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우주기술을 향한 발걸음 - 캔위성

캔위성, 도대체 무엇인가?
캔위성의 모습

캔위성(Cansat)은 1998년 스탠퍼드 대학의 로버트 트윅(Rober Twiggs) 교수에 의해 제안된 교육용 위성모사 프로그램에서 사용한 위성이다. 이름 Cansat에서 알 수 있듯이 Can + Satellite의 약자인 캔위성은 음료수 캔 내에 위성의 역할을 모사하는 데이터처리계, 통신계, 탑재체 등의 기능을 구현한다. 실제 위성과 달리 지구 밖으로 발사되지 않고, 위성에 비해 발사 및 임무운용에 필요한 구성요소를 단순하게 구성하여 공중에서 짧은 시간 동안 위성처럼 운용을 한다.


임무를 위한 첫 단계, 캔위성의 발사

소형 과학로켓을 활용한 캔위성의 발사 및 낙하 과정

앞서 말했듯이, 캔위성은 위성의 역할을 모사한다는 점에서 큰 유사점이 있으나, 발사 방법이나 작동 과정 등은 위성과는 많이 다르다. 위성의 경우 우주로켓을 통해 발사되어 지구궤도를 돌며 임무를 수행하게 되지만, 캔위성은 위성과 달리 지구궤도를 도는 것이 아닌, 높은 상공에서 낙하하며 임무를 수행하기 때문에 드론, 소형 과학로켓 등을 활용하여 발사가 된다. 소형 과학로켓을 활용하여 발사 할 경우 캔위성의 무게에 따라 500m ~ 1km 정도에서 캔위성이 소형 과학로켓과 분리 되고, 이후 고공에서 낙하산을 전개해 서서히 낙하하며 주어진 임무를 수행하게 된다.

드론을 활용한 캔위성의 낙하 과정

드론을 사용하여 캔위성을 낙하시킬 경우 캔위성을 드론에 탑재해 드론을 상승시킨 후, 일정 고도에서 캔위성을 분리시켜 낙하산을 전개하는 방식으로 낙하시킨다. 드론을 사용하는 경우는 소형 과학로켓을 사용하는 것보다 적은 고도에서 활용이 가능하다.


캔위성, 무엇으로 구성되어 있는가?

캔위성의 구성은 정말 다양하다. 그중 우리나라 캔위성 체험 경연 대회에서 제공하는 기본키트를 사용하여 제작한 캔위성을 예시로 설명하겠다. 먼저 캔위성의 전체적인 모형 유지와 지지를 하는 구조부, 임무 수행에 필요한 전력을 공급하는 전력부가 있다. 그 외에 캔위성에는 지상국과 통신이 가능한 통신부, 임무 수행과정 중 얻는 각종 데이터를 처리하는 데이터처리부, IMU 센서와 GPS 센서 등을 포함하는 기본센서부, 영상 데이터 획득 역할을 수행하는 카메라부 등이 있다. 그리고 캔위성의 낙하를 돕는 낙하산과, 지상에서 캔위성과 정보를 전달받을 수 있는 지상국 프로그램 등이 주요 구성 요소이다. 그 외에 추가적으로 캔위성을 통해서 수행하고자 하는 임무를 수행하기 위해 다양한 센서(대기압 센서, 온도 센서, 기울기 센서 등)를 캔위성에 탑재시키거나, 모터등을 탑재해 캔위성을 확장시킨다.


임무 수행, 캔위성의 낙하 과정

캔위성은 고공에서 낙하하면서 임무를 수행한다. 수행하려는 임무에 따라 캔위성에 탑재되는 센서나 모터 등의 종류와 캔위성 내에서의 위치가 달라지게 된다. 캔위성은 다양한 임무가 수행이 가능한다. 고도, GPS, 압력, 온도, 습도, 가속도, IMU, 사진, 동영상 파일 등의 정보 획득과 더 나아가 얻은 정보를 바탕으로 하여 확장된 임무를 수행할 수도 있다. 또는 캔위성이 탑재 가능한 다양한 종류의 센서를 사용하여 앞서 말한 정보 이외의 대기과학 정보를 전송 받고, 활용하여 임무를 수행할 수도 있다.

다른 종류의 캔위성 임무로는 구동기 장착을 통해 위성기능과 유사하게 자세제어를 수행하거나, 탐사선의 행성 착륙을 모사하여 지상 목표물에 도달하도록 하는 등의 임무도 수행이 가능하다.


캔위성 제작을 보다 가까이에서, 캔위성 경연대회

캔위성은 교육용 위성모사 프로그램에서 사용된 위성이다. 캔위성은 실제 위성과 달리 쉽고 저렴한 비용으로 발사 및 임무 수행이 가능하다. 이와 같이 캔위성의 역사와 캔위성의 특징이 말해주듯이, 캔위성은 학생들에게 시행할 우주 기술 교육의 자료로 사용하기에 매우 적합하다.

세계를 둘러보면, 여러 나라들이 캔위성을 활용한 경연대회를 주최하여 많은 사람들에게 우주 기술의 보급 및 대중화를 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 미국은 ARLISS(A Rocker Launch for International Student Satellite)라는 국제대회와, 2009년부터 미국천문학회와 미국항공우주학회가 공동으로 개최하는 AAS/AIAA Cansat 경연대회가 있다. 유럽의 경우는 유럽항공우주국(ESA)이 후원하는 경연대회와, 2010년 전후로 유럽 내에서 개별 국가(네덜란드, 스페인, 스코틀랜드, 이탈리아, 프랑스)가 주최하는 캔위성 경연대회도 존재한다. 일본도 2007년부터 일본우주청(JAXA)과 대학우주공학컨소시엄(UNISEC)이 공동으로 주최하는 ‘국제 캔샛 워크샵’이 청소년들과 대학생들의 많은 관심과 참여를 이끌고 있다.

해외에서 캔위성 경연대회는 위성 기능 및 운용에 대한 이해 제공, 우주개발 인재 육성 및 우주개발의 저변확대에도 큰 교육적 효과를 지니고 있어 상당한 인기 속에 치러지고 있다.


국내에서 주최되는 캔위성 경연대회 사이트

우리나라도 2012년부터 꾸준히 과학기술정보통신부에서 주관하는 학생들을 대상으로 하는 캔위성 경연대회를 주최해 오고 있다. 우리나라의 캔위성 체험 경연 대회는 위성기술 대중화, 인공위성 체계 이해 증진, 우주기술 홍보와 우주 꿈나무 육성, 우주기술 저변확대를 통한 창의적 과학문화 확산과 우주분야 민간 교류 확대를 목적으로 주최되어 왔다.


나만의 캔위성 만들기
필자가 팀원들과 제작한 제작과정의 캔위성 모습

필자도 캔위성 체험 경연 대회에 참가하여 직접 캔위성의 임무 설계와 제작을 한 경험이 있다. 비록 임무를 완벽하게 수행해내지 못했지만, 임무 수행과정에서 생긴 문제들을 서로 토론하고, 팀원들간의 협력하는 방법을 배우게 된 것은 정말 값진 경험이었다. 또, 대회를 준비하면서, 대회를 진행하면서 항공우주에 더 많은 관심을 갖게 되었다. 필자와 같이 더 많은 학생들이 좋은 경험을 하기 위해 캔위성이 더 많은 사람들에게 관심과 사랑을 받았으면 한다.


 

김보겸 | Physics & Earth Science | 지식더하기


참고자료

[1] http://cansat.kaist.ac.kr/

[2] https://cansat.esa.int/

[3] http://www.cansatcompetition.com/


첨부한 이미지 출처

[1] 동아사이언스 - 캔위성 경연대회서 충북과학고·공군사관학교 최우수상. 2020.09.22

https://m.dongascience.com/news.php?idx=40008

[2] http://cansat.kaist.ac.kr/

[3] http://cansat.kaist.ac.kr/

[4] http://cansat.kaist.ac.kr/



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