미국 항공우주국(NASA)은 2014년 3월 5일에 추진제의 한 형태인 위험한 산화제를 우주에 있는 인공위성의 탱크로 전달하는 미래의 우주 로봇에 동력을 공급하는 신기술에 대한 원격 제어 시험을 성공적으로 끝냈다.
동시에 지상에서 미국 항공우주국(NASA)은 모의 인공위성에서 작업을 수행하는 실물 크기의 정비 시스템에 대한 예정된 지상 시험을 준비하기 위하여 이 원격 제어 시험에서의 결과와 국제 우주 정거장(International Space Station)에서의 로봇 연료보급 임무(RRM: Robotic Refueling Mission)를 결합하고 있다.
종합적으로 이러한 노력은 우주선의 유지 보수 및 수리, 대형 우주 망원경의 조립, 인간 탐험 영역의 확장 등에 필요한 도구 및 능력을 로봇과 인간에게 갖추게 하려고 진행 중인 적극적인 기술 개발 운동의 일부이다.
미국 메릴랜드(Maryland) 주 그린벨트(Greenbelt)에 있는 미국 항공우주국(NASA)의 고다드 우주 비행 센터(Goddard Space Flight Center) 인공위성 정비부서(SSCO: Satellite Servicing Capabilities Office)는 2014년 2월에 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT: Remote Robotic Oxidizer Transfer Test)의 완수와 함께 또 다른 중요한 이정표를 점검하였다.
"이러한 종류의 기술을 이번에 최초로 시험하였으며, ?우리는 이것이 잘 작동함을 증명하였다. 비행을 위한 다음 단계가 준비되었다”고 허블 우주 망원경(Hubble Space Telescope)에 대한 5번의 정비 임무 책임자이자, 인공위성 정비부서(SSCO)의 부책임자인 프랭크 세폴리나(Frank Cepollina)가 말했다. "원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT)은 미국 항공우주국(NASA), 나아가 인공위성 업계에게 진보된 인공위성 연료보급 및 정비 기술이 미래의 허황한 꿈만은 아니라는 확신을 제공하였다. 연구진은 이를 계획하고 오늘 시험을 완료하였으며, 이들이 개척한 능력은 현실이 되고 있다”고 프랭크 세폴리나가 말했다.
2009년 이후로 인공위성 정비부서(SSCO)는 궤도상의 우주선 검사, 수리, 연료보급, 부품 교체 및 조립 기능 등을 우주로 가져가는 데 필요한 기술을 개발하면서 인간과 로봇의 인공위성 정비에 투자하고 있다.
성공적인 로봇 연료보급 임무(RRM) 수행으로부터 배운 교훈에 기초하여 인공위성 정비부서(SSCO)는 로봇이 어떻게 비행 중과 같은 압력과 유동에서 추진제 밸브를 통하여 인공위성의 모의 탱크로 위험한 산화제를 전달할 수 있는지를 시험하기 위하여 지상에 기반을 둔 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT)을 고안하였다. 비록 이러한 능력이 다중 궤도에서의 우주선에 적용될 수 있지만, 인공위성 정비부서(SSCO)는 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT)을 분주한 우주 고속도로인 지구 정지 궤도(GEO: geosynchronous Earth orbit)에서 이동하는 인공위성을 돕는 기술에 특히 집중하였다.
지상에서 2만 2천 마일(3만 5천 4백 킬로미터) 상공에 있는 이 지구 정지 궤도(GEO)는 전 세계 고객들에게 통신, 텔레비전, 날씨 데이터 등을 송출하는 수많은 인공위성을 포함하여 400여 개에 달하는 인공위성들의 고향이다.
미국 항공우주국(NASA)은 지구 정지 궤도(GEO)의 인공위성을 수리하고 연료 보급하는 로봇의 능력을 개발하여 인공위성의 기능적 내용 연한을 늘리고, 예기치 않은 비상사태, 더 심해지고 있는 경제적 요구 및 노후화 문제 등에 직면한 운영자들에게 선택권을 확장시키기를 희망한다. 또한, 미국 항공우주국(NASA)은 이러한 새로운 기술들이 빠르게 성장하고 있는 상업적 인공위성 정비 산업을 증진시키는 데에 도움이 될 것이라고 희망한다.
병든 인공위성을 고치고 재배치할 수 있는 능력은 지구 정지 궤도(GEO)상의 인공위성들을 도울 뿐만 아니라 지속적인 우주 작업을 위협하고 있는, 심화되고 있는 궤도 파편 문제를 완화하는데 도움이 될 수 있어 궁극적으로 우주를 좀 더 청정하고 더욱 지속 가능하게 만들 것이다.
[신기술에 협력하고 있는 고다드 우주 비행 센터 및 케네디 우주 센터]
원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT)은 고다드 우주 비행 센터와 미국 플로리다 주에 있는 케네디 우주 센터(Kennedy Space Center)가 상호 협력하는 인공위성 정비부서(SSCO) 연구진에 의하여 새로운 로봇 기술 및 절차가 시험되었다.
두 우주 센터가 협력하는 인공위성 정비부서(SSCO) 연구진에 의하여 개발된 기술에는 유연한 추진체 호스, 새로운 산화제 노즐 도구, 고유한 추진체 이송 시스템(PTS: propellant transfer system) 등이 포함된다. 산화제 탱크, 밀봉 없는 펌프, 유량 측정 장치, 미로 같은 배관 등을 포함하는 추진체 이송 시스템(PTS)은 여러 해의 수명 연장을 위하여 궤도를 움직이는 우주선의 추진제를 다시 채우도록 정비 인공위성이 필요로 하는 구성 요소들을 갖추고 있다.
작업 수행 중에 미국 메릴랜드 주에 위치한 고다드 우주 비행 센터에 있는 로봇 조작자는 인공위성의 밸브에 결합하여 추진제를 모의 탱크로 이송하기 위하여 1,290킬로미터 정도 떨어진 미국 플로리다 주에 위치한 케네디 우주 센터에 있는 산업용 로봇에 명령을 보냈다. 9일간에 걸친 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT) 수행 끝에 인공위성 정비부서(SSCO)는 성공적으로 임무를 완수하였다.
“한 세트의 기술을 개발하고 이것이 작동하는 것을 발견하는 것과, 이러한 기술들이 드러낼 가능성을 고려하는 것은 전혀 별개의 것이다. 한 번만 사용하는 패러다임은 20세기로 좌천되어야 한다. 미래의 우주는 재활용, 목적 재설정, 재보급될 것”이라고 고다드 우주 비행 센터에서 인공위성 정비부서(SSCO)의 프로젝트 부 관리자인 벤저민 리드(Benjamin Reed)가 말했다.
[사람들이 지구 상에서 더 안전하게 머물도록 돕는 응용분야]
원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT) 기술이 우주에서 사용되도록 설계되었지만, 미래에는 인공위성을 발사하기 전에 로봇을 이용하여 연료를 재보급하는데 적용될 수 있다.
4 산화질소(nitrogen tetroxide)인 산화제는 인공위성 연료와 혼합되었을 때 인공위성을 위한 추력을 제공하는 즉각적인 연소를 일으키는 화학 물질이다. 이 액체는 대기압의 약 20배 정도인 제곱인치당 300파운드까지 강한 압력 하에 인공위성 탱크 내에 수용된다. 그리고 이 액체는 독성이 있고, 매우 높은 부식성을 가지며, 압축되어 있어 특별한 취급이 요구된다.
지상에서 로봇을 이용하여 인공위성에 연료를 보급하는 새로운 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT) 기술을 이용하는 것은 이렇게 매우 위험한 작업 수행 중에 인간 작업자를 안전한 거리에서 유지하도록 만들 것이다.
[미래의 인공위성 정비 시연]
인공위성 정비부서(SSCO)는 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT)을 마무리한 이후로 전기 추진 시스템을 가진 인공위성에 사용되는 추진제인 제논(xenon)의 이송 기술을 포함하여 영역을 확대하고 있다.
또한, 연구진은 국제 우주 정거장에서의 로봇 연료보급 임무(RRM)를 위한 다음 단계를 위해 준비하고 있다. 올해(2014년) 6월에 국제 우주 정거장으로 발사할 예정인 다음의 무인 운송선(Automated Transfer Vehicle)은 새로운 일련의 활동을 위하여 새로운 로봇 연료보급 임무(RRM) 하드웨어를 전달할 것이다.
다가올 시연에는 우주선 검사, 원래 기내 정비용으로 설계되지 않은 인공위성에서 극저온 냉매(cryogen)의 보충, 진보된 태양 전지 기술 등이 포함된다. 현재 개발하고 있는 별도의 국제 우주정거장 시연은 실시간 상대 항법 기술(relative navigation)에 집중할 것이다.
지상에서 인공위성 정비부서(SSCO)는 올해(2014년) 후반에 고다드 우주 비행 센터에서 별도의 시험을 수행할 것이다. 로봇 연료보급 임무(RRM), 원격 로봇 산화제 전달 시험(RROxiTT), 로봇 알고리즘 연구 및 개발 등으로부터 얻은 교훈에 기초하여 연구진은 매달려 있는 모의 인공위성 상에서 일련의 정비 작업을 수행하기 위하여 실제 크기의 로봇 정비 시스템에 명령을 내릴 것이다.
이러한 작업에서 얻은 결과는 연구진이 정비 목적을 달성하기 위한 통합된 시스템으로서 수많은 정비 관련 하부 시스템과 기술을 어떻게 조화시켜 작동시킬 것인지를 평가하는 데 도움이 될 것이다. 이러한 작업은 증명된 기술과 새로이 개발된 기술 모두를 시험할 것이다. “지속 가능한 우주 개발은 우주 공간에 있는 공유된 자원에 대한 양호한 관리일 뿐만 아니라, 우리가 인류를 태양계 더 깊은 곳을 향해 출발하게 하는 일련의 기술을 개발하기 위하여 필요한 것”이라고 벤저민 리드가 말했다.
* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
