스페이스 클럽 인도, SPADEX 우주 도킹 시연 시작, 인간 등급 발사체 조립 시작

[발사총책임자]

인도우주연구기구(ISRO)는 인도의 다가오는 찬드라얀-4 유인 우주 비행 캠페인의 핵심 임무인 우주 도킹 실험을 시작하고 있습니다. 이 임무는 궤도에서 랑데부, 도킹 및 도킹 해제 기술을 시연할 것입니다. 이 임무의 성공적인 완수는 달 표면에 대한 미래 임무와 궤도 우주 정거장 건설에 대한 인도의 야망을 향한 중요한 단계가 될 것입니다. 또한 인도는 우주 도킹 기술을 개발하는 네 번째 국가가 될 것입니다.

한편, 테스트 승무원 모듈이 처음 발사된 지 정확히 10년 후, 인도의 Gaganyaan 프로그램의 일환으로 언젠가 승무원을 궤도에 발사할 인간 등급 발사체의 조립이 시작되었습니다.

ISRO의 우주 도킹 실험 임무(SPADEX)는 12월 30일 월요일 16:30(UTC)에 인도 스리하리코타(Sriharikota)의 사티시 다완 우주센터(Satish Dhawan Space Center)의 첫 번째 발사대에서 이륙할 예정이다. 출시 시간은 4시간이며, 필요한 경우 1월 13일까지 추가 기회가 제공됩니다. 극지 위성 발사체(PSLV) 로켓은 이 실험을 위해 각각 220kg의 무게를 가진 한 쌍의 위성을 55도 기울어진 470km의 원형 지구 저궤도로 운반할 것입니다.

PSLV-60 차량은 SPADEX 임무에 앞서 패드로 운송됩니다. (제공: ISRO)

PSLV는 인도의 3세대 중형 리프트 발사체이자 액체 스테이지를 채택한 최초의 발사체입니다. 페이로드의 질량이 낮기 때문에 이 임무는 PSLV-CA(또는 Core Alone) 컨피그레이션을 사용합니다. 이 변형은 표준 PSLV-G 및 확장 PSLV-XL 버전에 사용 된 6 개의 스트랩 온 부스터를 생략하고 일반적으로 상부 단계에서 더 적은 추진제로 비행합니다.

이 차량의 4단은 궤도에서 여러 번 재점화하여 탑재체를 방출할 수 있는 저장 가능한 액체 엔진을 사용합니다. 이 임무는 PSLV POEM(Orbital Experimental Module) 플랫폼을 탑재하여 4단계 탱크 주변의 리튬 이온 배터리와 태양 전지판에서 에너지를 끌어와 실험을 수행할 수 있도록 합니다. 이 플랫폼은 2024년 1월 1일 XPoSat 임무에서 마지막으로 사용되었습니다.

SPADEX 도킹 시연

SPADEX 실험은 발사 후 약 10일 후에 SDX01 "Chaser"와 SDX02 "Target"이라는 두 위성이 작은 상대 속도로 방출될 때 수행됩니다. 그 쌍은 약 10에서 15km의 거리를 두고 떨어질 때까지 약 하루 동안 표류할 것입니다. 달성되면 Target은 추진 시스템을 사용하여 자신과 Chaser 사이의 속도 차이를 제거합니다. 이후 두 사람은 약 20km 떨어진 궤도를 돌며 건강 검진에 들어가게 되는데, 이를 '파 랑데부(Far Rendezvous)'라고 부른다. 그런 다음 체이서는 목표물에 점점 더 가까워지기 시작하는데, 처음에는 5km, 그 다음에는 1.5km까지 이동하면서 점차 목표물 사이의 거리를 3m로 줄입니다.

SPADEX 우주선(왼쪽)과 도킹된 한 쌍의 우주선(오른쪽)의 다이어그램. (제공: ISRO)

초당 약 10mm의 속도로 서로에게 접근하는 두 사람은 결국 4개의 랑데부 및 도킹 센서를 사용하여 제어된 도킹을 수행합니다. 여기에는 레이저 거리 측정기와 코너 큐브 레트로 리플렉터가 포함되어 상대 범위를 결정합니다. 동시에 레이저 다이오드는 30m 떨어진 곳에서 최종 접근까지 PDS(Proximity and Docking Sensor)를 용이하게 합니다. 메카니즘 진입 센서(MES)는 마지막 8cm의 접촉을 감지하며, 이 이벤트는 온보드 비디오 카메라를 사용하여 캡처됩니다.

두 우주선에서 동일한 양성 시스템은 국제 우주 정거장과 방문 우주선에 사용되는 국제 도킹 시스템 표준 (IDSS)과 유사합니다. 자유도가 1도인 경우, 450mm에서 800mm IDSS보다 작고, IDSS 헥사포드 시스템의 24개에 비해 모터가 2개뿐입니다.

이 임무의 두 번째 목표는 도킹된 두 선박 간의 전력 전달을 시연하는 것인데, 이 기능은 미래의 로봇 임무에 특히 관련이 있을 것입니다. 한 우주선이 도킹된 상태에서 다른 우주선의 자세를 제어하는 복합 우주선 제어도 시연됩니다. 그런 다음 두 쌍은 최종적으로 도킹 해제 기동을 시연하고 페이로드 작업을 수행 한 후 최대 2 년 동안 운영을 유지할 것으로 예상됩니다.

조립 및 테스트 중인 SPADEX 공예품. (제공: ISRO)

벵갈루루에 있는 ISRO의 UR Rao 위성 센터(URSC)가 개발한 두 위성은 위치 파악을 위해 차동 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 사용할 예정이다. 온보드 RODP(Novel Relative Orbit Determination and Propagation) 프로세서는 체이서와 타겟의 상대 위치와 속도를 결정합니다. 이 기술은 우주선이 GNSS를 사용할 수 없는 달 탐사 임무를 위한 길을 열어줄 것이며, GNSS는 자율 도킹 또는 도킹 해제를 위해 지구 기반 수신기에 의존하게 될 것입니다. 계획된 찬드라얀-4호의 달 탐사 임무는 이런 종류의 여러 도킹 기동을 필요로 할 것이다. 그러나 SPADEX 임무의 경우 ISRO ISTRAC(Telemetry, Tracking, and Command Network) 내의 지상국이 궤도에 있는 위성을 제어하게 됩니다.

추가 페이로드

총 24개의 추가 페이로드가 앞서 언급한 POEM-4 실험 모듈의 일부로 주요 임무에 동행할 것입니다. POEM은 태양 전지판에서 생성된 전력을 사용하는 위성 버스 역할을 하여 탑재된 실험용 페이로드에 필요한 모든 하위 시스템을 제공합니다. 여기에는 인도 최초의 우주 위성 연구소로 묘사되는 TakeMe2Space의 MOI-TD(Micro Orbital Infrastructure Technology Demonstration)가 포함되며, 연구원과 학생들이 미세중력 실험을 수행할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.

최종 테스트를 진행 중인 우주의 AI 실험실의 MOI-TD 기술 시연. (제공: TakeMe2Space)

이 회사는 지구 저궤도(LEO)에서 AI 기반 컴퓨터 및 스토리지 서비스를 호스팅하는 저렴한 위성 인프라를 구축하고 있습니다. 테이크미투스페이스(TakeMe2Space)는 지난 1월 XPoSat 미션을 위해 발사된 방사선 차폐 실험 모듈(RSEM)을 개발하기 위해 ISRO와 협력한 바 있다. 이 임무는 다양한 두께의 혁신적인 방사선 차폐 코팅을 사용했으며 궤도에 있는 동안 코팅이 여러 개의 C급 및 X급 태양 플레어에 노출되는 것을 확인했습니다. 이 코팅은 총 이온화 선량(TID) 범위 전반에 걸쳐 10배 감소를 입증했으며 회로에 방사선 강화되지 않은 전자 장치를 사용하는 위성 제작자에게 도움이 될 것입니다.

SPADEX 임무는 SDX02 Target 항공기에 장착된 새로운 방사능 모니터링 시스템을 테스트할 것입니다. 이 시스템은 전자 및 양성자 방사선을 추정하여 향후 임무에서 방사선 모니터링 장비 개발에 정보를 제공하고 우주 비행사와 장비를 보호할 것입니다.

바루나가 있는 POEM 플랫폼(왼쪽)과 바루나의 클로즈업(오른쪽). (제공: Piersight)

PierSight의 Varuna는 cubesat 폼 팩터에서 합성 개구 레이더(SAR)를 시연합니다. 이 시연을 위해 POEM 플랫폼에 장착된 Varuna는 전자 장치를 테스트하고, 전개 가능한 안테나를 연구하고, 탑재된 솔리드 스테이트 전력 증폭기의 사전 드라이버 단계를 테스트할 것입니다. 이 임무는 하위 시스템의 비행 적합성을 입증하고 최고 수준의 기술 준비 상태에 도달 할 것입니다. 이 회사는 30분 재방문 시간으로 바다를 모니터링하고 기름 유출 및 불법 조업에 대한 정보를 제공하는 별자리를 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다.

인도의 Gaganyaan 프로그램

SPADEX 임무 중 성공적인 도킹 및 도킹 해제 시연은 인도의 유인 우주 비행 프로그램에 중요한 핵심 기술을 검증할 것입니다. 이 임무는 "천체 차량"으로 번역되는 이름을 가진 Gaganyaan 유인 우주선을 사용합니다. 이 캡슐은 최대 7일 동안 임무를 수행하기 위해 3명의 승무원을 태우고 임무 수행 후 낙하산을 타고 지구로 귀환할 예정입니다. 2021년 새로운 HLVM3(Human Launch Vehicle Mark 3) 로켓에 실려 발사될 예정이었으나, 수정된 추정치에 따르면 이 차량의 처녀 발사 및 궤도 시험 비행은 2025년 이전으로 예상됩니다.

HLVM3 차량(오른쪽)용 S200 모터(왼쪽)의 조립이 시작됩니다. (제공: ISRO)

HLVM3는 ISRO의 정지궤도위성발사체(GSLV) 마크 III 로켓의 유인 평가 버전이다. 3단 LVM3는 10년 동안 사용되어 왔으며 이전에 찬드라얀-2, 찬드라얀-3 달 착륙선 임무와 GSAT 및 OneWeb 위성을 쏘아 올렸습니다. 53m 높이의 이 차량은 10,000kg을 LEO까지 운반할 수 있으며, HLVM3는 승무원 모듈과 승무원 탈출 시스템을 추가하여 설계를 발전시켰습니다. 이번 달 Satish Dhawan Space Center에서 S200 고체 로켓 모터의 노즐 끝 부분을 적층하는 첫 번째 인간 등급 HLVM3 차량의 조립이 시작되었습니다.

이 프로그램은 2026년 또는 2027년에 첫 번째 유인 임무를 수행하기 전에 먼저 세 번의 무인 발사를 수행할 것입니다. 첫 번째 유인 임무는 3명의 승무원을 400km 궤도에 쏘아 올려 3일 동안 인도양에 착륙시켜 지구로 귀환하는 것입니다. 캡슐의 첫 번째 무인 시험 비행은 현재 2025년 2월로 예정되어 있습니다. 승무원 모듈은 비크람 사라바이 우주 센터(VSSC)에서 통합되고 있으며, C32 극저온 및 L110 액체 단계는 발사 단지에서 통합될 준비가 되어 있습니다. URSC는 현재 서비스 모듈을 통합하고 있으며 나중에 궤도 모듈을 통합하고 테스트할 예정입니다.

BAS 우주 정거장과 그 이상

찬드라얀-4 달 샘플 귀환 임무는 두 개의 개별 임무에 걸쳐 5개의 모듈을 싣고 있는 LVM3 차량을 두 번 발사해야 합니다. 달 표토 샘플을 수집하고 컨테이너화하는 디센더(Descender) 모듈은 어센더(Ascender) 모듈과 함께 하나의 스택으로 출시될 예정이다. 추진 모듈, 전송 모듈, 재진입 모듈은 별도의 스택으로 구성될 예정이며, 달 샘플을 지구로 받고 귀환하는 데 필요한 기술을 포함한다. 이 임무는 2027년 말까지 완료될 것으로 예상되며 달 궤도에서 도킹 및 도킹 해제가 포함됩니다.

2028년 이전부터 인도 최초의 우주 정거장인 바라티야 안타릭샤 기지(BAS)를 건설하기 위한 추가 임무가 시작될 예정이다. 정거장의 첫 번째 모듈인 BAS-1은 화물 차량 도킹 및 추진제 이송 기능을 제공합니다. 현재 타임라인에는 추가 모듈이 정거장에 점진적으로 추가되고 있으며, 2031년경에 단기 유인 임무가 시작되고 궁극적으로 2035년경까지 장기 임무 및 과학 실험이 시작될 수 있습니다. 이쯤 되면 우주정거장은 약 56톤의 질량을 갖게 될 것이며, 이는 중국 톈궁 우주정거장 질량의 75%에 해당한다.

궤도에 있는 BAS의 렌더링입니다. (제공: ISRO)

길이 약 30m, 너비 약 25m인 BAS는 이 첫 번째 단계에서 국제우주정거장(ISS) 부피의 4분의 1을 차지할 것입니다. 스테이션에는 두 개의 도킹 포트, 내부 로봇 팔 및 유지 보수 및 검사를 지원하는 외부 로봇 팔이 있습니다. BAS는 ISS보다 약 30km 더 높고 비슷한 경사로 약 450km 떨어진 51.6도 경사로 궤도를 돌 것입니다. 6개월마다 재보급 임무를 수행하는 지속적인 주둔이 예상되며, 2035년에 기지가 두 번째 확장 단계로 이동함에 따라 예상됩니다.

인도 내각은 2024년 9월 여러 우주 프로그램에 대한 예산을 승인하여 찬드라얀-4, BAS-1 모듈 및 8개의 가가냐안 임무 지원을 위한 자금을 확보했습니다. ISRO는 2026년까지 4개의 전구체 임무를 완료하기 위해 노력할 것이며, BAS 기술 시연 및 검증을 포함한 나머지 4개는 2028년 12월 말까지 완료할 예정이다. 내각은 또한 슈크라얀 금성 궤도선 임무와 차세대 발사체(NGLV) 로켓 개발을 승인했다. ISRO는 3단계 NGLV를 '수리야(Soorya)'라고 부른다.

왼쪽에서 오른쪽으로: PSLV, LVM3, HLVM3 및 NGLV 단일, 재사용 가능 및 사이드 부스터 구성. (제공: ISRO)

LVM3 높이의 두 배가 넘는 이 92m 높이의 차량은 직경 5m의 코어를 갖추고 있으며 부분적으로 재사용할 수 있도록 설계되었습니다. 고체 모터를 추가하여 LEO까지 최대 30,000kg 또는 정지 궤도까지 최대 12,000kg을 운반할 수 있는 용량으로 BAS 임무를 지원할 것입니다. 이 차량은 액체 메탄과 산소를 연소하는 클러스터 엔진을 사용하여 추진됩니다. LM470 코어 첫 번째 단계는 추진 착륙을 지원하기 위해 계획되었으며 가장 강력한 "NGLV Heavy" 변형에서 사이드 부스터 역할을 하는 두 개의 추가 코어가 수반됩니다. 2040년까지 인도산 부츠를 달에 보내려는 인도의 계획의 일환으로 인간 등급의 NGLV-H도 제안되고 있습니다.

슈크라얀 임무는 2028년 3월 발사로 예정되어 있으며 금성 표면, 지하 및 대기를 연구할 것입니다. 이 임무는 행성이 더 거주하기 좋은 환경에서 멀어지게 된 근본적인 원인을 조사할 것입니다. 이 우주선은 112일 동안 금성을 여행하며 2028년 7월 중순에 도착할 예정이다.

2024년 12월 PROBA-3 임무 중 PSLV-C59로 보이는 증기 원뿔이 상승하고 있습니다. (제공: ISRO)

12월 4일, ISRO와 유럽우주국(ESA)은 가가냐안 임무에 대한 지상 추적 지원을 제공하기 위한 기술 이행 계획(TIP)에 서명했다. 두 기관은 오랜 협력 관계를 유지해 왔으며, ISRO는 최근 12월 초 ESA와 공동으로 PROBA-3 임무를 시작했다. TIP 협정에 서명함으로써 ESA는 궤도 운영과 관련된 통신 및 데이터 흐름의 연속성을 보장하는 데 도움이 될 것입니다. 이번 협약은 지난해 11월 말 ISRO와 호주우주국(Australian Space Agency) 간 이행 협약(Implementation Agreement)에 서명한 데 이은 것이다. 이 계약은 호주 해역 근처의 상승 단계에서 중단될 경우 비상 수색 및 구조 계획을 포함하여 Gaganyaan 임무를 위한 승무원 모듈 복구에 대한 협력을 보장합니다.

(리드 이미지: PSLV-60이 SPADEX 임무를 위해 Satish Dhawan Space Centre의 첫 번째 발사대에 도착합니다. 출처: ISRO)

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