부산대 큐브위성 CPSat 실물. 부산대 제공

부산대학교(총장 최재원)와 조선대학교가 공동으로 개발한 큐브위성 「CPSat(Cosmic Pulsating nano-Satellite)」이 한국형발사체 누리호 5차 발사의 부탑재위성으로 우주를 향한다. 누리호 5차 발사는 7일 낮 12시 25분 전남 고흥 나로우주센터에서 진행됐다.

CPSat은 2022년 큐브위성 경연대회를 통해 선정돼 개발된 초소형위성으로, 조선대와 부산대가 컨소시엄을 구성해 공동으로 개발했다. ‘CPSat’은 ‘Cosmic Pulsating nano-Satellite’의 약자로, 공동 개발기관인 Chosun University와 Pusan National University를 함께 연상시킨다는 점에서도 의미를 갖는다. https://blog.naver.com/karipr/224382172151

CPSat의 주요 임무는 우주공간에서 위성이 광신호를 송신하고 지상국이 이를 수신하는 위성-지상 간 광통신 기술을 궤도상에서 실증하는 것이다. 일반적으로 큐브위성에서는 RF(Radio Frequency) 기반 통신방식이 주로 사용되지만, 광통신은 레이저와 같은 광원을 이용해 향후 높은 데이터 전송률을 구현할 수 있는 차세대 위성통신 기술로 주목받고 있다. 광통신 임무를 수행하기 위해서는 위성이 지상의 광수신국을 정확하게 지향하고, 통신이 이뤄지는 동안 이러한 자세를 안정적으로 유지해야 한다.

이에 따라 CPSat은 일반적인 큐브위성보다 높은 수준의 자세결정 및 자세제어 성능이 요구되며, 제한된 크기와 전력, 센서 및 구동기 조건에서 정밀한 지향성능을 구현해야 한다는 점에서 도전적인 임무다.

부산대 항공우주공학과 연구팀은 CPSat의 광통신 임무 수행을 위한 자세결정 및 제어시스템(ADCS, Attitude Determination and Control System) 전반의 개발을 담당했다.

부산대 연구팀은 위성이 궤도를 비행하면서 자신의 자세를 정확하게 판단하고, 광통신 임무 수행 시 지상의 광수신국을 정밀하게 지향할 수 있도록 자세결정 및 자세제어 알고리즘과 관련 시스템을 개발했다.

특히 큐브위성은 크기와 질량, 전력뿐 아니라 탑재 가능한 자세센서와 구동기 성능에도 제약이 있어, 제한된 자원으로 높은 수준의 자세지향 성능을 확보하는 것이 핵심 기술적 과제다.

CPSat 자세제어계 개발에는 부산대 항공우주공학과 조동현 교수의 한국항공우주연구원(항우연) 재직 당시 초소형위성 개발 경험이 활용됐다. 조동현 교수는 한국항공우주연구원에서 근무하며 초소형위성 ‘SNIPE(Small scale magNetospheric and Ionospheric Plasma Experiment)’ 개발에 참여했으며, 이를 통해 축적한 초소형위성 자세제어 및 시스템 개발 경험을 CPSat 개발에 적용했다. https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=100695

SNIPE는 여러 기의 초소형위성을 이용해 근지구 우주환경을 관측하기 위해 개발된 위성으로, 초소형위성의 자세결정 및 제어와 비행소프트웨어, 시스템 시험 및 실제 위성 운용을 위한 다양한 기술이 적용됐다.

부산대 연구팀은 이러한 경험을 바탕으로 CPSat의 광통신 임무에 요구되는 정밀 자세지향 기능을 구현하고, 실제 궤도상 임무 수행을 고려한 자세제어 및 운용 체계를 개발했다.

CPSat은 누리호를 통해 궤도에 투입된 뒤 위성 상태 확인과 자세 안정화, 통신 상태 점검 등의 초기운영 과정을 거쳐 본격적인 광통신 실증 임무를 수행할 예정이다.

광통신 임무에서는 CPSat이 지상의 광수신국을 향해 자세를 정밀하게 제어한 뒤 광신호를 송신하고, 지상에서는 이를 수신해 위성-지상 간 광통신 기술을 검증하게 된다.

부산대 연구팀은 발사 이후에도 조선대 연구팀과 온라인으로 공동 운영에 참여해 위성의 자세 상태와 자세제어계 성능을 확인하고, 광통신 임무를 위한 자세지향과 위성 운영을 지원할 계획이다.

조동현 부산대 교수는 “CPSat은 소형화된 큐브위성 플랫폼에서 지상의 광수신국을 정밀하게 지향해 광통신을 수행해야 한다는 점에서 자세제어 측면에서도 상당히 도전적인 임무”라고 설명했다.

조동현 교수는 “한국항공우주연구원에서 SNIPE 위성을 개발하며 축적한 경험을 바탕으로 실제 우주에서 운용되는 큐브위성의 자세제어시스템을 개발했다는 점에서 뜻깊다”며 “특히 학생들이 실제 우주비행 하드웨어와 소프트웨어의 개발 및 검증 과정에 참여했다는 점에서도 교육적인 의미가 있다”고 말했다.

이어 “위성 개발은 발사로 끝나는 것이 아니라 실제 궤도에서 정상적으로 운영되고 목표 임무를 수행해야 비로소 완성된다”며 “발사 이후에도 조선대 연구진과 긴밀히 협력해 초기운영과 자세제어계 운용을 지원하고, CPSat의 광통신 임무가 성공적으로 수행될 수 있도록 노력하겠다”고 덧붙였다.

부산대는 이번 CPSat 개발을 통해 초소형위성의 정밀 자세결정·제어 기술과 실제 위성 개발·운영 경험을 축적하고, 향후 광통신을 비롯해 높은 지향정밀도가 필요한 다양한 초소형위성 임무로 관련 기술을 확대해 나갈 계획이다.

특히 부산대 항공우주공학과는 최근 김호락 교수 연구팀이 제안한 큐브위성 임무가 ‘2026년 큐브위성 경연대회’에 최종 선정되는 등 후속 초소형위성 개발도 이어가고 있다. 해당 큐브위성의 자세결정 및 제어시스템 개발에도 조동현 교수 연구팀이 참여할 예정으로, CPSat 개발을 통해 축적한 자세제어 및 위성 운영 경험을 후속 위성 개발에 연계해 나갈 계획이다.

이를 통해 부산대는 임무 설계와 탑재체 개발, 자세결정·제어, 시스템 통합 및 실제 운용으로 이어지는 초소형위성 개발 역량을 지속적으로 확대하고, 지역 대학을 중심으로 한 우주 전문인력 양성과 국내 초소형위성 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.