아스트로스케일의 ELSA-d 임무, 복잡한 랑데부 작전 성공적으로 완료

이는 궤도상 서비스 발전에 필수적인 랑데부 및 근접 작전에 있어 중요한 이정표가 될 것입니다.

도쿄, 2022년 5월 4일위성 서비스 및 모든 궤도에서의 장기 궤도 유지 관리 분야 시장 선도 기업인 아스트로스케일 홀딩스(Astroscale Holdings Inc., 이하 "아스트로스케일")는 오늘 예상치 못한 여러 차질에도 불구하고, 자사의 ELSA-d(End-of-Life Services by Astroscale-demonstration) 미션이 궤도상의 두 우주선 간의 제어된 근접 접근 랑데부 작업을 성공적으로 완료했다고 발표했습니다. 이번 시연에서 입증된 기술에는 원거리 물체 추적, 제어되지 않은 물체와의 랑데부, 그리고 저궤도(LEO) 서비스 우주선의 절대 항법에서 상대 항법으로의 전환 등이 포함됩니다. 이러한 기능은 랑데부 및 근접 작업, 그리고 궤도상 서비스에 필수적이며, 이번 시연은 저궤도에서 상업적으로 자금을 지원받는 미션으로는 전례 없는 성과입니다.

“서비스 제공업체와 고객을 다시 연결하는 여정과 절대 항법에서 상대 항법으로의 전환을 성공적으로 완료함으로써, 상용 폐기물 처리 서비스에 필요한 핵심 기술과 운영 역량을 더욱 입증할 수 있었습니다.”라고 ELSA-d 프로젝트 매니저인 세이타 이즈카는 말했습니다. “이러한 역량 입증을 통해 우리와 파트너들은 폐기물 처리 서비스 개발에 대한 확신을 더욱 강화할 수 있었으며, 이번 놀라운 성과를 거둔 팀원들에게 축하를 전합니다.”

ELSA-d는 저궤도 위성 서비스에 필요한 핵심 기술을 입증하기 위한 세계 최초의 상업용 임무입니다. 이 임무는 두 개의 위성, 즉 궤도에서 우주 쓰레기를 안전하게 제거하도록 설계된 서비스 위성과 복제 우주 쓰레기 역할을 하는 클라이언트 위성으로 구성되어 있으며, 2021년 3월 카자흐스탄 바이코누르 우주기지에서 550km 고도의 궤도로 발사되었습니다. 첫 번째 실증에서는 서비스 위성이 클라이언트 위성을 분리하고 수동으로 자기 도킹을 수행했으며, 이 실증은 2021년 8월 25일에 성공적으로 완료되어 포획 시스템, 탑재 센서 및 카메라의 성능을 검증했습니다.

자율 포획 시연을 위한 임무 운영은 1월 25일에 시작되었습니다. 서비스 위성의 자기 포획 시스템에서 클라이언트 위성이 성공적으로 분리된 후, 서비스 위성은 저전력 무선(LPR) 센서의 입력을 활용한 자율 상대 위치 유지 알고리즘을 통해 클라이언트 위성과의 거리를 30미터로 유지하는 데 성공했습니다. 7시간 이상 이 중요한 도킹 기능을 성공적으로 시연한 후, 위성에서 이상 상태가 감지되었습니다. 임무의 안전을 위해 ELSA-d 팀은 포획 시도를 중단하기로 결정했습니다. 팀이 안전한 거리에서 여러 문제를 조사할 수 있도록 서비스 위성과 클라이언트 위성을 추가로 분리했고, 이로 인해 두 위성은 최대 약 1,700킬로미터까지 더 멀어졌습니다.

이번 시연에서 가장 큰 어려움은 서비스선에 탑재된 8개의 추진기 중 4개만 사용하여 도킹 접근 방식을 재계획하는 것이었습니다. 이로 인해 서비스선은 원래 계획대로 고객 위성과 상세한 도킹 기동을 수행하는 데 제약을 받았습니다. 시스템 문제로 인해 3개의 추진기가 작동을 멈췄지만, 나머지 1개의 추진기 작동 중단 원인은 아직 명확하지 않아 아스트로스케일과 ELSA-d 임무의 추진기 공급업체인 브래드포드/ECAPS가 공동으로 조사 중입니다.

지난 두 달 동안, 서비스 위성이 고객 위성과 근접 접근하여 안전하게 도킹할 수 있도록 여러 차례의 정밀한 기동을 수행했습니다. 4월 7일, 제한된 추진기를 사용하여 서비스 위성은 고객 위성으로부터 159미터 거리까지 성공적으로 접근했으며, 고객 위성을 탐색하고 감지하는 능력이 검증되었습니다. 이를 통해 GPS와 지상 관측에 의존하는 절대 항법에서 온보드 센서를 사용하는 상대 항법으로 전환할 수 있게 되었습니다. 이번 인계는 ELSA-d 임무 수행 중 가장 어려운 작업이었으며, 위성 서비스 운영에 있어 가장 어려운 검증 사례 중 하나로 널리 알려져 있습니다.

이번 중요 작전이 완료됨에 따라 서비스 장비는 다시 고객으로부터 안전하게 떨어져 나와 향후 몇 달 동안 안정적인 거리를 유지할 것입니다. 이 기간 동안 팀은 고객을 안전하고 실현 가능한 방식으로 자기장을 이용해 재포획할 가능성을 포함하여 다음 단계의 임무를 분석할 예정입니다.

자율 포획 시연을 아직 완료하지는 못했지만, ELSA-d 임무는 궤도 잔해 포획에 필요한 몇 가지 핵심 기술을 입증했습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 자율 유도, 항법 및 제어 알고리즘

• 온보드 내비게이션 센서를 이용한 폐루프 제어

• 자율 추진기 도킹 기동 및 자세 제어

• 서비스 우주선을 1,700km 거리에서 클라이언트로부터 160m 이내 거리까지 절대 항법 기술(GPS 및 지상 관측)을 이용하여 항법하는 것.

• 차량 탑재 LPR 센서를 사용하여 절대 항법에서 상대 항법으로 전환

• 1년 이상 서비스 제공업체 및 고객 위성의 궤도상 임무 운영 경험,

• 도킹 플레이트를 이용한 자기 포획 메커니즘

이러한 선구적인 역량을 입증하듯, ELSA-d는 우주 지속가능성과 궤도상 서비스 분야에서 새로운 지평을 연 공로로 수많은 상과 찬사를 받았습니다. 수상 경력에는 Via Satellite 2021 올해의 위성 기술상과 일본 내각부가 주관하는 우주 정책 담당 국무장관상 등이 포함됩니다. 또한, 이 임무는 아스트로스케일이 타임지 선정 '가장 영향력 있는 100대 기업'에 이름을 올리는 데 중요한 역할을 했습니다.패스트 컴퍼니가 선정한 가장 혁신적인 기업들.

"ELSA-d 프로젝트는 이상적인 상황에서도 결코 쉬운 일이 아니었지만, 우리 글로벌 팀은 수많은 난관을 극복하고 놀라운 성과를 거두었습니다. 이는 이미 빠르게 성장하고 있는 궤도상 서비스 시장에 더욱 큰 활력을 불어넣을 것입니다."라고 아스트로스케일의 설립자 겸 CEO인 노부 오카다는 말했습니다. "전 세계에서 우리 팀이 받은 인정에 감사드리며, 국제 우주 커뮤니티의 지원에 깊이 감사드립니다."

아스트로스케일의 수명 종료 서비스는 위성 운영자가 자산을 보호하고, 다른 위성과의 충돌을 방지하며, 궤도 환경을 안전하게 유지할 수 있는 선제적인 방법을 제공합니다. 아스트로스케일은 ELSA-d의 기술과 역량을 통해 얻은 교훈을 바탕으로 단일 임무로 여러 개의 수명이 다한 저궤도 위성을 포획할 수 있는 최첨단 ELSA-M 우주선을 개발할 예정입니다. 영국 우주국(UK Space Agency), 유럽 우주국(ESA), 그리고 원웹(OneWeb)을 주요 파트너로 하여, ELSA-M의 기능을 원웹과 같은 위성군 운영자가 보유한 여러 개의 수명이 다한 위성을 대상으로 시험하는 궤도상 실증 테스트를 위한 기술 개발 및 계획이 순조롭게 진행되고 있습니다.

끝​