신주6호에 도입된 전자기술 상세 설명

 

 신주6호에 도입된 전자기술 상세 설명
     (원제: 遥测,惯导,计算机: 细说电子技术助飞船)

 

1. 원격측정시스템: 민감한 "신경"(遥测系统敏感的"神经")

신주(神舟)6호 유인우주비행선 공정이 순조롭게 실시되었다. 유인우주비행선
과 로켓은 지면 통제센터의 지휘 아래 정확하게 각종 사명을 완수하였다.

로켓 점화에서 발사, 우주비행사의 안전한 지면착륙을 포함한 통제명령의 전
달과 유인우주비행선의 비행 상황에 대한 정확한 판단은 모두 우주항공원격
제어기술 및 관련장비에 의한 수많은 데이터와 계수로 이뤄진다.

중국항천시대전자공사(航天時代電子公司) 산하의 704연구소는 중국 원격측
정기술의 핵심 연구소로서 우주비행사의 비행도구인 로켓과 유인우주비행선
민감 ‘신경’의 정상적인 작동유지를 책임지고 있다.

그 중 704연구소가 개발한 응급기록장치는 강렬한 충격과 섭씨 1000℃ 의
고온이나 해수 침식에 견딜 수 있는 중국 최초로 독자 재산권을 보유한 블
랙박스이다. 한편 선저우 6호는 중국 최초의 로켓 영상측정시스템을 장착했
다.이 기술은 선저우5호 유인우주비행선을 기반으로 한 혁신적인 기술로서
독자 재산권을 보유했다.

해당 영상측정시스템을 통해 로켓 비행정보를 더욱 많이 확보하여 유인우주
비행선의 비행실험 신뢰도를 크게 높일 수 있다.

이외에도 704연구소는 국제 첨단수준의 유인우주비행 모니터링망과 관련한
수십개의 지면원격측정/데이터전송/기록 장비를 개발했다. 그 중 데이터전송
장비는 최첨단제품으로서 유인우주비행선의 수요에 따라 전송시스템과 디지
털화 설계기술을 업그레이드했다. 사천성의 주천(酒泉)에서 산동성의 청도(靑
島), 신강(新疆)위구르자치구에서 하문(厦門)까지 이르는 광활한 지역은 물
론, 아시아에서 아프리카에 설치된 중국의 해외 측정소에도 모두 해당 장비
가 설치되었으며, 원망(遠望)호 우주비행 측량선도 해당 설비를 탑재하고 태
평양과 인도양,대서양을 순회하고 있다.

유인우주비행선의 비행상태,우주비행사의 맥박,혈압 상태 및 우주비행사가
친지들에게 전하는 문안인사(음성)와 기내 비행사의 작업, 일상생활 화면들
은 모두 세계전역에 분포된 중국의 원격측정장비와 데이터전송장비에 포착
되어 우주항행지휘통제센터에 끊임없이 전달된다.

 

2. 출중한‘오관’을 가진 관성제어유도시스템(惯导系统:出众的"五官")

선저우6호 우주비행선과 장정2호 F운반로켓에는 모두 고정밀도의 관성제
어유도시스템이 설치되어 있다. 이 시스템은 망망한 우주공간에서 운반로켓
과 비행선의 비행방향,비행속도와 위치를 측정하는 기능을 수행한다.

중국항천시대전자공사 관성제어유도센터는 전문적인 관성부품 개발업체로서
선저우 우주비행선과 신전(神箭)운반로켓의 관성제어시스템 연구개발을 담당
했다. 동 시스템은 세계 첨단수준의 관성제어유도시스템으로 불리기에 손색
이 없다.

관성제어시스템은 비행장치를 통제/유도하는 핵심장비로서 비행장비의 각속
도, 가속도, 자세각, 속도, 위치 등 계수 측정에 이용된다. 중국항천시대전자
공사는 1992년에 위 프로젝트를 담당하여 꾸준히 추진해왔다.

이 회사가 개발한 관성제어시스템은 몇 차례의 우주비행선 테스트

중에서 양호한 성능과실행타당성을 과시하였다.

 

한편 관성제어유도센터는 선저우 유인우주비행선의 개발 과정에,

가요성(휘성) 관성측정조합과 수동식 제어 자이로(Gyro)의
개발 및 제조를 책임졌다.

여태껏 선저우 유인우주비행선의 발사는 모두 관성제어유도센터가 개발한
가요성 관성측정 유닛에 의해 실현되었다. 선저우 6호의 귀환모듈 역시 관성
제어유도센터가 개발한 가요성 관성측정 유닛(8개의 계측기로 구성)을 장착
했다. 이 유닛은 유인우주비행선의 기타 제어장비와 더불어 비행선의 제어시
스템을 이룬다.

 

이 유닛은 우주비행선이 부앙,기정 비행궤도 탈리 및 회전
방향에서의 회전 각속도 및 회전축 가속도를 실시간으로 측정해 관련 정보
들을 컴퓨터에 입력하여 비행자태와 비행궤도를 제어할 수 있다. 이를 통해
비행선이 기정 비행궤도에 따라 비행하도록 확보한다.

방해성 관성측정유닛과 수동제어 자이로는 비행선의 기타 관성부품과 더불
어 신뢰도가 높은 여유(Redundancy)시스템을 구성한다. 이 시스템은 관성
측정장치에 대한 관리를 통해 고장 발생 시 고장판단, 고장격리 및 시스템
재구성을 진행하여 비행선과 우주비행사의 귀환안전을 보장한다.

플랫폼시스템 역시 첨단 여유기술을 도입하여 시스템의 작업 신뢰도를 크게
높였다. 이 시스템은 운반로켓 제어시스템의 핵심장비로서 제어시스템에 로
켓비행 자태정보를 제공하며,

 

로켓 컴퓨터와 공동으로 로켓에 대한 비행제어를 실현하여 로켓이 전반

비행과정에 모두 기정 비행궤도를 벗어나지 않게한다.

이 시스템의 성능과 정밀도는 신전로켓의 비행궤도와 선주6호 유인우주비행선의

궤도진입 정확도에 직결된다.

선저우6호 유인우주비행선과 장정2호 F 운반로켓에는 아래와 같은 세계
최첨단 관성제어시스템이 장착되었다.

- 기체부력을 이용한 비행선 안정유지용 자이로 플랫폼시스템
- 가요성 기능의 자이로스코프와 가속도계로 구성된 관성항법시스템
- 액체부력 자이로스코프를 이용한 관성항법시스템

위 시스템은 세계 첨단수준의 관성제어시스템으로 정밀도가 매우 높다. 각종
모델의 운반로켓의 수차례 비행 테스트 중에 성능의 우수성이 입증되었다.
특히 로켓이나 유인우주비행선을 막론하고 모두 2개 이상의 관성제어시스템
을 설치하여 신뢰도가 높은 여유시스템을 구성할 수 있다는데서 그 의미가
더욱 크다. 즉 비행선 내 임의의 시스템에 고장이 생겨도 기타 시스템은 여
전히 비행선이 기정 비행궤도에 정확히 진입하여 지면의 안전귀환이 가능하
다.

 

3. 로켓탑재용 컴퓨터에 첨단 '대뇌' 장착(箭载计算机: 精密的"大脑")

중국항천시대전자회사(中國航天時代電子公司)771연구소는 장정2호 F 로켓과
'신주(神舟)6호' 유인우주비행선에 사용하는 컴퓨터와 IC회로 개발제조 일체화
를 전담했다.

 

구체적으로 771연구소는 신주6호 로켓, 우주비행선, 우주비행사
를 대상으로 한 메인 제어컴퓨터 등 수십대의 첨단 전자설비를 개발했다. 신주6
호는 위 첨단 '대뇌'를 장착하여 우주비행사에 쾌적한 우주 생존공간을 마련함
과 동시에 로켓,비행선의 안전성도 크게 높일 수 있었다.

예를 들면, 771연구소가 개발한 우주비행선용 의료감시설비는 우주비행사 비행
과정의 심전, 호흡, 기온, 혈압 등 지표를 정확히 모니터링해 우주비행사에 대한
전면적이고 효과적인 감독을 함으로써, 우주비행사가 건강한 신체로 지면에 복
귀할 수 있도록 했다.

771연구소는 기존에 비해 더욱 첨단화된 '대뇌'를 개발하기 위하여, 해당 설비
가 감시 측량한 신호를 다양한 경로를 통해 다른 곳으로 전송해 우주비행의학
전문가로 하여금 실시간으로 우주비행사의 생리 변수를 파악하게 했다. 우주비
행사의 기내 혈압,맥박 등 미약신호 포착은 비교적 어렵다.따라서 우주비행선
내의 의료감시설비는 일반 의학용 모니터링 기기와 비교해 기능, 체적, 환경오
염통제 등 지표에 대한 조건이 더 엄격하다.

환경오염통제와 생명보장 관련 데이터처리설비의 경우,착륙선 내의 산소,질
소, 대기압, 온도, 습도, 화재경보, 소방명령 등을 제어하는 식으로 환경변수를
조절하여 우주비행사의 안전을 확보할 수 있다.

적시의 우주비행선 송수신 및 비행선 내 지휘는 모두 비행선 내의 제어시스템과
데이터관리시스템에 의해 이뤄진다. 771연구소는 해당 시스템의 일부 핵심설비
와 하드웨어 및 소프트웨어의 개발을 담당했다. 한편 비행선의 총체적 요구에
따라 착륙선의 메인제어컴퓨터를 개발 시에 대담하게 새로운 시스템구조를 도
입하여 우주비행선이'고장사고가 하나 발생해도 계속 작업할 수 있고,고장사
고가 두 개 발생했을 경우에는 안전하게 지면에 복귀'하는 자체 착오시정능력을
크게 높였다.

구체적으로 위 컴퓨터는 아래의 분야에서 우수성이 돋보인다.

(1) 로켓 비행과정에 컴퓨터는 비행 자세를 통제할 뿐만 아니라 로켓의 1단계
및 2단계 연료추진장치의 연료가 전부 연소되어 로켓과 분리될 때의 연료추진
장치 간 분리를 통제할 수 있다.

(2) 로켓 점화 후에 심각한 고장사고가 발생한 상황에서, 로켓 발사장의 안전과
고장난 로켓 비행 과정에서 부근 사람과 주요시설에 대한 안전 위협을 방지하기
위해 동 컴퓨터는 한정된 구역 내에서 자폭신호를 내어 로켓을 폭발시킨다.

(3) 지면 모니터링 담당자가 로켓의 비행상황을 실시간으로 파악하게 하기 위하
여 동 컴퓨터는 로켓이 비행과정에서도 지속적으로 디지털 원격측정 신호를 보
내게 한다.

메인제어컴퓨터는 컴퓨터의 일반적 기능외에도 더욱 높은 신뢰성과 환경적응성
을 필요로 한다. 겨울철에는 영하 30℃의 저온, 여름철에는 영상 30-40℃의 고
온 및 격렬한 진동 환경에서도 정상적으로 작동되어야 한다.

771연구소는 이 난제를 해결하기 위하여 '대리기능성(Redundancy)'기술을 이
용해 장정2호 F 로켓의 안전성을 크게 높였다. 특히 로켓에 필요한 전체 조건에
따라 별도로 고장모니터링처리기를 개발했다.해당 설비는 로켓 발사15분전과
로켓과 우주비행선이 분리되는 과정에 로켓의 고장여부를 실시간으로 모니터링
하며,

 

로켓고장모델에 따라 자동 탈출프로그램을 작동시켜 우주비행사에 경고
메시지를 발송한다. 혹시 로켓이 지면에서 하늘로 상승하는 과정에 고장이 발생
했을 경우, 탈출프로그램이 자동으로 작동되면서 우주비행사가 위험구역을 벗
어나게 하여 안전하게 지면에 착륙하게 한다.

 

[ 자료출처: 2005.10.13 과기일보 11면]