AI로 정확도 높인 우주탐사선 엔진 개발

카이스트 '홀 전기 추력기' 제작
누리호 4차 발사때 첫 성능 검증

KAIST 최원호 교수팀이 코스모비(주)와 함께 개발 중인 소형위성용 150 W급 저전력 홀 추력기를 테스트하고 있다. KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST) 원자력 및 양자공학과 최원호 교수팀이 인공지능(AI)을 활용해 인공위성이나 우주탐사선의 엔진인 '홀 전기 추력기'를 개발했다. 이번에 개발한 홀 전기 추진장치는 오는 11월에 예정된 누리호 4차 발사에서 큐브위성 'K-HERO'에 장착해 우주에서 성능 검증을 진행할 예정이라고 3일 밝혔다.

홀 추력기는 연비가 높아 소모 전력 대비 큰 추진력을 발생시킬 수 있다. 전기를 적게 쓰고도 위성이나 우주선을 크게 가속할 수 있다. 추진제 절약이 중요한 우주에서 군집위성의 편대비행 유지, 궤도이탈 기동, 심우주 탐사 등 다양한 임무에 폭넓게 활용되고 있다. 연구진은 AI를 활용해 홀추력기의 설계, 제작, 시험의 반복 작업에 걸리는 시간과 비용을 획기적으로 줄였다. 그 결과 정확도가 높은 추력장치 성능 예측기법을 개발했다.

연구진이 개발한 인공신경망 모델은 자체 개발한 700W급 및 1㎾급 홀 추력기에서 평균오차 5% 이내, 미 공군연구소에서 개발한 5㎾급 고전력 홀추력기에 대해 평균오차 9% 이내의 정확도를 보였다. 이번 연구로 개발한 AI 예측기법이 다양한 전력 크기의 홀 추력기에 폭넓게 적용할 수 있는 것을 입증했다.

최 교수는 "연구팀의 실험실 창업기업인 코스모비와 함께 AI 기법을 사용해 개발한 큐브위성용 홀추력기는 올해 11월에 예정된 누리호 4차 발사에서 3U 큐브위성인 'K-HERO'에 탑재돼 우주에서 성능 검증을 진행할 예정"이라고 설명했다.

2003년부터 국내에서 전기추력기 개발 연구를 처음으로 시작해 관련 연구개발을 주도하고 있는 최원호 교수팀은 자체적으로 개발한 전기 추력장치 전산 해석 도구를 활용해 생성한 1만8000개의 홀 추력기 학습데이터를 기반으로 인공신경망 앙상블 구조를 도입해 추력 성능 예측에 적용했다. 한편, 연구진은 이번 연구 결과를 국제적으로 저명한 AI 다학제 학술지인 '어드밴스드 인텔리전트 시스템'에 발표했으며, 연구성과의 우수성을 인정받아 저널 표지논문으로 채택됐다.

[e-mail] 김만기 기자

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