에 진입했습니다. 요기부터 위성에 장착된 원지점 엔진을 사용하여 약 2주일 가량을 날고 정지 궤도에 안착했습니다. 발사체 분리 후 세번에 걸쳐서 궤도 전이를 통해서 도쿄 28.2도, 위도 0번의 궤도에 진입했습니다. 천리안 위성은 이 과정에서 무려 일톤 정도의 추진제를 소모하고, 학과에 다니는 사이도 300kg의 추진 제로 남북/동서 방향의 궤도 유지, 관성 바퀴 구동 장치의 모멘텀 덤핑, 자세 제어를 하기 때문에 사용했고 임무 종료 후 무덤 궤도에 위성을 보내는데 사용합니다.천리안 2A호의 경우, 아리안 5로켓이, 천리안 2A호를 지구 근 지점 250km, 원지점 35,786km의 전이 궤도에 올리면 액체원 지점 엔진을 원지점에서 약 한시간씩 2주 동안 다섯번 시작되고 근 지점 고도를 서서히 높이고 정지 궤도에 안착하도록 하겠습니다. 이때 쓰는 연료는 약한 날.35톤, 전체 연료의 약 67%를 사용하게 된다.

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정지궤도위성과 달리 상대적으로 고도가 오전에는 궤도를 회전하는 다목적실용위성은 추진제를 많이 싣고 있지 않습니다. 추진제의 무게가 보통 위성의 무게의 하나 0Percent정도를 차지할 것이라고 보면 되는데요. 위성의 무게도 가볍고 고도가 오전아 궤도 진입에 많은 연료를 소비하지 않기 때문입니다. 츄료크키도 한톤 전후의 위성 중량에 고도 하나, 000km안팎의 저궤도 위성에서는 히드라진을 연료로 사용하는 단지 1츄료크키을 사용합니다.저궤도 위성의 연료는 대부분 위성의 궤도 수정 및 자세 제어에 사용됩니다. 인공위성은 인공위성의 힘을 가하지 않고도 쉽게 떠나지 않고 계속해서 궤도를 선회하는데 위성의 궤도운항을 방해하는 여러 힘이 작용합니다. 지구의 중력, 태양계 내에 존재하는 행성과 위성의 인력, 태양풍, 지구 대기의 마찰력 등이 위성의 정상적인 임무 수행을 방해합니다. 따라서 위성도 추력기를 작동시켜 수시로 궤도와 자세를 바로 잡게 됩니다.인공위성에는 무색 무취의 고순도 하이드라진 연료가 사용되고 있습니다. 효율이 좋은 데다 산소가 없는 우주 환경에서 장기간 보관과 사용이 가능하기 때문입니다. 그러나 하이드라진은 독성이 매우 강한 위험 물질입니다. 이런 위험성 때문에 위성의 추진제 탱크는 티타늄 등 우주에서 떨어져 나가도 깨지지 않을 정도로 강한 물질로 제작됩니다.

기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:정지궤도복합위성사업단 용기력 박사