인공위성은 지구로부터 발사된 이후 우주궤도상에서 임무를 수행하게 된다.
그런데 지구상에서 사람이 만든 모든 기계장치는 일정한 기간이 지나면 고장이 나서 더 이상 사용할 수가 없게 된다.
보통 자동차는 10년 이상, 항공기는 20년 이상의 수명을 가지고 있다.
그러나 지상의 기계장치들은 고장이 나면 뜯어서 수리도 하고 기름도 치고 해서 수명을 연장시킨다.
인공위성은 어떨까.
우주궤도상에 띄워진 인공위성은 회수도 어렵고 수리는 더더욱 어렵다.
그래서 인공위성은 고장이 나지 않게 만들어야만 한다.
그러면 인공위성은 정해진 수명을 다하기 위해 어떠한 준비를 할까.
여기서 말하는 수명이라고 하는 것은 인공위성을 설계하고 개발할 때 정해지는 설계수명을 말하는 것이다.
따라서 실제의 경우에는 심각한 고장으로 임무를 시작도 못하는 경우도 생기고 수명보다 훨씬 오래 사용되는 경우도 있다.
예를 들면 2006년 6월에 발사된 러시아의 Kosmos 2421 위성은 태양전지판의 전개실패로 임무에 착수조차 못했다.
반면에 1999년 12월에 발사한 우리나라의 아리랑위성 1호는 설계수명 3년이 지난 현재까지도 잘 운영되고 있다.
인공위성의 설계수명을 잘 마치려면 무엇이 중요할까? 가장 중요한 것은 인공위성을 만들 때에는 수리도 필요없고 고장이 잘 나지 않는 부품을 사용하는 것이다.
그래서 생각한 것이 이미 우주에서 사용한 실적이 있는 부품을 골라서 사용하는 것이다.
이미 이전에 다른 인공위성에 사용되고 고장이 나지 않았다면 다시 사용하더라도 마찬가지이기 때문이다.
또 하나는 부품들의 품질을 평가하여 목록을 만들어 놓고 사용하도록 한다.
자동차 등 지상에서 사용하는 상용부품, 지구상의 사막 혹은 극지방과 같은 혹독한 환경에서 사용하는 군사용부품, 극한온도와 진공조건에서 사용하는 우주용부품 등으로 구분하여 제작조건, 품질관리 조건, 검증조건 등을 다르게 적용하게 된다.
우주용부품은 가장 고장확률이 적으며 오랜 기간 검증시험을 통하여 성능을 확인하게 된다.
이러한 조건을 가지고 인공위성을 만들면 오래오래 쓸 수 있게 된다.
그러나 인공위성에 사용되는 부품들도 여러가지 면에서 사용기간에 제한을 받게 된다.
인공위성에는 태양에너지를 받아 전력을 발생시키는 태양전지가 부착되어 있다.
태양전지는 시간이 지남에 따라 전력발생 효율이 감소하게 되는데 설계수명 종료시점에도 인공위성에서 필요한 만큼의 전력을 발생시킬 수 있는 만큼의 태양전지를 부착하도록 한다.
태양전지로부터 발생한 전력을 저장하였다가 인공위성이 햇빛을 받지 못하는 지구 그늘로 들어갔을 때에는 축전지에 저장되어 있는 전력을 사용하게 된다.
이때 축전지는 충전과 방전을 되풀이하게 되는데 일정한 횟수를 사용하게 되면 성능이 떨어지게 되어 인공위성이 지구 그늘에서 필요한 전력을 충분히 공급하지 못하게 된다.
인공위성은 임무를 수행하기 위해 정해진 고도와 정해진 방향을 바라볼 필요가 있다.
인공위성은 중력에 의해 자꾸 고도가 떨어지게 되어 일정기간마다 고도를 올려 주어야 하며 외부적인 힘에 의해 자세가 바뀌게 되므로 이를 조정해 줄 필요가 생긴다.
이때 사용되는 추력기라고 하는 소형엔진이 있는데 연료로 액체수소를 사용하게 된다.
그래서 설계수명 만큼 필요한 연료를 인공위성에 탑재하고 가게 된다.
인공위성에는 기구, 즉 움직임에 의해 기능을 발휘하는 부품들이 있다.
지상에서도 마찬가지이지만 고장이 아주 잘 나는 부품은 기구물들이다.
인공위성에 탑재하기 전에 충분한 수명을 갖는지 검증을 하게 된다.
이러한 종류의 기구로는 인공위성의 자세를 미세하게 조절하기 위한 반작용휠, 인공위성의 자세를 정확히 감지하기 위한 자이로 등이 있다.
또한 인공위성은 반드시 잉여회로를 구성하거나 잉여부품들을 사용하여 한부분이 고장이 발생하더라고 수명이 바로 끝나지 않도록 해서 설계수명을 보장한다.
전자부품을 설계할 때 한 부분의 회로에 문제가 생기더라도 연결선을 전환하여 잉여회로가 동작할 수 있도록 하는 것이다.
고장발생이 높은 경우에는 동일한 전자박스 두 개를 탑재하여 고장에 대비하게 된다.
이와 같이 인공위성은 매우 비싸게 만들어지며 한 번 발사되고 나면 수리가 어렵기 때문에 설계수명 동안 운용할 수 있도록 여러 가지 방법을 강구하게 된다.
앞으로 더욱 기술이 발전되면 인공위성의 수명도 훨씬 늘어나게 될 것으로 예상된다.