우주과학연구소

1. 개요

우주과학연구소(ISAS)는 일본의 우주 과학 연구를 담당하는 기관으로, 도쿄 대학 생산기술연구소 내 연구반에서 시작되어 1981년 문부성 우주과학연구소로 개편되었다. ISAS는 로켓 개발을 통해 인공위성 발사에 성공했으며, M-V 로켓 개발을 통해 소행성 탐사선 하야부사를 발사하는 등 주요 우주 탐사 임무를 수행했다. 2003년 우주 개발 사업단, 항공 우주 기술 연구소와 통합되어 JAXA의 우주과학연구본부로 운영되다가, 2010년 다시 우주과학연구소로 명칭이 변경되었다.

2. 역사

이토카와 히데오 교수의 주도로 시작된 일본의 우주 개발은 1950년대 펜슬 로켓과 베이비 로켓 실험을 통해 기초를 다졌다. 1964년 도쿄 대학 내에 우주 항공 연구소가 설립되었고, 이는 이후 ISAS로 발전하게 된다. 1970년, ISAS는 일본 최초의 인공위성 '오스미' 발사에 성공했다.

1981년, 대학 시스템 개혁의 일환으로 ISAS는 도쿄 대학에서 분리되어 대학 간 국립 연구 기관인 우주 항공 과학 연구소가 되었다. 1980년대부터 ISAS는 하쿠초와 같은 X선 천문 위성, 핼리 혜성 탐사선 사키가케와 스이세이, 태양풍, 지구 자기권 관측 위성 등 우주 과학 분야에서 많은 성과를 거두었다.

1990년에는 15을 투자하여 M-V 로켓을 개발하였다.

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2003년, ISAS는 항공우주기술연구소, 우주 개발 사업단 등과 통합되어 우주항공연구개발기구(JAXA)가 되었다. 이후에도 영어명 'Institute of Space and Astronautical Science'는 계속 사용되고 있으나, 일본어 명칭은 '우주과학연구본부'로 변경되어 JAXA의 한 부서를 담당하게 되었다. 2010년 4월 1일 원래 명칭이었던 우주과학연구소로 개명되었다.

2.1. 이토카와 히데오와 초기 로켓 개발

이토카와 히데오는 1935년 도쿄제국대학 공학부 항공학과를 졸업하고, 나카지마 비행기에서 전투기 설계에 참여했다. 제2차 세계 대전 종전 후, 도쿄제국대학 조교수, 정교수를 역임하며 로켓 연구를 시작했다. 1953년 미국을 방문한 후 도쿄대에 로켓연구클럽을 만들고 일본 정부에 로켓 개발 허용을 요구했다.

1954년, 이토카와는 도쿄 대학 생산기술연구소 내에 AVSA(항공 전자 공학 및 초음속 공기 역학 연구반)를 조직했다. 1955년에는 펜슬 로켓의 수평 발사 시험을 통해 데이터를 수집했고, 이는 베이비 로켓 개발로 이어졌다.

2.2. 카파 로켓과 람다 로켓

1956년 ISAS는 국제지구물리관측년(IGY) 참가를 위해 카파 로켓 개발을 시작했다. 카파 로켓은 지속적인 개량을 통해 고도 기록을 갱신했으며, 과학 실험 자료로 인도네시아와 유고슬라비아에 수출되기도 했다. 하지만 소형 고체 연료 로켓은 미사일로 전용될 가능성이 있어 미국으로부터 지적을 받았다. 이는 우주개발사업단이 H-II 로켓 탄생까지 미국에 의한 로켓 기술 관리를 받게 된 이유 중 하나가 되었다.

1961년, ISAS는 인공위성 발사를 목표로 람다 로켓 계획을 시작했다. 람다 로켓은 카파 로켓을 대형화한 것으로, 1970년 L-4S-5 로켓이 일본 최초의 인공위성 '오스미' 발사에 성공했다.

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; K (카파) 로켓 ( 1956년 - 1988년 )

국제 지구 관측년 참가를 위해 제작한 관측용 로켓으로, 목적 달성 후에도 개량을 거듭하여 잇달아 고도 기록을 갱신했다.

* K-6형: 2단식, 탑재량 15g, 고도 약 60km 도달 (1958년)
* K-8형: 2단식, 탑재량 50g, 8호기가 200km 도달 (1961년), 10호기에서 폭발.
* K-9L형: 3단식, 350km 도달 (1961년)
* K-9M형: 탑재량 75g, 350km 도달 (1962년). ISAS 관측 로켓의 표준형이 되어, 1988년까지 81기 발사.
* K-10형: (1965년) 기술 시험기로 계획되어, 이후 정식 관측기로서도 사용되었다. 1980년까지 14기 발사.

; L (람다) 로켓 ( 1963년 - 1979년 )

1961년에 시작된 계획으로 카파 로켓을 더욱 대형화한 것이다. 제2단에 직경 420mm의 카파 로켓 제1단을 그대로 유용할 수 있도록, 제1단의 직경 735mm로 결정되었다. 전기형(L-2, L-3, L-3H)은 내측 밴 앨런대에 도달하는 관측 로켓으로서 개발되었다. 후기형(L-4S, L-4T, L-4SC)은 뮤 로켓의 공학 실험기로 개발되었으며, L-4S형 5호기에서 최초의 인공위성 발사에 성공했다.

* L-2형 (1963년): 2단식, 제1단은 노즐을 4기 갖추고 있으며, 고체 로켓의 형태로는 드문 것이다.
* L-3형 (1964년): 3단식, 고도 1,000km 도달.
* L-3H형 (1965년): 고도 2,000km 도달 (3호기에서 2,150km)
* L-4S형 (1966년): 4단식, 4번의 실패 끝에 최초의 인공위성 발사에 성공했다.
* 전장: 16.5m
* 직경: 0.735m
* 무게: 9.4톤
* 저궤도 발사 능력: 26kg
* 발사 위성: 오스미
* L-4T형 (1969년): 람다 4S의 제4단의 능력을 줄인 것.
* L-4SC형 (1971년): 람다 4S에 유도 장치를 추가한 것. 주로 뮤 로켓의 개발 실험에 사용. 1979년까지 5기 발사. 일정한 궤도 투입 능력은 가지고 있지만, 당시에는 뮤 로켓을 사용한 위성 계획 밖에 존재하지 않았기 때문에 위성 발사에 사용되는 일은 없었다.

2.3. 뮤 로켓과 M-V 로켓

1963년부터 우주 개발을 본격적으로 추진하기 위한 뮤 로켓 계획이 시작되었다. 이와 함께 위성 추적 센터와 대형 로켓용 발사장 정비, 런처 건설도 실시되었다.

;M-1 (1966년)
;M-3D (1969년)
:M-4S의 예비 시험기. 기체 구성은 일부가 더미인 것을 제외하고 M-4S와 거의 같다.
;M-4S (1971년 - 1972년)
:본격적인 위성 발사 로켓. L-4S 로켓을 대형화했다. 발사 런처와의 관계상, 제2단에 꼬리 날개를 장착할 수 없었다. 이 때문에 L-4S보다 비행 안정성은 저하되었지만, 궤도 설계의 최적화를 통해 위성 궤도 투입 확률은 확보할 수 있었다.
:*전장 23.6미터, 직경 1.41미터, 중량 43.8톤, 저궤도 발사 능력 180킬로
:*발사 위성: 탄세이, 신세이, 덴파

;M-3C (1974년 - 1979년)
:3단식이 되었고, 2단에 자세 제어 장치가 달렸다.
:*전장 20.2미터, 직경 1.41미터, 중량 41.8톤, 저궤도 발사 능력 195킬로
:*발사 위성: 탄세이 2호, 타이요, 하쿠초

;M-3H (1977년 - 1978년)
:C형의 1단째 모터 케이스를 연장하여 발사 능력을 대폭 강화했다.
:*전장 23.8미터, 직경 1.41미터, 중량 48.7톤, 저궤도 발사 능력 300킬로
:*발사 위성: 탄세이 3호, 쿄코, 지키켄

;M-3S (1980년 - 1984년)
:M형의 1단에 자세 제어 장치를 장착했다.
:*전장 23.8미터, 직경 1.41미터, 중량 48.7톤, 저궤도 발사 능력 300킬로
:*발사 위성: 탄세이 4호, 히노토리, 텐마, 오조라

;M-3SII (1985년 - 1993년)
:S형의 1단을 이용하지만, 그 외는 완전히 신조. 발사 능력은 일거에 2배 이상이 되었다.
:*전장 27.8미터, 직경 1.41미터, 중량 61톤, 저궤도 발사 능력 770킬로
:*발사 위성: 사키가케, 스이세이, 긴가, 아케보노, 히텐, 요코, 아스카

;J-I (1996년)
:NASDA와 공동 개발. 1단에 H-II의 SRB, 2단에 M-3SII의 M-23을 사용하고 있다. 시험 1호기만으로 계획이 동결.
:*전장 33.1미터, 직경 1.8미터, 중량 88.5톤
:*발사 적재물: 고속 재돌입 실험기 (HYFLEX)

;M-V (1997년 - 2006년)
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:직경 1.41미터 틀이 없어지고 굵어졌다. 발사 능력도 2배 이상으로. M-V-5 이후는 2단이 CFRP화되어, 더욱 발사 능력이 50킬로그램 상승. 연구소 마지막 로켓. 고체 연료 로켓으로는 세계 최대급.
:*전장 30.7미터, 직경 2.5미터, 중량 139톤, 저궤도 발사 능력 1,850킬로
:: (M-V-4 이전은 저궤도 발사 능력 1,800킬로)
:*발사 위성: 하루카, 노조미, 하야부사, 스자쿠, 아카리, 히노데
::"스자쿠", "아카리", "히노데"는 JAXA 통합 후에 발사.

1990년, ISAS는 15을 투자해 M-V 로켓 개발을 시작했다. M-V 로켓은 3단 로켓으로, 높이 30.7m, 직경 2.5m, 중량 140t이며, 1800kg의 인공위성을 발사할 수 있었다. M-V 로켓은 하야부사, 스자쿠, 아카리 등 다양한 과학위성을 발사했다.

2.4. JAXA 통합 이후

2003년, ISAS는 항공우주기술연구소(NAL), 우주 개발 사업단(NASDA)과 통합되어 우주항공연구개발기구(JAXA)가 되었다. 통합 이후에도 ISAS는 영어 명칭(Institute of Space and Astronautical Science)을 유지하며, 우주 과학 연구를 주도하고 있다. 2010년, ISAS는 원래 명칭인 우주과학연구소로 개명되었다.

JAXA 산하에서 ISAS는 우주 기반 천문학, 달 및 행성 탐사 임무를 계속 담당하고 있다.

3. 주요 우주 탐사 임무

ISAS는 1970년 오스미를 시작으로, M-4S 로켓으로 신세이를 발사하여 전리층, 우주선, 태양 전파를 관측하거나, 하쿠초를 발사하여 X선 천문학 연구를 수행하는 등 다양한 과학위성 및 탐사선을 개발하여 우주 과학 연구에 기여해 왔다. 1985년에는 사키가케와 스이세이를 발사하여 핼리 혜성 탐사를 진행했다.

1990년에는 일본 최초의 달 탐사선 히텐을 발사했고, 1998년에는 노조미 탐사선을 발사하여 화성 궤도 진입을 시도했으나 실패했다. 2003년에는 세계 최초의 소행성 샘플 귀환 임무인 하야부사 우주선을 발사했다.

2003년 우주항공연구개발기구(JAXA)가 발족하면서, 우주 개발 사업단(NASDA), 항공 우주 기술 연구소(NAL)와 통합되었다. 이에 우주과학연구소는 우주과학연구본부로 개편되었다가, 2010년 우주과학연구소라는 명칭으로 복귀했다. 1981년부터 사용된 "ISAS"라는 약칭은 계속 사용되고 있다.

3.1. JAXA 설립 이전

宇宙航空研究所^일본어는 1964년 도쿄 대학 내에 설치되었으며, 람다 로켓 개발과 오스미 발사 등의 성과를 냈다.

1970년 2월 11일, L-4S-5 로켓을 통해 일본 최초의 인공위성 오스미 발사에 성공했다. 이는 기술 시연을 위한 것이었다. 1971년 9월 28일에는 M-4S 로켓으로 신세이를 발사하여 전리층, 우주선, 태양 전파를 관측했다.

1979년에는 하쿠초를 발사하여 X선 천문학 연구를 수행했다. 1985년에는 사키가케와 스이세이를 발사하여 핼리 혜성 탐사를 진행했다.

1990년에는 일본 최초의 달 탐사선 히텐을 발사했다. 1998년에는 노조미 탐사선을 발사하여 화성 궤도 진입을 시도했으나 실패했다.

2003년에는 세계 최초의 소행성 샘플 귀환 임무인 하야부사 우주선을 발사했다.

3.2. JAXA 설립 이후

우주항공연구개발기구(JAXA) 설립 이후, 우주과학연구소는 다양한 우주 탐사 임무를 수행해왔다. 주요 임무는 다음과 같다.

* [[스자쿠 (인공위성)|스자쿠]] (2005): X선 관측을 통해 우주의 고에너지 현상을 연구했다.
* [[아카리 (인공위성)|아카리]] (2006): 적외선 관측을 통해 별과 은하의 생성과 진화를 연구했다.
* [[히노데 (인공위성)|히노데]] (2006): 태양 활동과 지구에 미치는 영향을 연구했다.
* [[가구야 (인공위성)|가구야]] (2007): 달 궤도를 돌며 달의 기원과 진화를 연구했다.
* [[아카츠키 (우주선)|아카츠키]] (2010): 금성의 대기 및 기후를 연구하고 있다.
* [[하야부사2]] (2014): 소행성 류구에서 샘플을 채취하여 지구로 귀환하는 데 성공했다.
* [[히토미 (인공위성)|히토미]] (2016): X선 관측을 통해 블랙홀과 은하단 등 극한 환경을 연구할 예정이었으나, 자세 제어 시스템 문제로 단기간 운용 후 종료되었다.
* [[BepiColombo#Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter)|Mio]] (2018): 유럽 우주국(ESA)과 협력하여 수성의 자기장과 내부 구조를 탐사하는 BepiColombo 미션의 일부이다.

2003년 우주항공연구개발기구(JAXA)가 발족하면서, 우주 개발 사업단(NASDA), 항공 우주 기술 연구소(NAL)와 통합되었다. 이에 우주과학연구소는 우주과학연구본부로 개편되었다가, 2010년 우주과학연구소라는 명칭으로 복귀했다. 1981년부터 사용된 "ISAS"라는 약칭은 계속 사용되고 있다.

4. 시설

우주과학연구소는 사가미하라 캠퍼스, 우치노우라 우주 공간 관측소, 우스다 우주 공간 관측소 등 주요 시설을 갖추고 있다.

사가미하라 캠퍼스는 가나가와현 사가미하라시 주오구 유노다이 3-1-1에 위치하며, 본부동, 위성 조립동, 자기장 시험동, 행성 물질 시료 수용 설비, 우주 과학 탐사 교류동 등이 있다. 본부동에는 홍보, 사무 관련 부서, 연구실, 우치노우라 우주 공간 관측소 및 다네가시마 우주 센터 등에서 발사된 우주선 관제를 담당하는 심우주 탐사선 관제실, 대형 계산기실이 있다. 위성 조립동에서는 과학 탐사 위성 개발, 자기장 시험동에서는 우주 자기장 및 고도 진공 시험이 수행된다. 샘플 리턴으로 획득한 지구 외 물질 취급 시설과 우주 과학 전시 관람 시설도 있다.

JR 요코하마선 사가미하라역, 후치노베역, 오다큐 오다와라선·오다큐 에노시마선 사가미오노역에서 버스로 접근할 수 있다. 사가미하라 캠퍼스는 매년 특별 공개 행사를 통해 연구 활동을 소개한다.

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우치노우라 우주 공간 관측소는 가고시마현에 위치한 로켓 발사 시설이다. 1962년 아키타 로켓 실험장 사용 중지 후 노시로 로켓 실험장과 함께 개설, 1963년 개소했다. 과학위성 및 로켓 발사가 이루어졌다.

1970년 2월 11일 L-4S 로켓 5호기로 일본 최초 인공위성 "오스미" 발사에 성공했고, 1971년 2월 16일 M-4S 로켓으로 "탄세이"를 발사, 최초의 뮤 로켓 발사 성공 사례를 기록했다.

우스다 우주 공간 관측소는 나가노현 사쿠시에 위치하며, 심우주 탐사선 추적 및 관제를 위한 대형 파라볼라 안테나를 갖추고 있다. 1984년 10월 개설되었으며, 직경 64m 안테나는 당시 동양 최대 규모였다. 핼리 혜성 탐사선 관제를 위해 건설되었다.

4.1. 사가미하라 캠퍼스

* 본부동
* 연구소
* 홍보 담당 등의 사무 관련 부서가 있다.
* 우주 과학 연구 관련 연구실 및 강좌가 있다.
* 우주 관제 센터
* 가고시마현 우치노우라 우주 공간 관측소나 다네가시마 우주 센터 및 해외 우주 기지에서 발사된 과학 위성이나 달·행성 탐사선에서 전송되는 데이터를 기반으로 우주선의 관제 제어를 수행하는 심우주 탐사선 관제실이 있다. 관제 제어 데이터는 우치노우라 우주 공간 관측소의 텔레미터 센터나 우스다 우주 공간 관측소의 파라볼라 안테나를 통해 각 탐사선과 송수신된다.
* 대형 계산기실
* 위성 조립동 - 공학 실험 위성(과학 탐사 위성) 등의 개발이 이루어지는 시설이다.
* 자기장 시험동 - 우주 자기장이나 고도 진공을 상정한 시험을 수행하는 시설이다.
* 행성 물질 시료 수용 설비 - 샘플 리턴으로 입수한 지구 외 물질을 취급하는 시설이다.
* 우주 과학 탐사 교류동 - 우주 과학에 관한 전시를 견학할 수 있는 시설이다.

; 소재지
가나가와현 사가미하라시 주오구 유노다이 3-1-1

* 교통 (가나가와 주오 교통 히가시 버스 이용)
* JR 요코하마선 사가미하라역 남쪽 출구에서 [相02] 사가미오노역 북쪽 출구행 승차, "우주 과학 연구 본부" 하차, 도보 5분.
* 오다큐 오다와라선・오다큐 에노시마선 사가미오노역 북쪽 출구・요코하마선 후치노베역 입구에서 [相02] 사가미하라역 남쪽 출구행 승차, "우주 과학 연구 본부" 하차, 도보 5분.
* JR 요코하마선 후치노베역 남쪽 출구에서 [淵36] 아오바 순환・후치노베역 남쪽 출구행(공화선회) 승차, "우주 과학 연구 본부" 하차, 도보 5분.
* JR 요코하마선 후치노베역 남쪽 출구에서 [淵37] 아오바 순환・후치노베역 남쪽 출구행(박물관 선회) 승차, "시립 박물관 앞" 하차, 도보 2분.

사가미하라 캠퍼스에서는 1년에 1번 특별 공개가 실시되어, 직원들이 다양한 이벤트와 연구 활동 소개를 실시하고 있다.

4.2. 우치노우라 우주 공간 관측소

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우치노우라 우주 공간 관측소는 가고시마현에 위치한 로켓 발사 시설이다. 1962년 5월에 아키타 로켓 실험장이 사용 중지된 이후, 1962년 10월 노시로 로켓 실험장과 함께 개설되었다. 1963년 12월 9일 우치노우라 실험장 개소식(이후 가고시마 우주 공간 관측소, 현 우치노우라 우주 공간 관측소)이 열렸다. 이곳에서는 다양한 과학위성 및 로켓 발사에 사용되었다.

1970년 2월 11일 L-4S 로켓 5호기에 의해 일본 최초의 인공위성 발사에 성공하여, 인공위성 이름을 "오스미"라고 명명하였다. 이후, 1971년 2월 16일에는 M-4S 로켓으로 "탄세이"를 처음 발사하였는데, 이는 최초의 뮤 로켓에 의한 성공 사례이다.

4.3. 우스다 우주 공간 관측소

우스다 우주 공간 관측소는 나가노현 사쿠시에 있는 우주항공연구개발기구(JAXA) 시설로, 심(深)우주 탐사선 추적 및 관제를 위한 대형 파라볼라 안테나를 갖추고 있다. 1984년 10월에 개설되었으며, 직경 64미터의 안테나는 당시 동양 최대 규모였다. 이 시설은 핼리 혜성 탐사선 사키가케와 스이세이 관제를 위해 건설되었다.

5. 한일 우주 협력에 대한 전망

한국과 일본은 지리적으로 가깝고, 우주 개발 분야에서 서로에게 도움이 될 수 있는 강점을 가지고 있다. 두 나라는 발사체, 위성, 우주 탐사 등 여러 분야에서 협력할 가능성이 크다. 특히 일본은 소행성 탐사에, 한국은 달 탐사에 경험과 기술이 있어 함께 우주 탐사 프로젝트를 추진할 수 있다. 한일 양국은 기술 협력뿐만 아니라 우주 정책, 우주 안보, 우주 쓰레기 문제 등 다양한 분야에서 협력을 강화해야 한다.