8편. 초소형 위성 애비오닉스, 전장품을 한 장에 통합할 때 생기는 진짜 난제

초소형 위성은 크기가 작다고 해서 기능이 단순한 것은 아니다.

명령 처리, 데이터 저장, 전원 분배, 상태 감시, 지상국 통신, 경우에 따라 자세제어 연산까지 수행해야 한다. 기존에는 이러한 기능을 여러 개의 개별 전장품으로 나누어 구성했다.

하지만 100kg 이하 초소형 위성에서는 공간과 전력이 제한되기 때문에 주요 기능을 하나의 통합 전장보드로 묶는 애비오닉스 기술이 중요해지고 있다.

초소형 위성용 애비오닉스는 명령·데이터 처리, 전원 분배 및 제어, 원격 송수신을 하나의 전장보드에 통합하는 장치다.

통합하면 작아지지만 고장 영향은 커진다

여러 장비를 하나의 보드로 통합하면 크기와 무게, 케이블 수를 줄일 수 있다. 소비전력과 조립시간도 절감할 가능성이 있다.

하지만 한 보드의 고장이 여러 기능의 동시 상실로 이어질 수 있다는 문제가 생긴다.

예를 들어 데이터 처리부와 전원제어부가 같은 보드에 있을 때 전원회로의 고장이 프로세서까지 영향을 줄 수 있다. 통신회로에서 발생한 전자파 잡음이 센서 데이터 처리에 간섭할 수도 있다.

따라서 통합 설계에서는 기능을 한곳에 모으는 것보다 고장 전파를 어떻게 차단할지가 더 중요하다.

전원 영역 분리, 통신 절연, 보호회로, 워치독, 재부팅 구조, 중요 기능의 이중화를 설계 초기부터 반영해야 한다.

온보드 데이터 처리는 오류 복구가 핵심이다

위성 내부에서는 탑재체와 센서, 전원장치, 자세제어장치에서 많은 데이터가 발생한다.

애비오닉스는 이 데이터를 수집하고 저장하며 필요한 명령을 각 장치에 전달한다. 지상에서 명령을 받을 수 없는 구간에도 위성은 스스로 일정한 동작을 수행해야 한다.

저궤도에서는 방사선에 의해 메모리 비트가 일시적으로 바뀌거나 프로세서가 오동작할 수 있다. 따라서 오류검출코드, 메모리 스크러빙, 이중 저장, 워치독 타이머, 안전모드 전환과 같은 복구 기능이 필요하다.

개발 목표 역시 저궤도 방사선 환경에서 오류 검출과 복구가 가능하고, 데이터 수집·저장 및 장치제어를 안정적으로 수행하는 고신뢰 온보드 처리기술에 맞춰져 있다.

전원제어는 공급보다 보호가 중요하다

위성 전원제어장치는 배터리와 태양전지에서 받은 전력을 각 서브시스템에 분배한다.

단순히 전압을 공급하는 역할만 하는 것이 아니다. 장치별 전원 켜기와 끄기, 과전류 보호, 과전압과 저전압 차단, 고장 장치 격리, 전력 사용량 감시를 수행해야 한다.

우주에서는 고장 난 장치를 사람이 직접 교체할 수 없다. 특정 장치에서 단락이 발생했을 때 전체 전원버스가 꺼지지 않도록 고장 영역을 빠르게 분리해야 한다.

제가 전자장비 과제를 검토할 때도 출력 채널 수나 정격전류보다 보호 동작의 판정기준과 복구 시나리오를 중요하게 본다. 보호회로가 지나치게 민감하면 정상 장비를 차단하고, 반대로 둔감하면 전체 시스템이 손상될 수 있기 때문이다.

저전력화는 부품 교체만으로 해결되지 않는다

초소형 위성 애비오닉스의 저전력화는 단순히 저전력 프로세서를 선택하는 문제가 아니다.

임무에 따라 사용하지 않는 기능을 끄고, 장치별 동작 주기를 조정하며, 통신과 데이터 처리량을 최적화해야 한다. 소프트웨어 구조와 전원 시퀀스까지 함께 설계해야 실제 소비전력을 줄일 수 있다.

통합 전장보드는 소형·중형 위성에도 적용할 수 있도록 크기, 무게, 전력 요구조건에 따라 확장 가능한 구조가 필요하다. 또한 우주환경 인증과 신뢰성 데이터를 확보해야 한다.

양산용 애비오닉스는 변경관리가 생명이다

군집위성에 동일한 전장보드를 반복 적용하려면 하드웨어와 펌웨어의 형상관리가 중요하다.

부품 단종으로 칩이 변경되거나 펌웨어가 업데이트될 때마다 기존 시험결과를 그대로 사용할 수 있는지 판단해야 한다. 변경 영향이 큰 경우 방사선시험과 환경시험을 다시 수행해야 할 수도 있다.

따라서 개발단계부터 부품 대체 기준, 펌웨어 버전관리, 시험이력, 제조 로트 추적체계를 구축해야 한다.

초소형 위성 애비오닉스 사업의 핵심은 보드 한 장을 작게 만드는 것이 아니다.

명령처리, 전원, 통신 기능을 통합하면서도 고장이 다른 기능으로 확산되지 않고, 동일한 품질로 반복 생산할 수 있는 플랫폼을 만드는 것이다.