원자력/우주항공

중국 차세대 유인우주선시험선 테스트 완료

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중국항천과기그룹(CASC) 제5연구원이 개발한 중국 차세대 유인우주선시험선의 테스트 작업이 최근 원창(文昌)위성발사센터에서 완료되어 4월 하순에 창정(长征) 5호 B탑재 로켓에 의해 발사될 예정이다. 중국우주정거장과 후속적인 유인 우주비행 임무를 위해 개발된 차세대 유인우주선시험선은 선저우(神舟) 우주선에 비해 크기가 더 크고 사람뿐만 아니라 화물도 운반할 수 있으며 재사용할 수 있다. 이번 시험선은 귀환 및 재진입(Return and Reentry Spacecraft) 제어, 단열 및 회수 등 일련의 기술을 검증함으로써 향후 우주비행사들의 중국 우주정거장 왕복수송을 위한 기술 기반을 마련할 예정이다. 차세대 유인우주선은 지구 저궤도와 우주 탐사 임무를 병행할 수 있다. 또한 새로운 내열 재료와 내열 구조를 사용하여 내열성이 선저우 비행선의 3~4배에 달한다. 귀환 및 재진입 제어에서도 착륙 지점의 정확도를 보장하고 과부하가 우주비행사의 인내 범위를 초과하지 않도록 보증할 수 있다. 이번 발사에서 보다 안전한 "엄브렐라 +에어백" 착륙 방법과 우주선 재사용 관련 기술을 검증할 예정이다. 차세대 유인우주선은 반환선의 10차 재사용을 목표로 하고 단계적으로 비용을 절감할 계획이다. 창정 5호 B탑재 로켓은 창정 5호를 기반으로 개선한 중국 최초의 1급반 구조(One and a half stage, 로켓부스터 구조) 대형 탑재 로켓으로 중국 유인우주정거장 선실과 같은 중요 우주 발사 임무를 수행한다. 이번 발사는 해당 로켓의 첫 비행이 될 것이다.

야오간 30호 06조 위성 발사 성공

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2020년 3월 24일 11시 43분, 중국은 시창위성발사센터에서 창정 2호 병(長征二號丙) 운반로켓으로 야오간(遙感) 30호 06조 위성을 성공적으로 발사해 예정궤도에 순조롭게 진입시켰다. 다중 위성 네트워킹 방식의 야오간 30호 06조 위성은 주로 전자기환경 탐사 및 관련 기술 시험에 사용된다. 야오간 30호 06조 위성 및 창정 2호 병 운반로켓은 각각 중국과학원 마이크로위성혁신연구원, 중국항천과기그룹유한회사 제1연구원이 개발하였다.

로켓 잔해 정밀 위치결정 기술로 25분 만에 착지점 위치 찾아내

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2020년 3월 9일, 중국은 창정 3호 을(長征三號乙) 운반로켓에 의한 베이더우(北鬥) 3호 GEO-2 위성 성공적 발사로 또 다른 기술—로켓 잔해 정밀 위치결정 기술을 파악하였다. 동 기술은 로켓 잔해 신속 추적에 이용 가능한데 이번 발사에서 보조추진로켓(booster rocket) 잔해를 순조롭게 찾아내는데 25분밖에 소요하지 않았다. 기존에 해당 작업을 완성하는데 적게는 수 시간 많게는 반 개월 이상 소요되었다. 동 위치결정시스템은 이번 임무를 통해 순조롭게 검증을 통과하였는데 이는 중국이 로켓 잔해 정밀 위치결정 기술 관련 연구에서 중요한 성과를 거두었음을 의미한다. 따라서 잔해 회수작업은 머지않아 "자유낙하체" 회수 시대에서 벗어날 전망이다. 역사적인 원인으로 인해 중국의 주요 발사장은 내륙에 구축되어 비행궤적이 인구밀집 지역을 경과하게 된다. 발사임무를 완수한 로켓에서 분리된 분리체는 자유낙하하는 과정에서 낙하지역민의 생명·재산 안전을 위협할 뿐만 아니라 낙하지역민 대피동원 및 회수작업에 큰 부담을 가져다준다. 최근 중국의 우주 사업이 고밀도 발사기에 돌입함에 따라 로켓 잔해 정밀 제어 가능한 회수 및 낙하지역민의 생명·재산 안전 보장 등은 우주사업 발전 과정에서 반드시 해결해야 할 현실적인 문제로 되고 있다. 이번 발사에서 보조추진로켓이 성공적으로 분리된 후 시창지휘통제센터 관련 설비는 보조추진로켓 낙하궤적 데이터를 즉시로 수신하였고, 로켓 잔해 정보처리 및 배포시스템은 착지점 좌표를 신속하게 계산해 그 위치를 결정한 후 지도 및 곡선형식으로 지휘센터에 잔해 궤적 및 착지점 정보를 발송하였다. 중국은 이번 임무에서 잔해정보 실시간 수신, 처리 및 디스플레이를 최초로 달성함으로써 낙하지역 작업자의 보조추진로켓 잔해 신속 회수에 기술적 지원을 제공하였다.

중국산 원자로급 지르코늄재 3세대 원전에 본격 투입

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AP1000 기반 두 번째 원전장치—산둥하이양(海陽)원자력발전소 1호기에 대한 첫 핵연료교체 대규모 수리가 완료됨에 따라 궈허바오타이(國核寶鈦)지르코늄업유한회사가 생산한 3세대 원전용 원자로급 지르코늄재가 본격 투입되었다. 이는 중국이 원자로급 지르코늄재 국산화 목표를 성공적으로 달성하였음을 의미한다. 이로써 원자로급 지르코늄재를 장기적으로 수입에 의존하던 역사를 바꾸었다. 원자로 핵연료 소자의 구조재인 원자로급 지르코늄재는 원자력발전소에 필수적인 핵심재료이다. 동 회사는 "대형 첨단 가압수형원자로 및 고온 기체냉각식원자로 원자력발전소" 국가과기중대특별프로젝트 지원 하에 3세대 원전 원자로급 지르코늄재 국산화 자체적 달성 계획에 따라 A, B, C 세 가지 노선을 제정해 국산화를 추진하였다. 아울러 "튜브 반제품 수입, 원료 수입으로부터 원료 국산화 달성까지"의 적격성 평가를 차례로 통과하였다. 이번에 본격 투입된 국산화 AP1000 원자로급 지르코늄재는 원전 안전을 보장하는 첫 번째 보호장벽으로서의 역할을 수행한다.

최초의 화성 탐사 계획 임무의 무선 통합 테스트 완료

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2020년 3월 10일, 베이징우주비행제에센터(BACC)는 중국 첫 화성 탐사 임무의 무선 통합 테스트를 완료했다. 이로써 탐측기와 지상 시스템의 커넥터 매칭성 및 일치성을 충분히 검증함과 아울러 여러 방안, 기술 상태, 소프트웨어/하드웨어 시스템에 대하여 전면적인 테스트를 수행했다. 중국 화성 탐사 프로젝트의 전반적 계획에 따라 2020년, 중국은 최초로 화성 탐사 임무를 수행하게 된다. 이번 무선 통합 테스트는 임무센터와 우주선 비행 모델(Flight model)의 유일한 한차례 지상 통합훈련이다. 이번 훈련은 실제적인 비행제어 시스템 및 우주선을 채택했고 모든 주요 핵심 과정은 모두 1:1 전과정으로 훈련했으며 또한 프로젝트 시간대 계획에 따라 전체 예정한 프로젝트를 원만히 수행함으로써 예정된 효과에 도달했다. 중국이 수행하는 최초의 화성 탐사 임무는 1차적으로 화성에 대한 "선회, 착륙, 순찰" 등 3가지 목표를 달성할 계획이다. 화성 탐사기는 발사되어 약 7개월 후 화성에 도착한다. 따라서 기술 상태 변화가 클 뿐만 아니라 심우주 탐사 환경이 복잡하기에 비행제어가 매우 어렵고 위험성이 크다. 다음 단계에 비행제어팀은 여러 방안의 예비계획을 지속적으로 완벽화하고 조직프로세스를 최적화할 예정이다. 약 26개월에 한 번씩 지구와 화성은 가장 가까운 위치로 접근하는데 이때 화성 탐사기를 발사하면 대량의 연료를 절약할 수 있다. 2020년은 화성 탐사 좋은 시기이다. 현재 여러 나라에서 2020년에 화성 탐사기를 발사할 계획이라고 발표했다.

베이더우시스템의 54번째 네트워킹 위성 발사 성공

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2020년 3월 9일 19시 55분, 중국은 시창위성발사센터에서 창정 3호 을(长征三号乙) 운반로켓으로 베이더우(北斗) 시스템의 54번째 항법위성을 성공적으로 발사하였다. 이는 2020년의 첫 베이더우 항법프로젝트 관련 발사이다. 동 위성은 예정궤도에 진입 후 궤도변경, 궤도상 테스트, 시험평가를 거쳐 적시에 네트워크에 편입되어 서비스를 제공할 예정이다. 베이더우 시스템은 베이더우 1, 2, 3호 시스템의 3단계 순으로 구축되었다. 이미 퇴역한 베이더우 1호 4개 시험위성을 제외한 베이더우 2호 항법위성으로부터 시작하여 현재 중국은 도합 54개 위성을 발사했다. 베이더우 3호 시스템은 24개 중궤도(MEO) 위성, 3개 정지궤도(GEO) 위성, 3개 경사정지궤도(IGSO) 위성 등 도합 30개 위성으로 구성된다. 이번에 발사한 위성은 29번째 네트워킹 위성이자 2번째 GEO위성이다. 동 유형의 위성은 위성기반 증폭, 단문메시지 통신, 정밀 단일위치점 위치결정 등 특별서비스 제공 분야에서 핵심적 역할을 한다. 베이더우 3호 글로벌 위성성좌는 2020년 5월에 발사 예정인 GEO위성 1개를 마지막으로 전반적 구축이 마무리된다. 이번에 발사한 베이더우 항법위성 및 운반로켓은 각각 중국항천과기그룹 제5연구원, 제1연구원이 개발을 담당하였다. 이번 발사는 창정계열 운반로켓의 327번째 비행이다.

4세대 원전용 316H 오스테나이트 스테인리스강 제품 개발 성공

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안강(鞍鋼)그룹은 4세대 원전 600MW 시범 고속로(fast reactor) 프로젝트 316H 오스테나이트 스테인리스강 제품 개발에 성공함과 아울러 첫 계약 납품을 완료함으로써 무에서 유를 창조하기까지의 핵심난제를 해결하였다. 이로써 안강그룹은 세계에서 유일하게 전부 자체 장비로 해당 제품을 생산하는 기업이 되었다. 현재 중국의 3세대 원전기술은 세계 선진수준에 도달했고 4세대 원전기술은 세계 선두수준에 도달했다. 그 중 원자력에너지 발전 방향을 보여주는 4세대 원전 600MW 시범 고속로 프로젝트는 매우 중요한 전략적 의미를 지닌다. 316H 오스테나이트 스테인리스강은 동 프로젝트 핵심장비에 필수적인 강재이다. 원전용 316H 오스테나이트 스테인리스강은 일반적인 316H 오스테나이트 스테인리스강에 비해 그 차이가 엄청나다. 원전용 316H 오스테나이트 스테인리스강재 중 페라이트(ferrite), 결정입도, 입계부식(intergranular corrosion) 그리고 강판 머리부(Top)와 꼬리부(Tail) 성능 균일성 등에 대한 요구는 각박할 정도로 높아 재료 입찰시 중국 외 유명브랜드 원전용 스테인리스강 업체들마저도 감히 엄두를 못 냈다. 안강그룹은 2019년 1월 1일에 316H 오스테나이트 스테인리스강 개발을 "1호 프로젝트"로 확정지은 후 생산경험이 부족하고 제품과 관련된 기관이 많으며 공정이 복잡하고 기술지표 요구가 엄격한 등 어려움을 극복하였고 또한 그룹 산하 안강롄중(聯眾), 안강주강회사, 안강주식유한회사 등에 기반해 해당 스테인리스강 종류에 적합한 생산 공법 루트를 구축함으로써 제품 개발 성공 및 첫 계약 납품을 달성하였다. 향후 안강그룹 원전용 스틸담당 연구팀은 생산 공법 더한층 최적화, 공법 루트 개선, 생산원가 절감, 제조주기 단축 등 해당 제품 개발을 지속적으로 심화하여 중국 4세대 원전 600MW 시범 고속로 프로젝트 구축에 이바지할 계획이다.

"화룽 1호" 세계 첫 원자로 열 테스트 기본 완료

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중국이 완전 자체 지식재산권을 보유한 3세대 원전 "화룽(华龙) 1호" 세계 첫 원자로-중핵그룹(CNNC) 푸칭(福清)원전 5호기가 열 테스트를 기본적으로 완료하여 후속적인 원자로 장전, 계통 연결 발전을 위한 든든한 기반을 마련했다. 열 테스트는 메인 펌프 작동과 전압조정 전기히터를 이용하여 원자로 냉각계통의 온도와 압력을 상승시켜 시스템 정지 상태에 이르게 한다. 아울러 각 특정 테스트 플랫폼에서 일련의 조정 테스트, 운행 주기적 테스트를 진행하는 종합 시험 단계이다. 해당 단계에서 원자력 발전소의 다양한 열 작업 조건을 최대한 시뮬레이션하고, 일차계통(Nuclear island), 2차측 건물(Conventional island)과 시스템의 고온 운행 조건에서의 신뢰성, 관련 매개변수의 설계 요구 충족 여부를 검증한다. "화룽 1호"는 현재 원자력발전 시장에서 가장 주목 받는 3세대 원자력 발전기로 중국이 세계에 내민 "국가 명함"이다. 아울러, 중국 원전 기술 혁신의 중대한 성과로 시범 공정의 성공적인 건설은 중국이 원전 대국에서 원전 강국으로 도약하는 중요한 의미가 있다. 중핵그룹은 중국 내외에 총 5개의 "화룽 1호" 원자로를 건설 중이며 건설 공정 안전과 품질에 대한 양호한 관리가 진행되고 있다. 현재 코로나19 사태에서, "화룽 1호" 시범 공정은 질서 정연하게 진행되고 있으며 현장의 "무감염"을 유지하여 프로젝트의 연간 목표 달성을 위해 박차를 가하고 있다.

최초로 달뒷면 지하 천부층 구조 규명

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중국과학원 국가천문대 연구팀은 창어(嫦娥) 4호의 월면차 위투(玉兔) 2호에 탑재된 달탐사 레이더를 사용해 최초로 달뒷면 착륙지역 지하 40m 이내의 지질분층구조를 규명함과 아울러 해당 구간은 저소모 달토양물질 및 대량의 다양한 크기의 돌덩어리로 구성되었음을 발견하였다. 해당 성과는 충돌과정이 달표면에 대한 개조, 화산활동 규모 및 역사 등을 밝히는데 중요한 의미가 있다. 해당 성과는 "Science Advances"에 온라인으로 게재되었다. 창어 4호 탐사선은 베이징시간으로 2019년 1월 3일 달뒷면에서 가장 오래되고 가장 큰 남극-아이트켄(South Pole–Aitken) 분지 내 폰카르만 충돌구 밑바닥에 성공적으로 착륙했고 달탐사 레이더는 2019년 1월 4일 오전 9시 29분 35초에 작동을 개시하였다. 이번에 거둔 연구 성과는 지난 두 번의 달의 낮 동안에 500MHz 고주파채널 레이더로 탐측한 데이터에 기반한 것이다. 연구팀은 앞서 획득한 물성 파라미터 및 레이더 영상에 근거해 106m 월면차 주행노선 지하 40m 범위에서 3개 비일차적 표층 층서단위를 식별해냈다. 첫 번째 층서단위는 달표면 지하 12m 구간의 세립질 달토양으로 소량 돌덩어리를 함유한다. 동 달토양층은 다수 서로 겹쳐진 충돌구 분출물질 위에 형성되었고 이러한 분출물질은 아마도 주변의 핀센(Finsen) 및 폰카르만 L충돌구 등에서 비롯되었을 것으로 추정된다. 두 번째 층서단위는 지하 12m에서 24m까지의 레이더 영상에서 에코 세기(Echo intensity)가 가장 강한 구간이다. 이는 해당 구간에 대량 돌덩어리가 존재함을 나타낸다. 심지어 쇄석층 및 쇄석무지를 형성하는데 이는 분출물질 퇴적이 전면적 뒤덮기식 뿐만 아니라 물질 간 전단, 혼합, 섭입 및 2차 충돌구 구조적 외란(structural disturbances) 등 복잡한 지질과정을 동반했음을 입증한다. 세 번째 층서단위는 지하 24m부터 40m까지 구간으로서 레이더 에코 명암이 교체적으로 변화하였다. 해당 구간은 시기별로 보다 유구한 분출물질의 퇴적 및 풍화산물로 형성되었다. 지하 40m 아래의 레이더 신호는 미약하여 고주파채널 레이더신호로 그 물질적 특성을 추정할 수 없었다. 해당 지역의 지질역사와 결합해 창어 4호 착륙점 인근 달표면 40m 아래는 완전한 달의 바다 현무암(lunar mare basalt)일 것으로 추정된다. 연구팀은 창어 4호 달탐사 레이더 직접적 제자리 측정을 통해 달뒷면 지하 천부층 관련 첫 번째 레이더영상, 달표면 아래 물질의 특성 파라미터, 분출물질 내부 층서 서열 등을 획득하였다. 해당 연구는 최초로 달뒷면 지하구조를 규명함으로써 달의 충돌 및 화산활동 역사에 대한 이해를 풍부히 하였고 또한 달뒷면의 지질학적 변화 연구에 새로운 시사점을 제공하였다.

은하계 밖 산소 최초 발견

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중국과학원 상하이천문대 왕쥔즈(王均智) 연구팀은 "마카리안 231(Mrk 231)" 은하 내부에 천체생명학 및 성간물질 변화에 필수적인 분자인 산소가 존재함을 발견하였다. 해당 성과는 "Astrophysics"에 게재되었다. 산소는 생명유지에 있어 매우 중요한 물질이다. 우주에서 산소의 존재비는 수소와 헬륨 다음으로 높다. 천문학계는 분자산소(molecular oxygen)가 항성 간 공간에 보편적으로 존재할 것으로 예측하고 있지만 현재로 은하계 밖에서 산소를 발견하지 못했다. 이번에 큰곰자리 성좌에 위치한 지구와 약 5.6억 광년 떨어져 있는 Mrk 231 퀘이사에서 발견된 산소는 지금까지 과학계가 탐지한 태양계 밖 최다량의 산소이자 은하계 밖에서 최초로 발견된 산소이다. 하지만 무엇 때문에 성간공간(interstellar space)의 산소 함량이 예상치에 훨씬 미치지 못하는지는 여전히 수수께끼이다. 연구팀은 스페인과 프랑스에 위치한 전파망원경으로 2.52밀리미터 파장의 복사를 발견하였는데 이는 산소 존재의 지표이다. 해당 복사가 산소에서 비롯되었음을 증명하기 위해 연구팀은 해당 검출 파장과 유사한 파장을 방출할 수 있는 다양한 분자를 연구하였다. 그 결과, 산소를 제외한 기타 어떤 분자도 우주에 나타난 적이 없음을 발견하였다. 해당 발견은 지금까지 과학계가 탐지한 태양계 밖 최다량의 산소이다. 기존에 천문학계는 은하계 내 오리온성운 및 뱀주인자리성운 내부에서만 산소를 관측한 적이 있다. 산소 형성이 가능한 오리온성운일지라도 그 내부 산소량은 수소량의 100만분의 1밖에 안 될 정도로 매우 적다. Mrk 231 내부에서도 수소가 주도적 지위를 차지하지만 산소 존재비는 오리온성운 내부 산소량의 100배에 달한다. Mrk 231의 산소는 은하원반(galactic disk) 주변부에 존재한다. 이로부터 학계는 Mrk 231이 오리온성운보다 더 강한 산소 형성과정을 겪었을 것으로 해석하고 있다. 대량 항성 생산공장인 Mrk 231에서 새항성 생성속도는 은하계의 100배에 이르며 매년 방출하는 기체 총질량은 700개 태양질량에 해당한다. 은하중심에서 유래한 고속회전 기체는 아마도 은하원반 내 기체와 충돌하여 물얼음을 먼지입자로부터 박리함으로써 산소를 형성한다. 반대로 산소 분자가 방출하는 복사는 기체 냉각을 도와 그 중 일부 기체를 더 쉽게 붕괴시킴과 아울러 은하 내에서 더 많은 새항성을 생성시키는 등 은하의 활력을 유지시킨다. 성간분자 특히 산소와 같은 천체생명학 및 성간물질 변화에 있어 매우 중요한 분자를 탐색하는 것은 전파천문학의 첨단과제이다. 반세기에 가까운 우주전파 분자탐색 역사에서 거둔 몇 차례 성공적인 관측은 모두 은하계 내에서 이루어졌다. 은하계 밖 외부 은하 내 산소에서 발송되는 신호는 일정 정도 적색편이(Red shift)를 간과하는 전제 하에 도플러효과로 인해 지구 대기를 관통할 수 있으며 따라서 지상 대형 망원경을 통한 탐지가 가능하다. 연구팀은 전파망원경으로 수신한 미약한 신호에 대한 분석을 통해 산소 존재비 증가를 일으킬 가능성이 있는 은하로 Mrk 231을 선정했고 비로소 성공적으로 산소를 탐지하기에 이르렀다. 해당 연구는 분자산소를 이용한 관측을 통한 은하핵부 격렬한 활동이 모은하(host galaxy)에 대한 피드백 연구에 새로운 길을 개척했다.