지구 궤도에서 음속의 20배가 넘는 속도로 비행하는 인공위성에 접근하여 도킹(Docking)하는 것이 가능할까? 우주 정거장으로의 인원 및 물자 수송, 혹은 고장 난 인공위성 수리를 위한 도킹 기술은 우주 탐사의 핵심 역량 중 하나다. 방효충 교수는 인공위성의 궤도상 도킹과 우주 쓰레기 제거를 위한 유도 항법 및 제어 분야를 30여 년간 연구해 온 대한민국 1세대 우주 공학자다.
궤도상 도킹을 위해서는 목표물과의 상대 운동 정보를 정밀하게 추정해야 한다. 만유인력과 상대 궤도 운동 사이에 작용하는 동역학적 상호 작용을 기반으로, 최종 목표물과의 상대 속도를 0에 가깝게 제어하는 기술이 핵심이다. 이를 위해 영상 카메라와 레이저 거리 측정 센서로 상대 위치 및 속도 정보를 얻고, 온보드(On-board) 소프트웨어가 자동적으로 목표물에 접근하게 된다. 궤도 비행의 특성상 자동 도킹은 컴퓨터가 사람보다 더욱 신뢰성 있고 안전하게 수행할 수 있다.
방효충 교수 연구실은 특히 협조 목표물뿐만 아니라 우주 쓰레기와 같은 비협조 목표물을 안전하게 포획할 수 있는 상대 항법 및 제어 핵심 기술을 연구하고 있다. 현재 우주항공청(KASA)이 추진하는 ‘우리별 1호’ 위성 포집 임무와 스페이스 챌린지 사업에 참여하여 도킹을 위한 기술 개발을 수행 중이다. 이러한 기술은 향후 궤도상 서비스(ISAM), 우주 구조물 건설 및 우주 쓰레기 제거 분야에 직접적으로 활용될 것으로 기대된다.
뉴스페이스(New Space) 시대의 도래와 함께 민간 주도의 우주 개발이 본격화되면서, 우주 쓰레기(Space Debris) 문제가 새로운 핵심 현안으로 부상하고 있다. 최근 기하급수적으로 증가하는 소형 위성은 우주 쓰레기 문제를 심화시키며, 안전하고 지속 가능한 우주 개발을 위협하는 주요 요인으로 간주된다. 우주 궤도상에서 우주 쓰레기는 음속의 20배가 넘는 빠른 속도로 비행하고 있어 이를 제어하는 것은 매우 까다로운 기술적 난제다. 따라서 우주 쓰레기의 안전한 제거와 통제는 인류 전체의 미래를 위한 필수 과제라 할 수 있다. 본 세션에서는 우주 쓰레기의 과학적·기술적 특성을 분석하고, 현재 검토되고 있는 다양한 기술적 접근 방식을 살펴본다.