추락하는 망원경을 전기로 들어 올린다 — LINK의 Swift 재부스트가 요구하는 약 0.9 MWh

ISSUE 2026 · W28 | 위성 & 궤도기술

떨어지는 망원경, 멈춘 관측

NASA에 따르면 Swift는 2026년 2월 초 이미 고도 약 400 km 아래로 내려와 있었다. 2월 11일 NASA는 대기 항력을 줄이고 궤도 감쇠를 늦추기 위해 과학 운용 대부분을 중단했다. 목표를 향해 빠르게 선회(slew)하던 운용을 멈추고, 버스트 경보 망원경(BAT, Burst Alert Telescope)만 감마선 폭발 탐지를 이어 가되 다른 기기로 후속 관측하지 않는 방식이다. NASA는 항력을 최소화하는 자세로 위성을 돌리고 전력 소비도 줄였다고 설명했다.

이 조치는 효과가 있었다. 5월 예측에서 NASA는 Swift가 재부스트 성공의 하한선인 약 300 km(185 mi) 아래로 떨어지는 시점을 7월에서 9월로 늦춰 잡았다. 저궤도(LEO, Low Earth Orbit) 위성에게 고도 300 km와 400 km의 차이는 단순한 100 km가 아니다. 대기 밀도가 고도에 따라 지수적으로 늘어나기 때문에, 300 km 근처에서는 항력이 추진기 추력과 맞먹는 수준으로 커져 끌어올리는 일 자체가 비효율적이 된다.

LINK는 무엇을 싣고 갔나

NASA가 공개한 LINK의 제원은 질량 약 880 lb(약 400 kg), 높이 약 5 ft(약 1.5 m), 전개 시 태양전지 날개폭 약 20 ft(약 6 m)다. 추진은 제논을 쓰는 이온(전기) 추진기 3기, 포획은 로봇팔 3개가 맡는다. 독립 추적 자료는 발사 질량 425 kg, 제논 약 60 kg, 투입 궤도 362 × 392 km, 경사각 20.6°로 정리하고 있다. LINK는 Swift의 비행용 부품이 아니라 지상 취급용 플랜지를 붙잡아야 한다. 애초에 궤도에서 누군가 잡으리라 가정하지 않은 구조물이다.

NASA 발표에 따르면 발사 후 팀은 LINK와의 교신에 성공했고, 이것이 “분리와 전원 인가 후 첫 궤도상 운용”이었다. 앞으로 수 주간 추진·센서·항법 계통 점검을 거친 뒤 Swift에 접근해 외관을 조사하고, 포획하고, 수개월에 걸쳐 고도를 올린다. 목표 고도는 원래 궤도에 가까운 약 370 mi(약 595 km), CBS 보도 기준 재부스트 기간은 10~12주다. Katalyst는 2025년 9월 계약 후 1년이 채 안 되는 기간에 설계·제작·시험·발사를 마쳤다.

질량 비는 약 3.5 : 1이다. 작은 쪽이 큰 쪽을 끌어올리는 구조이므로, LINK의 전력계는 자기 질량의 약 4.5배(결합체 기준)를 가속하는 데 필요한 에너지를 혼자 공급해야 한다. 반면 Swift는 추진은 없지만 스스로 태양전지와 배터리를 가진 “살아 있는 짐”이다. 표의 핵심은 이 임무가 추진 하나와 전력계 둘로 이루어진 결합체라는 점이다.

지상 견인과 궤도 견인의 차이

지상 현황. 지상에서 고장 차량을 견인할 때 견인차는 연료를 넉넉히 싣고, 견인 고리는 애초에 그 용도로 설계돼 있으며, 공기 저항은 속도를 줄이면 해결된다. 동력원과 짐의 전력 문제는 서로 분리돼 있다.

우주 적용 시 변화. 궤도에서는 견인 고리부터 없다. LINK는 지상 취급용 플랜지와 부서지기 쉬운 다층 단열재(MLI, Multi-Layer Insulation) 사이를 조심스럽게 잡아야 한다. 결합 후에는 추력 벡터가 결합체 질량중심을 지나야 하고, LINK의 태양전지는 태양을 봐야 하며, Swift의 태양전지도 자기 생존을 위해 태양을 봐야 한다. 그리고 진행 방향 단면적은 작게 유지해야 항력이 줄어든다. 하나의 자세로 네 가지 조건을 만족시켜야 한다.

연결 원리. 지상 견인이 “동력 × 시간”의 문제라면 궤도 견인은 “자세 × 전력 × 시간”의 문제다. 자세가 전력을 결정하고, 전력이 추력을 결정하며, 추력이 항력을 이겨야 고도가 오른다. 이 사슬의 어느 고리가 약해지든 결과는 같은 방향, 곧 고도 손실로 나타난다.

전력·에너지 관점

Point. Swift 구조 작전의 실체는 LINK 태양전지에서 Swift 궤도로 약 0.9 MWh의 전기 에너지를 옮기는 일이다. 제논 수십 kg은 그 에너지를 운동량으로 바꾸는 매개체일 뿐이다.

Reason. 결합체 약 1,895 kg을 원궤도 반경 6,758 km(고도 약 380 km)에서 6,973 km(약 595 km)로 올리면 비궤도에너지(−μ/2r)가 kg당 약 0.91 MJ 증가한다. 결합체 전체로는 약 1.72 GJ, 약 480 kWh다. 저추력 나선 상승의 이상적 Δv는 두 원궤도 속도의 차이인 약 119 m/s다. 홀 추진기급 비추력 1,500 s를 가정하면 필요한 제논은 약 15 kg으로, 탑재된 약 60 kg에 비해 여유가 크다. 즉 병목은 추진제가 아니라 전력이다.

Example. 같은 가정에서 배기 제트의 운동에너지는 약 1.66 GJ이고, 추진 효율 50%를 가정하면 필요한 전기 에너지는 약 3.3 GJ, 약 0.92 MWh다. 고도 약 380 km의 궤도 주기는 약 92분이고, 태양이 궤도면에 놓이는 최악 조건(β = 0°)에서는 궤도의 약 39%, 약 36분이 지구 그림자다. 식 구간에는 추진하지 않는다고 보고 NASA·CBS가 전한 10~12주에 이 에너지를 나누면, 일조 구간 추진기 전력은 약 0.75~0.9 kW가 된다. 공개된 “10~12주”라는 일정 자체가 LINK 전력계 규모에 대한 간접 정보인 셈이다.

Point. 따라서 이 임무를 평가하는 핵심 지표는 로봇팔의 자유도보다 “결합 상태에서 얼마의 전력을 얼마 동안 추진기에 줄 수 있는가”다. 포획은 한 번의 사건이지만 재부스트는 수천 번의 궤도에 걸친 전력 운용이다.

반론과 제약. 위 계산은 항력 보상을 빼고 있다. Worst-case로 고도 380 km의 대기 밀도를 1 × 10^-11 kg/m³, Swift 유효 단면적 10 m², 항력계수 2.2로 가정하면 항력은 약 6.5 mN이다. 추진 전력 0.8 kW에서 추력은 약 54 mN이므로 추력의 약 12%가 항력 상쇄에 쓰인다. 태양 폭발로 밀도가 3배 뛰면 이 비율은 약 36%로 커지고, 재부스트 기간과 필요 에너지도 그만큼 늘어난다. 또한 결합 자세가 Swift 태양전지의 태양 지향을 방해하면 Swift는 배터리로 버텨야 하는데, 21년 된 배터리의 실제 용량은 공개 자료에서 확인되지 않았다.

지상 시험과 우주 환경의 괴리. 로봇팔 포획은 지상에서 공기부상 테이블이나 중력 보상 장치로 시험할 수 있지만, 이는 2차원 또는 1 G 보정 환경이다. 실제 궤도에서 Swift는 미세하게 회전하고, 결합 순간의 충격이 LINK의 자세 제어기와 전력 지향을 동시에 흔든다. 또 전기추진기의 추력·효율 시험은 진공 챔버의 배경 압력(대략 10^-5 Torr 수준)에서 이루어지는데, 이 잔류 가스가 궤도의 사실상 무한 진공과 달라 측정 추력에 차이를 만든다는 점이 알려져 있다. 지상 수치를 궤도 재부스트 일정으로 그대로 옮길 수 없는 이유다.

정리하면 Swift를 살리는 일은 로봇팔의 정밀도로 시작해 전력계의 지구력으로 끝나는 작업이다.