우리나라 최초의 실용급 지구관측위성인 아리랑 1호는 지난 2003년 2월 21일부로 목표로 하였던 임무운영기간 3년을 완수하였다. 아리랑 1호의 정상 임무운영에 사용되는 탑재체는 전장광학카메라, 해양관측카메라, 그리고 우주과학 탑재체이며, 2001년 8월 원인을 알 수 없는 과전류 발생으로 임무가 중단된 우주과학 탑재체를 .제외한 나머지 탑재체들은 임무 운영기간동안 정상적으로 운영되었다. 전자광학카메라는 한반도를 비롯한 전 세계를 대상으로 지리정보를 위한 영상자료를 획득하는 것이 목적이었으며, 해양관측카메라는 생물학적 해양지도 및 해양환경 관측을 위한 자료를 획득하는 것이다. 우주과학 탑재체는 고에너지 전하입자에 의한 Single Event Upset현상, 우주방사능 관측, 그리고 전자의 온도 및 밀도 측정이 주요 목표였다. 당초 목표했던 임무운영기간을 초과한 현재(2003년 7월 1일 기준)까지 우주과학 탑재체를 제외한 나머지 탑재체들은 정상적으로 운영되고 있다. 본 논문은 아리랑 1호 발사 후 약 3년 6개월간의 기간동안 수행된 탑재체 운영결과들을 정리하였다.
본 고찰은 위성시스템을 구성하는 본체, 고해상도 카메라로 대표되는 주탑재체 및 과학임무용으로 사용되는 과학 목적 및 기술검증용 탑재체 중 본체와 주탑재체를 제외한 탑재체에 대한 제품보증 방안에 관한 것이다. 현재까지 우리나라는 위성 개발 프로그램을 통해 위성 본체 및 주탑재체에 대한 제품보증을 성공적으로 수행하여 왔다고 할 수 있다. 다만, 모든 위성 개발 프로그램에서 개발예산과 기간에 제한이 있음을 고려할 때, 본체나 주탑재체와 비교시 그 중요도가 상대적으로 낮다고 할 수 있는 과학 및 기술검증용 탑재체에 대한 적정한 제품보증 수준을 결정하는 것은 매우 중요하다. 본 고찰은 이러한 관점에서 과학 및 기술검증용 탑재체에 대한 제품보증 방향을 모색하기 위한 것이다.
현재 우리나라는 달탐사 개발 사업을 통하여 2022년 8월 발사를 목표로 달 궤도선인 KPLO와 과학임무 및 기술검증 임무를 수행하게 될 임무 탑재체, 임무 수행을 위한 각종 소프트웨어의 개발, 궤도/궤적의 설계 등 일련의 개발 과정을 순조롭게 수행하고 있다. 또한 달 궤도선인 KPLO와 이들 탑재체에 대한 운영과 관제를 수행하는 KPLO 심우주 지상국도 일정에 따라 개발 막바지에 접어들고 있다. 특히 KPLO 심우주 지상국에는 우리나라 대학과 정부출연연구소에 의해서 개발되는 과학탑재체 4기가 달 궤도에서 과학임무를 수행하여 얻게되는 달 탐사 과학자료, 즉, 과학임무자료를 달 탐사에 직접 참여하는 과학자들뿐만 아니라 일반인들도 교육 및 연구에 활용할 수 있도록 달 탐사 과학자료의 저장, 공개, 관리를 위한 Archive system인 KARI Planetary Data System(KPDS)도 함께 개발되고 있다. KPDS는 전문 연구자와 일반인들이 별도의 교육없이 인터넷을 통하여 쉽게 접속하여 KPLO의 과학탑재체가 획득한 달 탐사 과학자료를 검색하여 내려받아 사용할 수 있도록 서비스를 제공할 예정이다. 본 논문에서는 과학탑재체 개발기관 소속의 연구자가 달 탐사 과학자료에 대한 검보정 처리와 과학적 분석을 수행하기 위해서 텔레메트리 형태의 원본형태의 과학자료를 KPDS로부터 다운로드 받는 과정과 검보정 처리가 된 과학자료를 일반 사용자들이 내려 받아 사용할 수 있도록 과학자료가 공개되기까지 일련의 과정을 설명하고, 연구자 및 일반사용자가 직접 접하게 되는 KPDS의 주요한 사용자 환경에 대해서 설명한다.
인공위성 탑재체는 요구되는 임무 목적에 따라 전자광학탑재체, 영상레이더, 마이크로파 라디오미터, 통신탑재체, 항법탑재체 및 다양한 우주과학탑재체 등으로 분류된다. 우리나라의 경우 아리랑위성, 천리안위성, 과학위성 등의 개발을 통해 각종 탑재체 개발을 위한 기술들을 확보하려고 노력하였다. 본 논문에서는 탑재체 개발에 필요한 기술들과 세계 동향을 확인하고, 1994년 아리랑위성 1호의 개발로부터 본격적으로 시작된 우리나라의 탑재체 개발기술의 현황과 앞으로의 전망에 대해 정리하고자 하였다.
본 논문은 KSR-III 과학로켓에 탑재 가능한 과학탑재체 중 오존측정기와 이온층 전자측정기 개발에 관하여 기술하고 있다. 각각의 측정기는 센서부와 회로부로 구성되며 개발 완료된 모델로 오존측정기는 지상 보정실험을 , 그리고 전자측정기는 우주환경 모사실험을 성공적으로 수행하였다. 이렇게 개발된 탑재체들은 향후 KSR-III 등의 과학로켓에 탑재될 수 있으며, 한반도 상공의 오존층 밀도의 고도별 수직분포와 이온층의 전자밀도와 전자온도에 대한 고도별 수직분포를 연구하는데 크게 기여할 것이다.
과학기술위성 1호는 2003년 9월 27일 성공적으로 발사된 후 초기 운용 과정을 거친 이후 탑재체의 정상적인 운용에 들어갔다. 과학기술위성 1호에 실린 탑재체는 원자외선 분광기, 우주물리 관측기, 자료수집 시스템 등이 있으며, 탑재체에서 발생된 데이터는 X-band 대역의 RF 시스템인 PDTx를 통해 지상으로 전송된다. 최근의 위성 운용에 의하면 하루 평균 수신량은 원자외선 분광기와 우주 물리 관측기의 자료가 약50Mbyte이며, 수신된 자료는 탑재체팀의 서버로 전송되어 사용자가 데이터를 처리할 수 있도록 되어 있다. (중략)
과학기술위성3호 부탑재체로 영상분광기(COMIS, Compact Hyperspectral Imager)가 선정되어 2007년 5월부터 개발이 진행되고 있다. COMIS는 2010년 과학기술위성3호에 탑재 발사되어, 위성 궤도 700km 상공에서 해상도 30m을 가지고, 30km 폭의 지표면 또는 대기를 관측할 수 있다. 현재까지 국내에서 개발된 위성탑재 지구관측카메라가 흑백이거나 다분광(3파장)으로 지구관측을 하는 것에 반하여 COMIS는 가시광 및 근적외선 영역에서 16${\sim}$62대역(4${\sim}$15nm 파장 분해능)의 초분광 관측을 수행하게 된다. 초분광 영상은 관측 대상 물성의 상세 구분이 가능한 관계로 군사적 활용을 포함한 원격 탐사의 주요 활용 분야로 대두되고 있다. 본 논문은 과학기술위성3호 부탑재체로 개발되는 영상분광기인 COMIS(Compact Hyperspectral Imager)의 전반적인 개념, 활용 과학을 먼저 소개하고 상세 광학 설계를 발표한다.
한국천문연구원은 천문우주분야의 과학임무 탑재체 개발을 주도적으로 수행해오고 있다. 과학기술위성1호 주탑재체 원자외선영상분광기 FIMS 개발, 과학기술위성3호 주탑재체 다목적적외선영상시스템 MIRIS 개발, 차세대소형위성1호 주탑재체 근적외선영상분광기 NISS 개발을 수행하였고, 현재는 NASA와 국제협력으로 SPHEREx 우주망원경을 개발하고 있다. 이러한 개발 과정을 거치면서 주경 20cm 이하의 소형 탑재체 과학임무 한계와 더불어 연구 현장에서 더 큰 우주망원경의 수요가 제기되었고, 현재의 국가우주개발 중장기계획에도 2030년대 한국형 우주망원경을 포함하게 되었다. 이러한 일정에 발맞추어 한국천문연구원은 2030년대 한국형 우주망원경 독자 운영을 대비하기 위해서 2020년 1월부터 주요 사업으로 한국형 우주망원경 개발을 위한 기획연구를 시작하였다. 이 기획연구는 2년 동안 수행할 예정이며, 이 기획연구를 통해서 학계의 과학임무 요구사항을 사전에 충분히 조사하고, 국내외 산학연 전문가의 의견들을 종합 수렴하여 선도적인 과학 연구를 수행할 수 있는 우주망원경의 기본 제원을 확정할 예정이다. 이 발표에서는 이러한 기획연구의 세부 활동을 공유하고 보고하고자 한다.
과학위성 1호에는 원자외선 분광기를 포함한 다섯 개의 탑재체가 있다. MMS(Mass Memory System)는 이들 탑재체가 수집한 데이터를 대용량 메모리에 저장한 후 지상국으로 보내는 역할을 하며 우주방사선에 의한 메모리 데이터의 오류와 무선 채널을 통한 Downlink 상에서 발생하는 오류를 최소화하기 위해서 소프트웨어적으로 에러를 정정할 수 있는 Reed-Solomon Code를 사용 하였다. 탑재체의 데이터를 저장하기 위한 대용량 메모리는 총 2Gbits로써 8M SRAM, 64M SDRAM, 256M SDRAM의 세 가지로 구성되어 있으며 메모리 여러 개를 하나의 모듈로 만들고 이 모듈이 층으로 쌓여서 MMS에 탑재되어 있다. SRAM에 비해서 집적도가 매우 높은 SDRAM은 공간을 적게 차지하는 장점은 있지만 우주용이 아니므로 그 안정성을 보장할 수 없으므로 우리별 3호에서 성능이 입증된 SRAM과 같이 탑재되었다. 본 연구에서는 MMS의 구조, 동작모드, Spec 및 연구 개발 내용을 소개한다.
우리나라는 최초의 우주탐사선이자 달탐사선인 KPLO를 2022년 8월에 발사할 예정이다. KPLO에는 6기의 임무탑재체가 실리게 되며, 이중 4개의 탑재체는 국내의 대학과 정부출연연구소에서 개발하여 달 표면과 주변 우주환경에 대한 과학임무를 수행하게 된다. 이들 국내에서 개발된 과학탑재체가 달 궤도에서 획득한 Data, 즉 과학자료는 지상국에서 수신하여 이를 처리하여 과학연구 혹은 교육 목적으로 활용될 것으로 예상된다. 이러한 태양계 탐사 과학임무로 부터 획득된 과학자료는 과학의 공익성과 연구교류 활성화를 위해서 국제적으로 대중에게 공개하고 있다. 이에 KPDS도 일반 사용자들이 인터넷으로 이들 과학자료를 쉽게 검색하고 다운로드 받을 수 있도록 한국항공우주연구원에서는 KARI Planetary Data System(KPDS)를 구축하고 있으며, 일반에게 공개할 예정이다. KPDS는 단순히 과학자료를 제공하는 것에서 그치지 않고, 이들 과학자료가 NASA에서 개발한 PDS4 표준을 준수하고 있는지 검증함으로써 세계 각국의 타 우주관련 기관과 상호활용이 용이하도록 하여 활용성을 높은 과학자료로 관리하게 된다. 또한 이러한 PDS4 표준 준수여부를 검증함으로써 KPLO 이후 우리나라에서 수행하게 될 미래의 우주탐사 과학임무로부터 획득될 과학자료도 저장, 공개를 할 수 있도록 KPDS는 범용성을 고려하여 개발하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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