2011. 6. 72011. 6. 7

목 차

초소형위성이란?

국내외 동향

추진 방향(안)

ⅠⅠ

ⅡⅡ

ⅢⅢ

-2-

유형별 내용(안)ⅣⅣ

ⅢⅢ

향후 검토사항ⅤⅤ

해외 경연대회(임무/진행일정) 사례참고참고

1. 초소형위성이란? < 정의 및 범위 >

소형위성소형위성 통상 500kg 이하의 위성통상 500kg 이하의 위성

미니위성(100~500kg)

마이크로위성(20~100kg)

나노위성(1~20kg)

피코위성(<1kg)

과학기술위성(100~170kg)

우리별위성(50~110kg)

초소형위성

초소형

위성

초소형

위성

-3-

초소형

위성

초소형

위성초소형위성은 나노위성(Nano-Sat) 이하의 무게로

만들어진 위성으로 정의

큐브위성(CubeSat)큐브위성(CubeSat) 캔위성(CanSat)캔위성(CanSat)

Ø 가로x세로x높이 10cm 내외 정육면체형상 및 중량 1kg 내외(1U)

Ø 큐브위성(CubeSat)은 나노위성의 표준

Ø 캔 크기로 만들어진 모사 위성

Ø 1998년 스탠포드대 밥트윅스 교수가처음 제안

1999년 미국 캘리포니아 과학기술 주립대학(CalPoly)과 스탠포드대학에서 대학에서의 위성개발방법으로 CubeSat을 소개

n 프로젝트 예산이 작고, 개발기간이 짧다n 상용부품사용, 단기간의 임무 수명

2011년 현재 47개의 CubeSat 발사 성공

주요 임무

1. 초소형위성이란? < 큐브샛(CubeSat >

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n 우주공학교육 (현장경험: Hands on Experience)n 신기술 궤도상 시험n 우주과학

주요 임무

v “나의 위성을 우주로 쏜다”n 우주로 자신의 별을 보내겠다는 꿈을 꾸는 청년 송호준씨

KBS 과학카페 <나의 우주 이야기 – 망원동 청년의 인공위성 프로젝트>

“과학의 가장 좋은 역할은 꿈꾸게 해주는 것입니다.

그래서 과학은 판타지입니다. 많은 사람이 동시에

꿀 수 있는 꿈을 만들었으면 좋겠어요.”

-5-

v “나의 위성을 우주로 쏜다”n 우주로 자신의 별을 보내겠다는 꿈을 꾸는 청년 송호준씨

v 프로젝트의 공식명칭은 OSSIn Open Source Satellite Initiative;

오픈소스 인공위성 운동n 우주에서 LED 불빛을 반짝이며 지구와

교신할 가로세로 각각 10cm 정도의초소형 인공위성 제작 중

n 발사비용을 마련하기 위한 티셔츠도판매 예정.

v 미국, 유럽, 일본 등 우주개발 선진국에서는 대학 및연구소를 중심으로 초소형위성의 활용이 최근 들어 두드러짐n 1~5kg 무게범위의 초소형위성은 2003년 첫발사 이후 50여기 발사되었음

v 미국n 매년 국제규모의 큐브샛(CubeSat) 워크샵 개최 중n 초기에는 기술시험의 의미가 많이 부각되었으나, 최근에는 무중력

생화학/의학실험, 지진감시, 우주탐사등 활용범위 확장되는 추세

v 유럽n 교육목적의 대학에서의 활동이 주를 이루며, 부품의 구매보다는 설계, 제작

능력의 직접 배양 추구

v 일본n 과학을 위한 임무보다 기술검증과 교육을 목적으로 하며, 최근 경연대회를

개최하여 1위에게 발사기회 제공

2. 국내외 동향 < 해외동향 >

v 미국, 유럽, 일본 등 우주개발 선진국에서는 대학 및연구소를 중심으로 초소형위성의 활용이 최근 들어 두드러짐n 1~5kg 무게범위의 초소형위성은 2003년 첫발사 이후 50여기 발사되었음

v 미국n 매년 국제규모의 큐브샛(CubeSat) 워크샵 개최 중n 초기에는 기술시험의 의미가 많이 부각되었으나, 최근에는 무중력

생화학/의학실험, 지진감시, 우주탐사등 활용범위 확장되는 추세

v 유럽n 교육목적의 대학에서의 활동이 주를 이루며, 부품의 구매보다는 설계, 제작

능력의 직접 배양 추구

v 일본n 과학을 위한 임무보다 기술검증과 교육을 목적으로 하며, 최근 경연대회를

개최하여 1위에게 발사기회 제공

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v 미국n 고등학생과 일반인 대상으로 벌룬샛(BalloonSat)을 이용한 기구위성 고고도

비행대회(BHALF)가 NASA 주관으로 매년 개최되고 있음※ BHALF : Balloonsat High ALtitude Flight

n 대학(원)생 대상으로 캔샛(CanSat:캔 크기의 위성)을 이용한 고고도로켓발사대회 (ARLISS)가 1999년부터 매년 개최되고 있음

※ ARISS : A Rocket Launch for International Student Satellites

2. 국내외 동향 < 해외 경연대회 사례(1/2) >

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CanSatBalloonSats

v 유럽

n 고등학생을 대상으로 네덜란드(ISIS사-델프트공대 주최) 및노르웨이(2009년부터)에서 매년 개최

n 대학생을 대상으로 프랑스(CNES)에서 개최한 실적이 있으며, 스페인(학생연합-마드리드공대 개최)에서는 국제대회 2회 개최

v 벨기에

n 폰-칼만유체역학연구소 주최로 고고도열권(90~320km) 및 재진입 연구를위한 50기의 초소형위성 네트워크 구축(QB50) 추진 중(2014년 발사 예정)

v 일본

n 2004년부터 Noshiro Space Event: Cansat Ballon Drop 대회 개최 중

n 최근 초소형위성 임무아이디어 경연 국제대회 개최하여 11년 3월 3팀선정하였으며, 이들에게 발사기회를 제공할 예정임(동경대 후원, 초소형위성연구센터 및 AXELSPACE사 공동주관)

2. 국내외 동향 < 해외 경연대회 사례(2/2) >

v 유럽

n 고등학생을 대상으로 네덜란드(ISIS사-델프트공대 주최) 및노르웨이(2009년부터)에서 매년 개최

n 대학생을 대상으로 프랑스(CNES)에서 개최한 실적이 있으며, 스페인(학생연합-마드리드공대 개최)에서는 국제대회 2회 개최

v 벨기에

n 폰-칼만유체역학연구소 주최로 고고도열권(90~320km) 및 재진입 연구를위한 50기의 초소형위성 네트워크 구축(QB50) 추진 중(2014년 발사 예정)

v 일본

n 2004년부터 Noshiro Space Event: Cansat Ballon Drop 대회 개최 중

n 최근 초소형위성 임무아이디어 경연 국제대회 개최하여 11년 3월 3팀선정하였으며, 이들에게 발사기회를 제공할 예정임(동경대 후원, 초소형위성연구센터 및 AXELSPACE사 공동주관)

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v 항공대n 특정연구개발사업 지원을 통해 ‘한누리호(1kg)’를

개발하였으나 2006년 발사체 발사실패로 임무수행 못함n 탑재체 : GPS 수신기, 태양센서, 태양전지판 전개장치

v 경희대n WCU 사업을 통해 미국(UC Berkeley대), 영국(Imperial

College)과 함께 ‘TRIO-CINEMA(3kg)’ 3기를발사함으로써 자기장 측정 연구수행 예정(2012년)

v 서울대, KAISTn 해외 아이디어 경연대회 참여하는 등 초소형위성체에

대한 연구 수행 중n 서울대에서는 연구실 차원에서 기구 낙하를 통한

초소형위성 데이터 수집 시연

2. 국내외 동향 < 국내동향 >

v 항공대n 특정연구개발사업 지원을 통해 ‘한누리호(1kg)’를

개발하였으나 2006년 발사체 발사실패로 임무수행 못함n 탑재체 : GPS 수신기, 태양센서, 태양전지판 전개장치

v 경희대n WCU 사업을 통해 미국(UC Berkeley대), 영국(Imperial

College)과 함께 ‘TRIO-CINEMA(3kg)’ 3기를발사함으로써 자기장 측정 연구수행 예정(2012년)

v 서울대, KAISTn 해외 아이디어 경연대회 참여하는 등 초소형위성체에

대한 연구 수행 중n 서울대에서는 연구실 차원에서 기구 낙하를 통한

초소형위성 데이터 수집 시연

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3. 추진 방향(안) < 추진 필요성 >

우주분야 고급 인력양성

및 저변확대

우주분야 인식 제고

및 관심 유발

• 초×중×고등학생 교육용 위성제작• 대학 연구실 규모에서 개발 가능

• 일반 국민 누구나 제작 가능하여위성개발 주체의 다양화

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창의적 아이디어 발굴

우주개발사업 효율성 제고

• 단기간/저비용으로 개발×발사가가능하여 혁신적 임무 수행 가능

• 한국형발사체와 연계 / 나로우주센터의 활용도 제고

v 개발 및 임무 난이도를 고려하여 초×중×고등학생 대상 및

대학(원)생 대상 프로그램을 구분하여 추진

v 경연대회를 통해 지원 대상팀을 선발하고, 개발비/현물 등의

지원을 통해 시연/발사 기회 제공n 선발기준 : 위성시스템 이해, 개발계획(실현 가능성), 임무의 창의성 등

저변확대형(초,중급) 임무목적형(고급)

3. 추진 방향(안) < 개요 >

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저변확대형(초,중급) 임무목적형(고급)

대상 초×중×고등학생(필요시 대학생까지 확대)

대학(원)생

개최주기 매년 3년

시연/발사방법

기구(Balloon) 또는 모형로켓을 이용한 준궤도(sub-orbital) 낙하시험

한국형발사체 검증시험(18년이후)및 해외 발사체 등을 이용한

위성의 궤도진입 시도

임무 데이터 수집, 무선통신, 목표지점까지의 안전한 착지, 그외 창의임무

우주공간에서 창의임무 수행

v 목적n 초×중×고등학교 대상 초소형위성개발 프로그램의

추진을 통해 우주분야 저변확대 및 관심유발

n 우주에 대한 기본소양 배양 및 위성시스템 이해, 문제해결능력(엔지니어링), 창의력 함양

v 추진 내용(안)n 가스기구(Balloon) 또는 모형로켓을 이용하여

고고도 상공(수 km)에 도달한 뒤,

n CanSat을 낙하시키면서 데이터(온도/압력 등) 수집, 영상촬영, 목표지점으로의 안전한 착지등의 임무를 부여

• 주최측에서 기본장비 (고고도 가스기구, 통신장비, 위치추적장비, 지상국 등) 제공

• 모형로켓은 Hot water 로켓, 고체추진 모형로켓 등안정성과 신뢰성이 확보된 이후 추진 예정

4. 유형별 내용(안) < 저변확대형 프로그램 개요(안) >

가스기구 시연 모형로켓

v 목적n 초×중×고등학교 대상 초소형위성개발 프로그램의

추진을 통해 우주분야 저변확대 및 관심유발

n 우주에 대한 기본소양 배양 및 위성시스템 이해, 문제해결능력(엔지니어링), 창의력 함양

v 추진 내용(안)n 가스기구(Balloon) 또는 모형로켓을 이용하여

고고도 상공(수 km)에 도달한 뒤,

n CanSat을 낙하시키면서 데이터(온도/압력 등) 수집, 영상촬영, 목표지점으로의 안전한 착지등의 임무를 부여

• 주최측에서 기본장비 (고고도 가스기구, 통신장비, 위치추적장비, 지상국 등) 제공

• 모형로켓은 Hot water 로켓, 고체추진 모형로켓 등안정성과 신뢰성이 확보된 이후 추진 예정

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가스기구 시연 모형로켓

v 캔샛(CanSat)

n 350ml 음료수 캔 크기로 만들어진 모사위성

n 1998년 11월 하와이에서 열린 미국·일본·영국 3개국 인공위성심포지엄에서 미국 스탠퍼드대의 밥 트윅스 교수가 처음 제안

n 전력모듈, 통신모듈, 컴퓨터모듈, 센서모듈, 구조물로 구성

4. 유형별 내용(안) < 캔샛(CanSat)이란? >

v 캔샛(CanSat)

n 350ml 음료수 캔 크기로 만들어진 모사위성

n 1998년 11월 하와이에서 열린 미국·일본·영국 3개국 인공위성심포지엄에서 미국 스탠퍼드대의 밥 트윅스 교수가 처음 제안

n 전력모듈, 통신모듈, 컴퓨터모듈, 센서모듈, 구조물로 구성

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(미)Pratt Hobbies 사의 CANSAT 키트CANSAT의 예

v 벌룬샛(BallonSat)

n 기상관측용 가스기구로 올려지는 캔샛이나 이를대신할 만한 소형장치

n 캔샛과 달리 통신 모듈이 필요하지 않고 크기의제한이 약함

n 전문 과학 가스기구 탑재체(대형)와는 차별되는학생용 교육 장치(보통 1kg이하)

n 2시간에 걸쳐 약 30km 고도까지 올라가며사진도 찍고 대기 상태도 측정 가능

4. 유형별 내용(안) < 벌룬샛(BalloonSat)이란? >

v 벌룬샛(BallonSat)

n 기상관측용 가스기구로 올려지는 캔샛이나 이를대신할 만한 소형장치

n 캔샛과 달리 통신 모듈이 필요하지 않고 크기의제한이 약함

n 전문 과학 가스기구 탑재체(대형)와는 차별되는학생용 교육 장치(보통 1kg이하)

n 2시간에 걸쳐 약 30km 고도까지 올라가며사진도 찍고 대기 상태도 측정 가능

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미국 BHALF 2010 참가 학생들

BalloonSat 시연 동영상 (2분21초)

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CanSat 시연 동영상 (1분22초)

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v 프로그램에 대한 홍보 및 정보교류를 바탕으로

초×중×고등학생의 참여를 독려하기 위한 지역별 설명회 개최n 서울, 부산, 대구, 광주, 대전 등 5개 권역별 설명회 개최

※ 미국, 일본 등 해외 초소형위성 경연대회 관련 전문가/수상자 초청 강연

n 2011 대한민국과학창의축전(8.10-15, 대구), 청소년지역과학캠프(한국창의재단 청소년 과학탐구반) 등과 연계

v 초×중×고등학교 학생 및 지도교사를 대상으로 위성시스템의

이해 및 초소형위성 제작 방법에 대한 단기강좌 개최n 경연대회 개최 이전에 실시하여 참여 제안서 작성에 도움

n 경연대회 이후 실제 제작 시에는 지역별 전문가 멘토제 도입 예정

v 저변확대용 프로그램을 위한 제작 키트 개발×보급n 해외에서는 CanSat 키트를 판매하고 있으나 국내 과학상사에서 개발하여

활용할 수 있도록 지원 필요

4. 유형별 내용(안) < 저변확대형 프로그램 추진(안) >

-17-

v 프로그램에 대한 홍보 및 정보교류를 바탕으로

초×중×고등학생의 참여를 독려하기 위한 지역별 설명회 개최n 서울, 부산, 대구, 광주, 대전 등 5개 권역별 설명회 개최

※ 미국, 일본 등 해외 초소형위성 경연대회 관련 전문가/수상자 초청 강연

n 2011 대한민국과학창의축전(8.10-15, 대구), 청소년지역과학캠프(한국창의재단 청소년 과학탐구반) 등과 연계

v 초×중×고등학교 학생 및 지도교사를 대상으로 위성시스템의

이해 및 초소형위성 제작 방법에 대한 단기강좌 개최n 경연대회 개최 이전에 실시하여 참여 제안서 작성에 도움

n 경연대회 이후 실제 제작 시에는 지역별 전문가 멘토제 도입 예정

v 저변확대용 프로그램을 위한 제작 키트 개발×보급n 해외에서는 CanSat 키트를 판매하고 있으나 국내 과학상사에서 개발하여

활용할 수 있도록 지원 필요

v 추진 일정(안)

저변확대형

추진 공고

(’11년 하반기)

1차 경연대회

<디자인>

(’12.상 / 겨울방학)

위성 제작/개발

(’12년 상반기)

2차 경연대회<시연>

(’12년 / 여름방학)

• 제작/시연 요구임무 제시(교사 포함 10명 이하 팀구성)

• 2개월의 준비기간 부여

• 위성시스템 이해도, 개발계획(실현가능성) 평가

• 20개 내외 팀 선발

• 4-5개월의 제작기간 부여(제작탐구보고서 작성)

• 지역별 전문가 멘토제 운영

• 임무완수 여부 평가 및창의 임무 가산 부여

• 상장/상금 수여

4. 유형별 내용(안) < 저변확대형 프로그램 일정(안) >

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v 임무 예시(안)

n 과학/공학교육(원격측정, 무선통신, 비행역학 이해)n 지구관측 영상 전송 및 고고도 대기 관측데이터 전송n 기본적인 자세제어(1축 및 수동방식) 시연n 안전한 회수(착륙) 방법 및 지상 목표지점 안착n 낙하 중 속도조절n 공중 FM 라디오 방송

v 목적

n 대학의 위성시스템 연구 지원을 통해 우주분야 고급인력 양성

n 초소형위성 개발 및 발사를 통해 혁신적이고 창의적인 다양한 임무 아이디어발굴 및 활용 가능

n 한국형발사체를 이용, 나로우주센터에서 발사함으로써 국내 우주발사체개발사업과 연계, 효율성 제고

v 추진 내용(안)

n 아이디어 경연대회를 통해 실현 가능한 창의적 임무를 선정하여 개발을지원하고, 발사 기회를 제공하여 우주공간에서 임무 활용

n 첫번째 임무목적형 프로그램에서 개발된 초소형위성은 해외발사체를 이용하여발사(’15년 예정), 이후에는 나로우주센터에서 한국형발사체로 발사 추진

※ 중.대형위성 발사 시 여유공간 활용하여 발사하는 피기백(Piggy-back) 방식

4. 유형별 내용(안) < 임무목적형 프로그램 개요(안) >

v 목적

n 대학의 위성시스템 연구 지원을 통해 우주분야 고급인력 양성

n 초소형위성 개발 및 발사를 통해 혁신적이고 창의적인 다양한 임무 아이디어발굴 및 활용 가능

n 한국형발사체를 이용, 나로우주센터에서 발사함으로써 국내 우주발사체개발사업과 연계, 효율성 제고

v 추진 내용(안)

n 아이디어 경연대회를 통해 실현 가능한 창의적 임무를 선정하여 개발을지원하고, 발사 기회를 제공하여 우주공간에서 임무 활용

n 첫번째 임무목적형 프로그램에서 개발된 초소형위성은 해외발사체를 이용하여발사(’15년 예정), 이후에는 나로우주센터에서 한국형발사체로 발사 추진

※ 중.대형위성 발사 시 여유공간 활용하여 발사하는 피기백(Piggy-back) 방식

-19-

컴퓨터 모듈

통신 모듈

자세제어모듈

4. 유형별 내용(안) < 큐브샛 구성 >

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구조 모듈

안테나 모듈

전력 모듈

태양전지판

4. 유형별 내용(안) < 큐브샛 예시-1 >

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교육용 위성 키트

(독)Munich Orbital Verification Experimental(MOVE) Cubesat

2010년 발사

MIT's Exoplanet-finding CubeSat (’12~13년 발사 예정)

7.5m 해상도 구현 가능

MISC(Miniature Imaging SpaceCraft) 3U CubeSat

4. 유형별 내용(안) < 큐브샛 예시-2 >

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일본 나노위성군 아이디어 경연대회 제안임무 예시(Nano-satellite Constellation Mission Idea Contest)

KAIST 참여2위 수상

4. 유형별 내용(안) < 아이디어 경연대회 임무 예시 >

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1위 수상 3위 수상

v 임무 예시(안)n 우주공학교육(궤도역학, 통신체계, 센서체계, 전력체계 이해)n 지구관측영상 전송 및 초소형위성용 통신버스 시험n 우주환경(저에너지 영역 대전입자 등) 관측, 우주기상연구, 천문 관측n 소형위성 클러스터 재난재해 감시n 자세제어 실험 및 위성 신기술 시험n 우주로봇 기술검증 및 편대 비행기술 검증n 우주생물학 실험n 우주파편 궤도이탈 시연

v 추진 일정(안)

아이디어 경연대회

(’12년)

위성 개발

(’13년 - ’14년)

발사

(’15년 상반기)

• 개발계획(실현가능성), 창의성 중심으로 평가

• 5개 내외 팀 선발

• 약 2년의 개발기간 부여• 향후 활용계획 구체화• 우주/발사환경 시험설비 지원

• 최종 개발성과 평가• 임무 수행 및 활용

4. 유형별 내용(안) < 임무목적형 프로그램 일정(안) >

v 임무 예시(안)n 우주공학교육(궤도역학, 통신체계, 센서체계, 전력체계 이해)n 지구관측영상 전송 및 초소형위성용 통신버스 시험n 우주환경(저에너지 영역 대전입자 등) 관측, 우주기상연구, 천문 관측n 소형위성 클러스터 재난재해 감시n 자세제어 실험 및 위성 신기술 시험n 우주로봇 기술검증 및 편대 비행기술 검증n 우주생물학 실험n 우주파편 궤도이탈 시연

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5. 향후 검토사항

v 초×중×고등학생의 적극적인 참여 유도 방안n 방학기간을 활용하여 홍보, 기술설명을 위한 설명회 및 단기강좌 개최

n 초×중×고등학교 창의적 체험학습 교과 적용 및 상장(장관상 등) 수여 등 검토

n 초×중×고등학생이 쉽게 참여할 수 있도록 위성제작 및 임무 난이도를적절하게 설정 → 전문가 검토를 바탕으로 키트 개발에 반영

v 우주분야 체험 및 홍보의 장으로 활용n 한국우주소년단, 한국항공우주산업진흥협회, 한국항공우주학회 등과 연계

n 발사 및 시연대회를 나로우주센터에서 개최하여 홍보의 장으로 활용

n 경연대회 → 제작/개발 → 발사/시연 등 전과정에 대한 방송사기획프로그램 지원

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v 초×중×고등학생의 적극적인 참여 유도 방안n 방학기간을 활용하여 홍보, 기술설명을 위한 설명회 및 단기강좌 개최

n 초×중×고등학교 창의적 체험학습 교과 적용 및 상장(장관상 등) 수여 등 검토

n 초×중×고등학생이 쉽게 참여할 수 있도록 위성제작 및 임무 난이도를적절하게 설정 → 전문가 검토를 바탕으로 키트 개발에 반영

v 우주분야 체험 및 홍보의 장으로 활용n 한국우주소년단, 한국항공우주산업진흥협회, 한국항공우주학회 등과 연계

n 발사 및 시연대회를 나로우주센터에서 개최하여 홍보의 장으로 활용

n 경연대회 → 제작/개발 → 발사/시연 등 전과정에 대한 방송사기획프로그램 지원