누리호 4차 발사 때 우주로 향한 KAIST의 큐브위성 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)가 27일 지상국과 첫 교신에 성공하며 인공지능(AI) 기반 초소형 홀추력기 우주 검증을 위한 본격적인 임무 준비에 돌입했다.
K-HERO는 KAIST 원자력및양자공학과 최원호 교수팀이 AI 기반 설계기술로 개발한 150W급 초소형 홀전기추력기를 탑재, 이번 누리호에 실린 12기 큐브위성 중 유일하게 홀추력기 우주 실증임무를 수행한다.
홀추력기는 전기에너지를 이용해 제논 연료를 이온화해 고속으로 분사하면서 추력을 얻는 고효율 전기추진 기술로, 추력 성능 60 mN/㎾로 높아 스타링크 같은 대규모 위성군에서 심우주 탐사에 이르기까지 널리 활용되는 핵심 기술이다.
초소형·소형위성에 탑재할 경량·고효율 소형 홀추력기 개발은 기술 난이도가 높아 기존 홀추력기는 정지궤도위성 등 주로 중대형 플랫폼에 적용됐다.
KAIST 연구팀은 복잡한 플라즈마 생성과 전자기장 최적화 문제를 해결하기 위해 AI 기반 성능 예측 기법을 적용했다.
이를 통해 설계 반복 과정 단축, 실험 횟수 감소, 개발 기간·비용 절감 성과를 거두며 초소형 전기추진기술 수준을 한 단계 끌어올렸다.
K-HERO는 27일 오전 4시경 미국 애리조나 SatNOGS 지상국과 첫 비콘 신호를 보낸 데 이어 정오에는 한국항공우주연구원(KARI) 지상국과도 통신하며 정상적인 궤도 안착과 초기 위성상태 안정성을 검증했다.
비콘 분석결과 위성 통신안테나 4개를 성공적으로 전개했다.
연구팀은 향후 양방향 교신을 통해 위성의 전력, 열 환경, 자세 안정성을 점검한 뒤, 홀추력기 우주 작동시험을 순차적으로 진행할 계획이다.
시험 시 플라즈마 전류, 연료탱크 압력 변화, 열적 변화, 자기장 생성 특성, 작동 제어 알고리즘, 전력 공급특성 등 핵심 데이터를 수집·분석해 60W급 초소형 홀추력기의 우주 환경 성능을 본격 검증한다.
홀추력기는 1회 작동 시 약 1mN급 추력을 1분간 발휘하는 실증 임무를 수행할 예정이다.
1mN은 지상에서 포스트잇 종이 한 장을 들어 올리는 힘이지만, 진공상태의 우주는 공기저항이 없고 중력이 적어 이를 지속 작동하면 4㎏급 K-HERO의 속도나 궤도를 변화시킬 수 있다.
이번 홀추력기 개발에는 최원호 교수팀이 설립한 전기추진 전문 스타트업 코스모비㈜도 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.
최 교수는 “이번 임무 성공은 실험실의 기초물리 연구에서 시작된 플라즈마 전기추력기 기술이 우주 검증 단계까지 이른 뜻깊은 성과”라며 “국내 소형위성 전기추력기 상용화의 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “K-HERO 임무는 KAIST가 축적한 우주기술 역량이 실제 우주에서 입증된 의미 있는 성과”라며 “AI 기반 전기추진기 기술을 통해 대한민국의 초소형·소형위성 경쟁력을 세계 수준으로 끌어올리겠다”고 말했다.
