안녕하세요! 어느덧 8월 중순이 지나가고 있네요!

정말 무더운 날씨의 연속이였는데요!

무더운 날씨마다 날려버릴 정도로 뜨거운 열기로 가득찼던 현장이 있었습니다!

바로 2016 캔위성 체험 · 경진 대회입니다.

 

지난 8월 4일(목), 전남 고흥에 있는 한국 항공 우주 연구원 항공 센터에서 캔위성 체험 · 경진 대회가 진행되었습니다. 

저희 코코아팹에서도 이번 캔위성 경연대회의 심사로서 참여를 하게되었는데요!

 

그 뜨거웠던 대회의 현장을 알아보기 전에 이번 1편에서는 캔위성 경진대회에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

 

캔위성 체험 · 경진 대회를 알아보기전에 캔위성 뭔지 알아 볼 필요가 있겠죠? (내용 출처 : 캔위성 경연 대회 공식 홈페이지)

 

 

캔위성이란 |

 

캔위성(Cansat)은, 1998년 스탠퍼드대학의 로버트 트윅(Robert Twiggs) 교수에 의해 제안된 교육용 위성모사 프로그램에서 사용한 위성으로, 위성의 역할을 모사하는 구조계, 전력계, 데이터처리계, 통신계, 탑재체 등의 기능을 음료수 캔(예: 콜라 캔) 내에 구현한 데서 명명(Can+satellite)의 유래를 찾을 수 있습니다. 발사 및 임무운용에 필요한 위성구성요소를 매우 단순하게 구성하여, 고공에서 짧은 시간 동안 위성처럼 운용하는 것이 특징입니다. 

사진 출처 : ahmedmfarid.blogspot.com

 

 

 

캔위성 발사 과정 |

 

캔위성은 실제 위성처럼 우주로켓에 실려 지구궤도에 투입되는 것을 목표로 하지는 않습니다. 기구(balloon)나 소형 과학로켓 등을 활용하여 상공 수백 미터 고도까지 캔위성을 올려준 후, 캔위성을 분리하고 캔위성에 달린 낙하산을 전개하여 캔위성이 서서히 고공에서 낙하하는 동안 마치 위성처럼 사전에 계획된 일련의 임무를 수행하는 방식을 취합니다.

 

[모델 로켓을 이용한 캔위성 발사 및 운용 개념도]

 

 

[멀티콥터를 이용한 캔위성 분리 및 운용 개념도]

 

캔위성 경연대회에서 진행되는 방식은 모델로켓을 이용한 발사 방식으로서, 발사체에 캔위성을 탑재해 발사체를 상공으로 발사시켜, 낙하산을 통해 캔위성의 지상으로 낙하하면서 임무를 수행하는 방식입니다.

 

 

 

캔 위성의 임무 종류 | 

 

캔위성에 어울리는 임무로는, 고도, GpS 위치, 압력, 온도, 습도, 가속도 등의 정보를 획득하는 것을 들 수 있습니다. 또한 CCD 소자를 장착하여 지상관측영상을 전송하거나, 각종 센서를 동원하여 대기과학 정보를 전송할 수도 있습니다.

 

뿐만 아니라, 구동기를 장착하여 위성기능과 유사하게 자세제어수행을 시연하거나, 통신위성을 흉내 낸 공중방송 시연을 할 수도 있으며. 일부 해외 캔위성 경연대회에서는, 좀 더 나아가 탐사선의 화성착륙을 모사하여 지상목표물에 최대한 근접 도달하여 지상안착하는(soft landing) 임무를 수행하기도 합니다.

 

대회 참가자들이 캔위성 제작 및 임무운용과정에서 참가자들의 창의적 체험 활동이 필수적으로 수반되므로 위성 구성 및 운용에 대한 이해를 증진할 수 있는 기회가 되겠죠?

 

 

 

해외의 캔위성 경연 대회 |

 

학생들이 제작한 초소형위성을 미국 아마추어 로켓그룹(AEROpAC)에서 제작한 발사체를 이용하여 고도 4km까지 올린 후, 분리된 캔위성을 고공에서 구동하여 목표지점까지 도달하게 하거나 착륙 후 지상 구동하여 목표지점까지 귀환하게 하는 경연으로 ARLISS(A Rocket Launch for International Student Satellite)라는 국제대회가 널리 알려져 있습니다. 또한 대학생팀을 대상으로 하는 국제대회로서 2009년부터 미국천문학회와 미국항공우주학회가 공동으로 개최하는 AAS/AIAA Cansat Competition이 있습니다.

 

유럽의 경우에는 우주개발 프로그램의 일환으로 유럽항공우주국 (ESA)이 후원하는 경연대회 뿐만 아니라, 2010년 전후로 유럽 내 개별국가 (네덜란드, 스페인, 스코틀랜드, 이탈리아, 프랑스)가 주최하는 캔위성 경연대회까지 널리 확산되어 있으며 최근에는 벨기에, 체코, 덴마크, 그리스, 아일랜드, 포르투갈, 스웨덴, 영국 등도 교육 및 저변확대를 위해 캔 위성 경연대회를 준비하고 있습니다.

 

일본의 경우, 2007년부터 일본우주청(JAXA)과 대학우주공학컨소시엄(UNISEC) 이 공동으로 주최하고 있는 ‘국제 캔샛 워크샵’이 유명합니다. 청소년 및 대학생들의 많은 관심과 참여를 이끌고 있으며, 위성 기능 및 운용에 대한 이해를 제공함은 물론이며 우주개발 꿈나무 육성 및 저변확대에 매우 유익한 교육적 효과를 지니고 있어, 해외 캔위성 경연대회는 최근 상당한 인기 속에 치러지고 있는 추세입니다. 

 

이는 세계적으로 캔위성에 대한 관심이 증가하고 있다는 이야기겠죠?

 

국가	캔위성 경연대회 정보사이트
미국	http://www.cansatcompetition.com/
미국	http://www.arliss.org
네덜란드	http://www.cansat.nl/cms/
스페인	http://cansat.leem.es
이탈리아	http://www.cansat.it
프랑스	http://www.planete-sciences.org/espace/Cansat
EU	http://www.cansat.eu
일본	http://www.unisec.jp/

 

 

 

캔위성 구성요소 | 

 

캔 위성은 주로 본체부와 탑재부 그리고 고공 낙하를 위한 낙하부, 지상과의 통신을 위한 지상부로 구성되어있습니다. 

캔위성의 본체부는 구조부, 전력부, 통신부, 데이터처리부, 기본 센서부로 구성되며, 탑재부는 카메라부와 확장 센서부로 구성됩니다.

 

구조부

구조부는 캔위성의 개발, 발사, 낙하와 착지 등의 환경에서 캔위성을 구조적으로 보호하는 역할을 담당합니다. 캔위성 기본키트에서는 시각적 효과를 위하여 투명 케이스를 사용하였으며, 4개의 지지대를 이용하여 발사, 낙하, 착지 등에 따른 하중지지 기능을 수행하도록 합니다. 또한, 낙하산을 이용하여 낙하, 착지 등에 있어 구조적 파손을 막는 기능을 수행합니다

 

전력부

전력부는 캔위성의 임무 수행에 필요한 전력을 공급하는 역할을 수행합니다. 캔위성 기본키트의 주요 전자부품들은 5V 와 3.3V 전원을 사용하고 있으며, 배터리를 이용하여 5V와 3.3V를 생성하여 공급합니다.

 

통신부

통신부는 캔위성과 지상국간의 무선 데이터를 전송하는 역할을 수행합니다. 캔위성 기본 키트에서는 블루투스를 이용하여, 수백미터 거리에서 영상데이터를 원활하게 송신하는 기능을 수행합니다.

 

데이터 처리부

데이터처리부는 캔위성의 임무 수행에 따른 각종 데이터를 처리하는 역할을 수행합니다. 캔위성 기본키트에서는 카메라 등의 여러 센서들과 통신부의 전자적인 기능을 구현하였으며, 마이크로프로세서를 이용하여 영상 및 각종 센서 데이터를 수집하여 통신부를 통해 지상 전송 역할을 수행합니다.

 

기본센서부

기본센서부는 캔위성의 기본적인 데이터 센싱 역할을 수행합니다. 캔위성 기본키트에서는 캔위성의 자세정보 획득하기 위한 IMU 센서, 캔위성의 위도, 경도, 고도 등의 위치 정보를 획득하기 위한 GpS 센서, 캔위성의 기본 센서 동작을 체험하기 위한 2개의 조도 센서를, 기본센서로 구성하여 센싱 역할을 합니다.

 

카메라부

카메라부는 캔위성에서의 영상 데이터 획득 역할을 수행합니다. 캔위성 기본 키트에서는 시리얼통신을 이용한 영상 데이터 획득이 가능한 카메라를 이용하여 마이크로프로세서가 처리할 수 있는 영상 획득 기능을 수행합니다.

 

확장센서부

확장센서부는 캔위성 기본키트에서 획득한 캔위성 지식을 바탕으로 자신만의 캔위성을 만들 수 있는 역할을 제공합니다. 캔위성 기본 키트에는 만능 기판 보드를 이용하여 대기압센서, 온도센서, 기울기 센서 등의 다양한 센서 확장이 가능합니다.

 

지상부

지상부는 캔위성에서 무선 전송하는 데이터를 수신하는 역할을 수행합니다. 그리고 수신된 캔위성 데이터를 지상 PC에서 자세, 위치, 영상, 센서 값 등을 저장하고 표시하는 기능을 수행합니다.

 

 

자~ 이렇게 쉴틈 없이 캔위성에 대해 알아보았는데요~!

세계적으로 많은 관심이 있는 분야인만큼 우리나라에서도 매해마다 캔위성 경진대회가 진행되고 있습니다.

올해로 제 5회를 맞이하는 2016 캔위성 체험 · 경연대회의 개요는 아래와 같습니다.

 

대회 일자 | 2016년 08월 04일 목요일

대회 장소 | 한국 항공 우주 연구원 항공 센터 (전남 고흥군 도덕면)

대회 내용 | 캔 위성 발사 및 임무 경연

주관 부처 | 미래 창조 과학부

주관 기관 | KAIST 인공위성 연구센터

후원 기관 | 한국 항공 우주 연구원

현찬 기관 | 전라 남도 고흥 군청

대회 목적 | 

1. 위성 임무를 모사하는 캔위성 경연 대회를 통해, 인공위성 체계에 대한 학생들의 이해 증진, 위성 교육 및 위성 기술의 대중화

2. 캔위성을 설계, 제작, 시험하는 창의적 과학체험 활동을 통해 스스로 부여한 탑재체 임무를 해결에 나가는 과학문제 해결 능력 함양 및  창의적 과학문화 확산

3. 초소형 캔위성 경연대회를 통한 우주기술 체험홍보, 우주기술 꿈나무 육성 및 우주기술 저변 확대

4. 유럽, 미국, 일본 등 해외 캔위성 국제 경연대회로의 관심 증진, 해외 대회 참여 활성화, 우주분야 민간 국제 교류 확대

출처 : 경연대회 홈페이지

 

 

대회는 슬기부, 창작부 총 2개의 부분으로 진행이 되었습니다.

대회의 참가 부분 및 참가 자격은 아래와 같습니다. 

 

슬기부 | 

- 참가자격 : 고등학생

- 팀구성 : 지도교사 1명 + 팀원(학생) 2~3명

 

창작부 | 

- 참가자격 : 대학생

- 팀구성 : 팀원(학생) 2~3명

 

* 서로 다른 학교 소속의 학생으로 참가팀 구성도 가능

* 슬기부의 경우, 지도 교사로부터 지도를 받아야 하므로 지도 교사 1인 참여 필수

* 창작부의 경우, 지도 교수로부터 지도를 받아야 하며 참가신청서에 이를 명기

 

대회는 1차 평가 > 온라인 교육 > 2차 평가 > 사전 교육 > 경연 대회 > 최종 결과 발표회 순으로 진행되었는데요.

대회 세부 일정은 아래와 같이 진행되었습니다!

 

저희 코코아팹의 경우 1차 평가 및 2차 평가, 그리고 경연 대회의 최종 평가에서 심사를 맡게 되었습니다. 

다음편 블로그를 통해 여러분께 소개드리고자 하는 생생한 현장은 바로 최종 경연 대회 현장인데요!

8월 4일(목)에 진행한 경연 대회의 일정은 아래와 같이 진행되었습니다.

 

 

캔위성 경연대회의 경우 다른 경연 대회에 비해 대회 규정도 엄격한 편인데요.

대회의 규정 사항을 알아보는 것도 대회를 이해하는데 있어서 중요한 부분이겠죠?

캔위성 경연대회의 대회 규정, 심사 기준, 대회 임무는 아래와 같습니다. 

 

 

 

대회 규정 | 

 

참가팀 구성

 - 고등학생 및 대학생이 참가할 수 있으며, 참가팀은 지도교사 또는 지도교수의 지도하에 참가하는 것을 원칙으로 한다.
 - 참가부문별로, 서로 다른 학교 소속의 학생으로도 참가팀을 구성할 수 있다.

 

캔 위성 기본 키트 / 개발비 지원

- 슬기부 : 1차 평가에서 선발된 팀에게는, 캔위성 기본키트를 현물 무상 제공한다. 또한 2차 평가에서 선발된 팀에게는 캔위성 기본 키트에 추가적으로 확장임무 기능을 구현하기 위한 개발비로, 30만원 이내의 확장임무구현비를 지원한다.

- 창작부 : 1차 평가에서 선발된 팀에게는 창작임무를 구현하기 위한 개발비로 20만원 이내의 확장임무구현비를 지급하며, 2차 평가에서 선밸된 팀에게는 80만원 이내의 창작임무구현비를 추가 지원한다.

- 확장임무구현비 및 창작임무구현비는, 개발 완료 후 부품구입비를 합산 정산하여 지급한다.

 

캔위성 기본 기트 / 개발비 수혜팀 의무사항

- 기본키트(현물) 또는 개발비(확장임무구현비 또는 창작임무구현비) 지원을 받은 팀은 경연대회에 참가해야 하며, 불참시에는 지급된 현물 또는 현금을 반납한다. 단, 제작품 파손 등 부득이한 사정으로 불참 시에는 증거물을 심사평가위원회에 제출하여 승인받아야 한다.

- 개발비 지원금 청구 시, 소정 양식에 의거하여 세금계산서 또는 영수증 (사본)을 지도교사/지도교수의 동의서와 함께 제출하여야 한다.

 

캔위성 교육 지원

- 공통 : 1차 평가에서 선발된 모든 팀에게는, 캔위성 제작에 필요한 지식을 스스로 학습할 수 있도록 대회 홈페이지를 통한 온라인 교육을 지원한다. (인공위성 소개, 캔위성 구성방법, 캔위성 해외 경연대회 소개, 마이크로프로세서 원리 및 응용, 임무확장 인터페이스 및 임무확장 방법, 송수신 프로토콜 및 캔위성 블록도 등)

- 슬기부 : 2차 평가에서 선발된 팀에게는 1일 사전교육 무료참가를 지원하며, 캔위성 기본키트에 추가적으로 확장임무를 구현하기 위한 제작실습 교육을 제공한다.

 

캔위성 개발 및 제작비용 한도

- 캔위성 개발 및 제작비용은 대회에서 제공하는 기본키트, 확장임무구현비(슬기부), 창작임무구현비(창작부)의 한도를 초과할 수 없다. 즉, 제작예산을 제한조건으로 하며, 참가팀에 지원된 기본키트 또는 개발비 범위에서 캔위성 임무를 구현하여야 한다.

- 창작부 : 100만원(창작임무구현비)

- 슬기부 : 캔위성 기본키트(대회제공) + 30만원(확장임무구현비)

 

캔위성 요구 조건

- 창의적 임무 구현을 위해 최소한의 제한조건을 만족해야 한다.

- 슬기부와 창작부의 캔위성 조립체는 발사 로켓 내부 공간에 장착될 수 있도록 부피, 무게, 장착 등의 제한 조건을 반드시 준수해야한다.

- 발사로켓의 전개에 기계적 간섭이 발생하지 않도록, 구조물을 설계하여, 돌출 부위가 임무 수행에 영향을 미치지 않도록 주의한다.

 

캔위성 발사체

- 캔위성 경연대회는 발사로켓을 활용한다.

- 발사로켓은 대회에서 제공한다. 

 

낙하산 전개 규정

- 발사로켓 전개 후 낙하산은 바로 전개될 수 있어야 한다. 낙하산이 전개되지 않거나, 낙하산 연결선이 끊어져서 불완전 전개된 경우, 캔위성의 고공 자유낙하로 인한 위험성이 뒤따른다. 낙하산이 전개되지 않는 경우, 실격 처리할 수 있다. 

 

캔위성 기능 구현 규정

- 전력계 : 캔위성 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있는 배터리를 갖추어야 한다.

- 통신계 : 캔위성과 지상과의 무선 데이터 통신 기능을 갖추어야 하며, 통신 프로토콜에 대한 특별한 제한은 없다.

- 구조계 : 캔위성의 분리과정부터 지상착지 과정까지 캔위성에 전달되는 하중에 대하여 구조적 파손 없이, 캔위성 전자부품을 보호할 수 있어야 한다.

- 명령 및 데이터 처리계 : 캔위성의 낙하도중 관측한 물리량이나 영상을 수집하여 지상으로 원격 전송하여야 한다.

- 지상국 : 고도에 따른 캔위성 자세정보(회전각 정보), 위치정보(GpS정보) 및 최소한 1개 이상의 탑재체 데이터를 (예를들어 지상관측영상) 지상국에서 수신하여야 한다. (최소한의 임무 요구사양)

- 캔위성과 지상국의 통신이 되지 않을 경우, 실격 처리할 수 있다.

 

 

대회 임무 |

 

슬기부

- 캔위성 기본키트가 제공하는 기본기능을 이용하여, 캔위성의 회전각, GpS정보, 조도, 지상영상촬영의 임무를 수행할 수 있다.

- 슬기부의 경우, 캔위성 기본키트가 제공하는 기능에 부가기능을 추가로 구현하여 경연대회에서 확장임무를 수행한다. 캔위성 규격 (크기, 중량, 부피), 제작비용 외에는 제약조건 없으며, 참가팀이 자유로운 확장임무 주제를 계획할 수 있다.

 

창작부 

- 창작부의 경우, 기본키트를 이용하지 않으며, 참가팀이 자유 창작에 의해 제작한 캔위성을 활용한다. 캔위성 규격(크기, 중량, 부피), 제작비용 외에는 캔위성 제작과 관련된 제한조건이 전혀 없다. 특히 통신주파수, 센서구성,탑재부 구성에 대한 제한 규정이 전혀 없다.

- 경연대회의 캔위성 발사, 분리, 낙하산전개, 캔위성 비행, 캔위성 낙하 과정 중 참가팀이 계획한 창작 임무를 구현할 수 있다.

 

 

자 대회의 규정까지 살펴보았습니다. 캔위성 자체가 다양한 전자부품과 기술의 집약체인만큼 규정의 기준도 굉장히 다양하고 엄격하죠?

 

다음으로 대회에 있어서 가장 중요한 부분! 바로 심사 기준일텐데요.

캔위성 경연대회의 심사 기준에 대해서도 간략히 살펴보도록 하겠습니다. 

 

 

 

심사 기준 |

 

슬기부

 

 

 

창작부

 

 

이렇게 대회의 심사 기준까지 대회에 대해 낱낱히 살펴보았는데요!

어떠셨나요? 국내에서 열리는 캔위성 체험 · 경진대회에 대해 이해가 잘 되셨나요

더욱 자세한 내용은 캔위성 체험 · 경진대회 홈페이지를 통해 만나보실 수 있습니다. 아래 링크를 통해 캔위성 경진대회에 대해 알아보세요.

 

>  캔위성 체험 · 경진대회 공식 홈페이지

 

이번 블로그에서는 캔위성 체험 · 경진대회 개요에 대해 알아보았습니다. 

다소 딱딱한 내용일 수 있었는데요. 다음편은 경진대회의 생생한 현장을 사진을 통해서 여러분께 소개하려고 합니다. 

많은 기대 부탁드리며, 다음 편을 통해 찾아뵙도록 하겠습니다! ;)