인공위성마다 충 봐봐요

디지털 유목민 가라오케 "비워 가끔 채우면 더욱 즐겁지 않을까?당일에도 배터리 가득 채워서 자기 오셨나요?"섭취는 하지 않아도, 스마트폰의 배터리 용량만큼은 포기할 수 없습니다. 우주의 모바일 기기, 인공위성도 매일 충전 및 방전에 촉각을 곤두세우고 있다고 합니다. 그런데, 인공위성마다 충전시간이 같지 않다는 사실, 알고 계셨나요?

"인공위성도 스마트폰,자동차,카메라와 다르지 않습니다. 전자장비를 탑재한다는 점에서 이야기군요. 많은 전자소자 장비를 탑재하기 때문에 전력을 제공받아야 합니다. 그래서, 모두 배터리가 들어옵니다. 배터리에 쌓아둔 전력을 작동할 때 소비합니다. 실제 인공위성은 스마트폰과 같은 리튬이온 배터리를 탑재하는데요. 물론 크기는 큽니다. 라면박스 정도의 부피에 셀이 8개 정도 들어갑니다. 충전원리도 같다고 보면 되겠죠.

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그러면 인공위성은 언제 전력이 필요할까요? 하나 단궤도에 올라서 자신이라면 궤도속도로 도는 것이지 궤도를 도는 데 사용하는 것은 아닐 텐데요. 자동차도 연료로 움직이지만 시동을 걸고 회전하고 정지하는 모든 움직이는 데에는 전자제어 장비가 사용됩니다. 위성에서는 이 하나를 반작용 휠이 하는데요. 인공위성이 항상 지구 쪽을 올려다볼 수 있도록 자세를 바꿔야 할 것이다. 5개의 바퀴를 한개 마을에 수십번씩 돌리려면 전력 소모가 많지요. 이것을 잠시도 쉬지 않고 돌립니다. 위성 속 컴퓨터는 어떨까요 한 나이 365개 24시, 풀 가동됩니다. 지구관측위성 자신, 기상관측위성은 촬영도 제대로 합니다. 카메라 전장품에도 전력이 필요할 것이다. 태양전지 패널도 계속 태양 쪽을 바라보려면 가끔 회전을 하는데요. 이때도 전력장치를 사용합니다. 각종 전장품이 계속 하나를 하다보면 과열되겠죠? 열 제어를 하는 히트파이프도 힘은 언제나 ON. 심지어 안전도 물론 가장 작은 전력은 살려두다니 배터리가 인공위성의 생명줄을 쥐고 있는 것과 같다.​

이렇게 많은 전력이 어디서 본인인지는 잘 아실 겁니다. 인공위성 본체 옆에 날개처럼 붙어있는 태양전지 패널입니다. 태양광을 전력으로 바꿔 씁니다 인공 위성도 1종의 재생 에너지를 사용하는 전자 기기의 섬이지만,입니다. 대기권이 없는 우주에서는 태양열을 직접 받을 수 있고, 땅의 태양열 발전보다 에너지 효율도 좋습니다.

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사실 재생에는 실과 바한과 같이 에당신지의 보존 시스템이 빠질 수 없다. 풍력 터빈은 바람이 불 때만, 태양광 시스템은 햇빛이 비춰졌을 때만 발전이 가능합니다. 당신의 종이를 저장해 놓고 쓰지 않으면 사건이 일어나는데요. 발전 출력이 들쑥날쑥하면 전력 품질이 떨어지고 항상 1규정한 전압 공급이 어렵겠죠. 가동중단 이과인 기기의 고장으로 이어질 수 있습니다. 그 때문에, 잉여 전력의 저장은 빠뜨릴 수 없다. "인공위성은 태양광을 받을 때, 배터리에 충분히 충전해 놓고 태양이 차단되어 지역에 방전되는 방식입니다.이 충전·방전 횟수가 인공위성에 따라 다릅니다. 높은 궤도를 돌 것인가, 낮은 궤도를 돌느냐에 따라 차이가 있습니다. 저궤도에서는 위성의 속도가 정지 궤도보다 2배 이상 빠릅니다. 저궤도를 도는 우리 아리랑 위성은 초속 7.5킬로미터의 속도로 하루에 15번 정도 지구를 도는 것입니다. 태양에 가려졌다가 다시 보기를 반복한다. 이 횟수가 바로 충전주기입니다. 100분 정도로 지구를 한바퀴라는 계산이 나 옵니다. 이중 낮의 영역이 64분, 밤 영역은 36분입니다. 충전·방전을 하루에 15회 반복하는 거에요.

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"높은 궤도에서 지구의 자전 속도로 돌고 있는 정지궤도 위성은 어떨까요? 저궤도 위성처럼 밤과 오전이 있냐고? 태양이 1억 5천만킬로 정도 떨어지고 있기 때문에 대부분 태양을 바라볼 수 있습니다. 저궤도 위성 역시 1 같지만 이상하죠. 저궤도는 지구에서 불과 600~800㎞ 떨어진 지점이에요. 태양과의 거리와 비교하면 지구에 붙어있는 것과 같네요. 지구 다음에 숨었을 때는 밤이 될 수밖에 없는데요. 정지 궤도 위성은 지금보다 훨씬 높은 3만 6000㎞고도에 있기 때문에 태양광을 고르게 받을 수 있습니다. 아파트도 고층 1수록 1충분히 이해가 높은 것과 같은 이치입니다.

저궤도 위성은 스마트폰처럼 충전·방전을 반복하며, 정지궤도 위성은 종일 충전기를 끼워 두는 것과 같습니다. 충전 걱정 따위는 없을 것 같은 정지궤도 위성도 태양에 비칠 수 있습니다... 1년에 딱 한번 춘분, 추분점이라고 한다. 지구처럼 돌고 있는 정지궤도 위성은 지구의 공전위치에 따라 태양빛을 받는 각도 조금씩 달라집니다. 춘분, 추분 점에서는 지구의 자전축 기울기(황도 경사)이 0도로 되어 오전과 밤의 길이가 같습니다. 이때 태양담에 있으면 지구의 그림자에 의해 완전히 가려집니다. 이렇게 차단되는 시간이 수십초에서 최대 72분 카지이다니다. 우리 조원의 사진은 정지 궤도에 오른 것 천리안 2A호에 대해서"올해 3월 21일 춘분점 때는 거의 많이 태양에 노출이 됐다. 공백은 몇십초 정도였다"고 전할 것이다. 항상 충전 중인 정지궤도 위성 배터리도 이때는 방전될 거예요.

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춘분, 추분 외에도 달에 따라 햇빛이 가려질 때가 흔합니다. 태양-월-정지 궤도 위성-지구가 1직선 상에 야 1시입니다. 이 시간은 최대 한개 50분 정도 됩니다. 정지궤도 위성은 항상 배터리를 빵빵하게 충전해 두기 때문에 이 정도면 가볍게 버틸 수 있습니다. 게다가 인공위성은 영리하게도 충방전을 판단해 실시합니다. 태양전지판에서의 전압이 내려가면, "배터리의 전압을 가지고 사용하도록 "프로그래밍으로 되어있죠? 충전도 1정 전압 이상이 들어갈 때만 시작합니다.인공위성도 스마트폰처럼 충전 방전 횟수로 배터리의 수명이 줄어들어요. 저궤도 위성의 임무가 3년이면 3651×하나 5회×3년=하나만 8000회로 제한됩니다. 정지궤도 위성은, 계속 잔여 용량을 모니터링 하는 방식으로, 배터리의 수명을 관리합니다. 배터리를 교환할 수 없는 인공위성은 아무래도 스마트폰보다 배터리 관리를 철저히 해야 할 것 같네요.기획/제작 : 항공우주 Editor 오요한 자문/감수 : 정지궤도 복합위성사업단 유기력 박사