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K-HERO 큐브위성, 초소형 홀추력기 우주 검증 본격 착수
우리 대학은 한국형발사체 누리호 4차에 실려 우주로 향한 큐브위성 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)가 27일 정오 지상국과 첫 교신에 성공하며, AI 기반 초소형 홀추력기 우주 검증을 위한 본격적인 임무 준비에 돌입했다고 28일 밝혔다.
K-HERO에는 KAIST 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 AI 기반 설계기술로 개발한 150 W급 초소형 홀전기추력기가 탑재되어 있다. 이번 누리호 4차 발사에서 실린 12기의 큐브위성 중 홀추력기 우주 실증 임무를 수행하는 유일한 위성이다.
홀추력기는 전기에너지를 이용해 제논(Xe) 연료를 이온화하고 고속으로 분사해 추력을 얻는 고효율 전기추진 기술로, 연비(비추력)가 높고, 투입 전력 대비 추력 성능(약 60 mN/kW)이 높아서 대규모 위성군(예: SpaceX 스타링크)에서 심우주 탐사(NASA Psyche)에 이르기까지 널리 활용되는 핵심 기술이다.
기존에는 주로 중대형 플랫폼(GEO 위성)에 적용돼 왔으나, 초소형·소형위성에 탑재할 경량·고효율 소형 홀추력기 개발은 기술 난이도가 높은 도전적 과제로 꼽힌다.
연구팀은 복잡한 플라즈마 생성 및 전자기장 최적화 문제를 해결하기 위해 AI 기반 성능 예측 기법을 적용했다. 이를 통해 설계 반복 과정 단축, 실험 횟수 감소, 개발 기간·비용 절감이라는 뚜렷한 성과를 거두었으며, 이는 국내 초소형 전기추진 기술의 수준을 한 단계 끌어올리는 성취로 평가된다.
K-HERO는 27일 오전 4시경 미국 애리조나 SatNOGS 지상국에서 첫 비콘 신호가 확인됐고 이후 글로벌 지상국에서 10회 이상 신호 수신, 27일 정오 한국항공우주연구원(KARI) 지상국에서도 비콘 수신 성공을 통해 정상적인 궤도 안착과 초기 위성 상태 안정성이 검증되었다. 비콘 분석 결과, 위성 통신 안테나 4개도 성공적으로 전개된 것으로 확인됐다.
연구팀은 향후 양방향 교신을 통해 위성의 전력, 열 환경, 자세 안정성을 점검한 뒤, 홀추력기 우주 작동 시험을 순차적으로 진행할 계획이다.
시험 시에는 플라즈마 전류, 연료탱크 압력 변화, 열적 변화, 자기장 생성 특성, 작동 제어 알고리즘, 전력 공급 특성 등 핵심 데이터를 수집·분석해 60 W급 초소형 홀추력기의 우주 환경 성능을 본격적으로 검증하게 된다.
홀추력기는 1회 작동 시 약 1 mN(밀리뉴턴)급 추력을 1분간 발휘하는 실증 임무를 수행할 예정이다. 1 mN은 쉽게 말해 지상에서 포스트잇 종이 한 장을 들어올리는 힘에 해당한다.
하지만 우주에서는 진공이라 공기 저항이 거의 없고 중력이 작아서, 이렇게 미세한 힘이라도 지속적으로 작용하면 4 kg 정도인 K-HERO 위성의 속도나 궤도를 눈에 띄게 변화시킬 수 있어 실질적인 추진력으로 활용될 수 있다.
이번 홀추력기 개발에는 최원호 교수 연구팀이 설립한 전기추진 전문 스타트업 코스모비㈜(Cosmo Bee)도 적극 참여했다. 양 기관은 K-HERO 운용 경험을 기반으로 저전력 홀추력기 시스템 상용화, 초저궤도(VLEO)·심우주 탐사용 고효율 홀추력기 개발을 추진해 국내 소형위성 전기추진 산업 경쟁력 강화에 기여할 계획이다.
최원호 교수는 “이번 임무의 성공은 실험실의 기초 물리연구에서 시작된 플라즈마 전기추력기 기술이 우주 검증 단계까지 이른 뜻깊은 성과이며, 국내 소형위성 전기추력기 상용화의 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “K-HERO 임무는 KAIST가 축적해 온 우주기술 역량이 실제 우주에서 입증된 의미 있는 성과”라며 “AI 기반 전기추진기 기술을 통해 대한민국의 초소형·소형위성 경쟁력을 세계 수준으로 끌어올리겠다”고 말했다.
2025.11.28 조회수 2063 -
누리호에 오른 KAIST ‘K-HERO’..초소형 홀추력기 차세대 기술 우주에서 검증
우리 대학은 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 개발한 큐브위성 ‘K-HERO(케이-히어로, KAIST 홀추력기 시험위성, KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)’가 오는 27일 새벽 전남 고흥 나로우주센터에서 발사되는 누리호 4차 발사체에 탑재돼 우주로 향할 예정이라고 26일 밝혔다.
이번 누리호 4차 발사는 한국항공우주연구원(KARI)에서 기술 이전을 받아 민간기업 한화에어로스페이스가 주관하는 첫 발사로, 국내 우주산업 전환의 의미 있는 장면이 될 전망이다. 주탑재체인 차세대중형위성 3호와 함께 산학연이 개발한 12기의 큐브위성이 실리며, K-HERO는 그 중 하나다.
K-HERO는 최원호 교수 연구팀이 KARI 주관 ‘2022 큐브위성 경연대회’ 기초위성 개발팀으로 선정되면서 개발이 본격화됐다.
기초위성은 본격적인 비행모델(FM) 제작에 앞서 설계와 핵심 부품이 우주환경에서 정상적으로 작동하는지 확인하는 기술 검증용 위성이다. 가로·세로 10cm, 높이 30cm, 무게 3.9kg의 3U 표준 큐브위성인 K-HERO는 발사체와의 안정성·전기 규격·인터페이스 조건을 모두 충족해 설계됐다.
K-HERO의 핵심 임무는 연구팀이 개발한 150 W급 초소형 위성용 홀추력기(Hall thruster)가 우주에서 실제로 작동하는지를 직접 검증하는 것이다.
홀추력기는 쉽게 말하면 ‘전기로 움직이는 우주용 엔진’이라고 할 수 있으며 전기를 이용해 위성을 천천히, 그러나 매우 효율적으로 움직이는 전기추진 엔진이다.
로켓처럼 연료를 많이 태워 순간적으로 큰 힘을 내는 방식이 아니라, 전기로 기체(제논)를 플라즈마 상태로 만들고 이를 뒤로 빠르게 내보내 위성을 밀어내는 방식으로 작동한다. 홀추력기는 연비가 높다는 장점 덕분에 소형·군집위성 시대의 핵심 기술로 꼽힌다.
홀추력기는 이미 20~30년 넘게 대형 위성과 심우주 탐사선에서 사용돼 온 검증된 기술이다. 하지만 크기와 전력 요구량이 커서 과거에는 대형 정지궤도(GEO) 통신·방송 위성에서 주로 운용되고 NASA·ESA의 심우주 탐사선에서도 장거리 비행을 위해 사용되었다.
최근 SpaceX 스타링크 위성군의 등장으로 소형·초소형 전기추력기에 대한 수요가 급증하였다. 이처럼 글로벌 우주산업이 군집위성 중심으로 변화하면서, ‘작고 효율 좋은 추력기’는 필수 기술이 되었다.
K-HERO는 국내 기술로 만든 초소형 홀추력기를 우주에서 직접 실증하는 첫 사례로, 국내 기술 경쟁력을 높이는 중요한 이정표가 될 전망이다.
최원호 교수 연구팀은 2003년 국내 최초로 홀추력기 연구를 시작해 플라즈마 물리 기반의 원천 기술을 확보했다. 이후 2013년 ‘KAIST 과학기술위성 3호’에 200W급 홀추력기를 성공적으로 탑재하며 기술의 실용성을 입증하였고, 이번에는 더 낮은 전력(30W)에서도 동작할 수 있도록 개선하여 초소형위성을 겨냥한 차세대 모델을 개발했다.
이번 K-HERO 개발에는 최 교수 연구팀의 실험실 창업기업 코스모비(주)도 참여하여 기술 상용화 기반을 더욱 강화했다.
최원호 교수는 “K-HERO를 시작으로 국내에서도 전기추력기를 탑재한 소형위성이 본격적으로 늘어날 것이다. 이번에 검증되는 홀추력기는 저궤도 군집 감시정찰 위성, 6G 통신위성, 초저궤도 고해상도 위성, 소행성 탐사선 등 다양한 임무에 활용될 수 있다.”라고 말했다.
이광형 총장은 “K-HERO 발사는 KAIST의 전기추력 기술을 초소형위성 플랫폼에서 다시 한 번 우주에서 직접 검증하게 될 뜻깊은 기회로, 국내 소형위성 기술 경쟁력을 한 단계 더 높일 중요한 전환점이 될 것이다. KAIST는 앞으로도 우리나라 우주기술 발전을 위해 지속적으로 기여하겠다”고 밝혔다.
2025.11.26 조회수 1868 -
차세대소형위성2호 2년 임무 완수 - 북극·산림 변화 척척 관측
우리 대학 우주연구원(원장 한재흥)이 개발하여 2023년 5월 25일 18시 24분 나로우주센터에서 누리호 3차로 발사한 차세대소형위성2호가 핵심 임무인 국산 영상레이다(SAR, Synthetic Aperture Radar) 기술검증 및 전천후 지구관측 등을 지난 2년간 성공적으로 마쳤다.
차세대소형위성2호에 탑재된 영상레이다 시스템은 KAIST 우주연구원이 국내 최초로 설계, 제작, 지상 시험․평가를 거쳐 국산화한 기술로, 2025년 5월 25일 자로 2년간의 우주 궤도상 기술검증 임무를 성공적으로 완료했다.
특히 이 영상레이다 시스템이 100kg급 소형위성인 차세대소형위성2호에 탑재되어 관측임무를 완수했다는 점은, 우주용 영상레이다 시스템의 소형·경량화 기술 확보와 국내 위성기술 경쟁력 강화 측면에서 의미가 크다.
개발된 영상레이다는 전자파를 이용하는 능동 센서로, 주야간 기상조건에 관계없이 전천후 영상 획득이 가능한 장점이 있다. 어두운 밤이나 구름 또는 비가 많은 기상 환경에서도 관측할 수 있어 한반도처럼 강우와 구름이 빈번한 지역의 감시에 특히 유용하다.
위성 발사 이후, 차세대소형위성2호는 하루 평균 3~4회의 영상 촬영을 수행하며 기능점검과 기술검증을 진행해 왔다. 현재까지 1,200회 이상의 지구관측을 완료했으며, 위성의 임무 수명이 지난 현재에도 영상레이더의 성능은 양호하여, 관측 임무를 안정적으로 이어가고 있다.
국산화 기술 검증 단계임에도, KAIST 우주연구원은 극지연구소(소장 신형철) 및 국립공원연구원(원장 김진태)과 협력하여 2024년 3월 이후에는 북극 빙권 변화분석과 산림 영역 변화탐지를 위한 관심 지역을 우선 촬영하고 있다.
KAIST 우주연구원은 북극 해빙 관심지역에 대한 반복 관측을 수행하고 있으며, 극지연구소 원격탐사빙권정보센터는 관측결과를 이용하여 시계열 기반의 분석을 통해 기후변화로 인한 해빙 면적 및 구조 변화를 정밀 추적하고 있다.
최근, 극지연구소는 차세대소형위성2호와 유럽 우주청(ESA)의 센티넬-1호(Sentinel-1)의 관측 데이터를 융합하여, 캐나다 밀른(Milne) 빙붕(Ice Shelf, 육지에서 흐른 빙하가 바다로 흘러 들어가면서 바다 위에 떠 있는 거대한 얼음층)에서 2021년부터 2025년 사이에 빙붕 뒤편의 얼음 호수 면적이 무려 15㎢나 증가한 사실을 포착했다. 이로 인해 구조적 불안정성이 심화되고 있으며, 이는 북극의 기후 변화가 가속화되고 있음을 보여주는 중요한 신호로 분석된다.
극지연구소 원격탐사빙권정보센터 김현철 센터장은 "이번 연구 결과는 북극 빙붕이 기후변화에 얼마나 취약한지를 보여주는 중요한 증거이며 앞으로도 차세대소형위성2호 영상레이다를 이용한 지속적인 관측과 분석을 통해 북극 환경 변화를 예측하고, 국제적인 협력을 강화해 나갈 것"이라고 밝혔다. 또한 “이번 연구 성과를 국제학술대회에 발표하며 북극 환경 변화에 대한 국민의 이해를 높이기 위해 교육과 홍보 활동도 전개할 예정”이라고 덧붙였다.
한편, 국립공원연구원 기후변화연구센터와 협력을 통해, 차세대소형위성2호의 영상자료는 기후변화에 따른 생물계절 변화탐지, 고지대 침엽수 고사 및 산사태와 같은 산림 생태계 변화 모니터링 연구에도 활용되고 있다. 아울러 산림지역의 탄소 저장량 공간 분포를 위성 영상으로 분석하고, 이를 현장 측정값과 비교하여 분석 정밀도를 높이는 연구도 병행 중이다.
영상레이다는 빛과 날씨에 영향을 받지 않을 뿐 아니라, 산불 발생 시 시야를 가리는 화염과 연기를 뚫고도 관측이 가능하다. 따라서 넓은 면적의 보호구역을 정기적으로 감시하는 데 매우 효과적인 도구로, 향후 산림 보호정책 수립에도 기여할 것으로 기대된다.
뿐만 아니라, KAIST 우주연구원은 차세대소형위성2호의 관측 영상 활용도 제고를 위해 우주항공청(윤영빈 청장)의 예산지원으로 위성에서 수신된 기술 검증 중심의 데이터를 연구기관들이 쉽게 활용할 수 있도록 표준 영상 제품으로 가공하는 시스템도 개발 중이다.
우주연구원 한재흥 원장은 “차세대소형위성2호는 국산화 개발에 성공한 데에 그치지 않고, 실제 환경 분석과 국가 연구에 직접 활용되어 성과를 내고 있다는 점에서 더욱 큰 의미가 있다”며 “앞으로도 차세대소형위성2호 영상레이다 데이터의 활용에 힘쓸 것”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “차세대소형위성2호는 KAIST가 보유한 우주 기술력과 연구진의 혁신 역량을 집약한 결과물로, 이번 성과는 KAIST가 앞으로 우주 기술 인재 양성과 연구개발에 더 큰 가능성을 보여줄 수 있는 신호라고 생각하고 앞으로도 이에 더욱 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.
2025.05.29 조회수 4581 -
윤효상 교수 연구팀, 2022년 큐브위성 경연대회 기초위성분야 최종 선정
우리 대학 항공우주공학과 윤효상 교수가 이끄는 GBSAT 팀이 항공우주연구원이 주관한 '2022 큐브위성 경연대회'에서 기초위성분야에 최종 선정됐다고 19일 밝혔다. 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀과 함께 이번 대회 유일하게 한 학교에서 복수의 팀이 선정되는 쾌거를 이뤘다.
이로써 항공우주공학과는 2012, 2019 큐브위성 경연대회에 선정된 방효충 교수 연구실의 LINK, RANDEV에 이어 세 번째 큐브위성 경연대회에 참가하게 되었다.
GBSAT 팀은 새내기과정학부 이제민 학생을 포함하여 서울대학교, GIST, DGIST, 한국항공대학교의 학부 1학년생 7명으로 이루어진 팀으로 윤효상 교수의 지도 아래 태양풍 에너지 스펙트럼을 조사하는 미션을 수행한다.
연구팀은 임무에 사용될 에너지 구간에 따른 우주 방사선을 측정할 수 있는 관측기를 직접 개발 및 탑재할 계획이며 2025년으로 예정된 누리호의 4차 발사에 탑재되어 궤도에 올라갈 예정이다.
2022.12.29 조회수 6741 -
최원호 교수 연구팀, 2022년 큐브위성 경연대회 기초위성분야 최종 선정
우리 대학 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 한국항공우주연구원이 주관한 ‘2022 큐브위성 경연대회’에서 기초위성분야에 최종 선정됐다고 19일 밝혔다. 특히 이번 대회에서 항공우주공학과 윤효상 교수 연구팀도 함께 선정되어 KAIST는 복수의 팀이 선정되는 쾌거를 이뤘다.
이번 대회 선정팀은 큐브위성 개발비용(기초위성 3억원/고급위성 7.5억원)과 발사 기회(누리호 4차 발사, 2025년 예정)를 제공받게 되며 항우연으로부터 위성 설계 검토, 우주환경시험 등 큐브위성 제작에 필요한 각종 기술을 지원받게 된다.
최 교수 연구팀이 개발하는 위성의 이름은 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)로 초소형위성용 홀추력기의 궤도 검증을 목표로 한다. 홀추력기는 위성 전기추력기의 일종으로 궤도 조정, 군집비행 등의 위성 기동에 필수적인 기술이다.
최 교수 연구팀은 지난 20여 년간 약 20여 종의 홀추력기(50-2,000 W급) 연구개발을 수행하며 국내 전기추력기 연구를 선도하고 있다. 특히 최 교수 연구팀이 개발한 10 mN급 홀추력기는 2013년 발사된 과학기술위성 3호에 탑재되어 임무를 수행한 바 있다.
연구팀은 이번 임무를 통해 큐브위성용 홀추력기의 상용화에 성공한다면 전 세계적으로 증가하고 있는 큐브위성용 추력기 수요에 대응할 수 있을 것이며 국내 큐브위성 업계의 경쟁력 제고에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.
2022.12.20 조회수 8621 -
누리호 발사 큐브위성 랑데브(RANDEV) 지상국 교신 성공
우리 대학 항공우주공학과 항공우주시스템 및 제어연구실(방효충 지도교수) 팀에서 개발한 큐브위성이 지난 6월 21일 누리호에서 발사한 성능 검증위성에서 7월 1일 오후 4시 38분에 우주로 성공적으로 전개되어 7월 2일 새벽 3시 42분에 KAIST 지상국과 첫 교신에 성공했다고 밝혔다.
랑데브(RANDEV)로 명명된 큐브위성은 가로 10cm, 세로 10cm, 높이 30cm 크기의 직육면체 형상으로 무게는 3.2kg인 초소형 인공위성으로 연구실의 대학원생들이 주도해 개발했다.
이번 큐브위성의 주요 임무는 소형 지구관측 카메라를 활용해 지상 촬영을 수행하고 촬영된 영상을 지상국으로 전송하는 것이다. 또한 인공위성의 3축 자세제어 기능을 검증하고 지상국과 UHF/VHF(극초단파/초단파) 주파수를 활용한 통신 및 S 밴드의 고속 영상 전송을 포함한 큐브위성 시스템의 임무와 본체의 정상적인 운용을 검증하기 위한 목적이다.
이번 성과는 큐브위성의 임무 설계, 탑재 S/W, 지상국등 주요 임무를 학생 연구진들이 직접 참여함으로써 우주기술 역량을 확보하고 향후 큐브위성을 실용적인 임무 목적으로 활용할 수 있는 계기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구팀은 2017년과 2019년 각각 2차례에 걸쳐 큐브위성을 발사하였고 특히 2017년 발사한 LINK 큐브위성은 지상국과의 성공적인 교신과 운용 성과를 통해 큐브위성 경연대회 대상을 수상한 경험이 있다.
KAIST는 대한민국 인공위성 개발 역사의 시작이다. KAIST 인공위성연구소가 대한민국 첫 번째 국적 위성인 우리별 1호를 개발했기 때문이다. 국내 우주 연구를 주도하고 있는 KAIST는 올해 8월 우리별 1호 발사 30주년을 앞두고 있으며 이번 누리호 발사체를 이용한 큐브위성의 성공적인 전개와 교신을 통해 KAIST가 국내 우주 연구와 교육을 선도하고 나아가 글로벌 우주 교육 기관으로서 위상을 확립할 것으로 예상된다.
연구팀은 당분간 큐브위성 시스템의 안정적인 운용을 위성 본체 데이터를 통해 확인하는 절차를 밟을 예정이며 위성체가 안정화된 이후 탑재 카메라를 이용한 영상 촬영 및 지상국 전송 임무를 수행할 예정이다.
이번 누리호를 통해 발사된 성능 검증위성을 통해 4기 큐브위성이 우주로 전개되는데 다수의 큐브위성을 동시에 궤도에 투입하는 기술을 확보하는 새로운 시도로서 국내 우주개발의 중요 성과로 여겨질 수 있다.
2022.07.02 조회수 11988 -
KAIST-항우연-천문연, 심우주 탐사 위해 역량 모은다
우리 대학이 항공우주연구원(원장 이상률, 이하 항우연), 한국천문연구원(원장 박영득, 이하 천문연)과 함께은 18일 오후 3시 대전 본원 제2회의실에서 심우주탐사* 전문가 간담회를 개최했다. ☞ 심우주탐사 : 지구 중력이나 자기장의 영향이 미치지 않는 우주 공간 탐사
용홍택 과학기술정보통신부 제1차관이 참석한 이날 회의는 심우주탐사와 관련한 각 출연(연)의 현황 및 중장기적 계획을 공유함과 동시에 기관간 적극적인 협력을 위해 마련되었다.미국 NASA는 국제협력을 통해 유인 달착륙에 도전하는 ‘아르테미스 계획’을 추진 중이며, 민간기업 SpaceX는 화성탐사에 도전하고 있다. 또한 중국의 톈원1호가 최근 화성에 착륙에 성공하는 등 전 세계적으로 우주탐사에 대한 관심이 증가하고 있다. 심우주탐사 분야는 미래 우주 기술 확보, 우주자원 활용 등과도 연계되어 있어 독자 발사체, 위성 기술 확보 이후 우리나라도 지속 도전해야 할 분야이다.
우리 대학을 포함한 3개 기관은 우리나라가 지난 30여년간 우주개발 역량을 쌓아오는 동안 발사체·인공위성·탑재체·과학연구 등의 분야에서 상호 보완적인 역할을 수행해 왔으며, 심우주탐사 시대에는 기관 간 협력이 더욱 필요하다는 공감대를 통해 지난해 12월 ʻ심우주탐사 분야의 연구개발 및 사업화를 위한 협력 양해각서(MOU)ʼ를 체결했다.
향후, 연구개발 계획을 수립할 실무급 ‘심우주탐사 연구연합회’를 발족해 우주 과학연구와 탐사 기술 개발을 위한 연구계획을 공유·협의하여 국가의 심우주탐사 계획 수립에 기여할 계획이다.
18일 열린 회의에서는 각 기관의 심우주탐사 전문가가 발제를 맡아 작년 양해각서 체결 이후 실무협의 진행 상황을 공유했으며, 이후 기관별 우주탐사 추진 현황과 향후 계획을 발표하고 의견을 나눴다.항우연은 2030년까지 한국형발사체를 이용한 달착륙선 발사 계획과 관련 달착륙 기술연구 등 우주탐사와 관련된 기술 현황을 설명했고 천문연은 지난 20여년 동안 축적한 탑재체 기술을 바탕으로 우주의 생성, 인류의 근원 등 심우주탐사 연구의 필요성과 NASA 등과의 국제협력을 통한 대형 우주탐사 임무에 참여하는 계획을 소개했다. 우리 대학은 우리나라 최초의 인공위성인 우리별 1호 위성을 우리 기술로 다시 지구로 귀환시키는 계획과 지구 주변 방사선대(반앨런대) 탐사 계획을 공유했다.용홍택 과기정통부 제1차관은 “올해 10월 누리호 발사 이후 우리나라 우주개발 역량을 더욱 높이기 위해 우주탐사 계획을 포함한 우주개발 고도화의 준비와 노력을 지속해야 한다”라고 강조하고 “오늘 이 자리에서 논의한 다양하고 전문적인 의견은 올해 하반기에 수립 예정인 ‘국가 우주탐사 로드맵’과 연계하여 정부정책으로 검토할 계획이다”라고 밝혔다.
2021.05.20 조회수 21201