아리랑위성 2호는 2006년에 발사되어 정상 운영 중이다. 아리랑 위성 5호와 아리랑위성 3호는 각각 2010년과 2011년에 발사될 예정이다. 아리랑위성 2호의 운영시스템은 하나의 위성을 운영하는 개념에 따라서 개발되었다. 그러나 아리랑위성 3호 운영시스템과 아리랑위성 5호 운영시스템은 다중위성운영 개념을 도입하여 개발되고 있다. 다중위성운영 개념이란 (1) 임무를 준비하고 수행하기 위해서 충분한 임무 요소, 시설 요소, 인원 및 운영절차를 확보한다. (2) 각각의 운영시스템은 독자적인 임무 요소, 시설 요소, 인원 및 절차를 소유하나 하위 상세 부분들은 다른 운영시스템과 공유된다. 다중위성운영의 경우에 장비, 서브시스템, 운영절차 등이 다를 수 있고, 독자적인 운영시스템 구성이기 때문에 운영이 복잡하고 운영비용이 많이 든다. 이 논문에서는 이러한 점을 개선시키기 위해서 다중임무운영 설계개념을 제시한다. 다중임무운영 개념은 (1) 임무를 준비하고 수행하기 위해서 최근 수정 및 변경된 임무 요소, 시설 요소, 인원 및 운영절차를 확보한다. (2) 최근 수정 및 변경된 임무 요소, 시설 요소, 인원 및 운영 절차는 이전 개발된 운영시스템이 수행하는 기능을 지원한다. 이러한 개념의 다중임무운영은 비슷한 임무와 기능을 가진 위성들이 같은 운영자와 조직에 의해서 운영될 때 잘 적용될 수 있다. 다중임무운영시스템은 각각의 임무에만 사용되는 모듈과 다른 임무와 공통으로 사용되는 모듈로 구성된다. 이러한 개념에 따라서 운영시스템을 개발하면 개발하기 위한 시간과 예산을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 발사 이후 운영의 편리, 운영인력의 효율적인 활용 및 유지보수의 편리성으로 인해서 운영 상황이 크게 개선된다.
위성의 임무운영팀 조직은 운영되는 위성의 개수,탑재체 운영지원의 여부,임무운영센터 내에서의 안테나 운영 여부, 지상시스템 자동화 정도 및 임무운영에 대한 기술지원 기능 여부에 따라서 다양한 구성이 존재할 수 있다. 위성운영 업무를 담당하는 운영조직의 구성이나 기능은 임무운영의 복잡도에 따라 약간씩 차이가 있으나 대부분의 위성운영센터는 단일 또는 복합 임무운영 지원을 위해 유사한 조직 구성을 갖는다. 항우연 임무운영센터는 아리랑위성1호 발사(1999년 12월 21일)이후 임무운영팀의 업무를 시작한 이래, 아리랑 위성 2호, 아리랑위성 3호와 5호 및 통신해양기상위성에 대한 다중임무운영의 개념으로 진화하고 있다. 본 동향에서는 본격적인 다중임무운영에 앞서 체계적인 임무운영센터의 조직을 구성하고자 해외 선진 임무운영 개념에 대한 권고사항과 실제 적용되고 있는 사례를 살펴본 후, 항우연 임무운영센터의 현재 현황과 비교분석함으로써 조직 운영의 적합성과 향후 발전방향에 대해서 살펴보고자 한다.
저궤도 위성을 포함한 다양한 위성의 궁극적인 운영목표는 촬영된 위성영상을 사용자들에게 정확하게 전달하는 데에 있다. 특히, 저궤도 광학 및 레이다 위성을 통해 획득한 지구관측영상은 매우 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 우주산업분야에서 매우 큰 축을 담당하고 있다. 특별히, 사용자 요청부터 영상배포까지의 소요시간은 위성영상 활용가치의 주요 단위이며, 배포소요시간의 단축을 위하여 다양한 기술들이 지상국 시스템에 적용되고 있다. 본 논문에서는 획득영상 주문 배포의 시간을 단축시킬 수 있도록 한국항공우주연구원에서 구축한 주문관리시스템과 데이터시스템사이의 효과적인 인터페이스를 소개한다.
방송 통신, 지구관측, 기상관측, 해양관측, 그리고 항행 등 서로 다른 임무를 가지고 있는 위성들을 통합 운영하는 것은 보안에 취약하다. 현재 구성된 지상국 네트워크의 문제점은 시험 환경을 구축하여 분석하였다. 이를 바탕으로 하나의 지상국에 의해서 여려 개의 위성을 운영할 수 있는 네트워크를 설계하였다. 또한, 국내외 지상국과의 인터페이스 및 네트워크 구성방안을 제안하였다. 국내외 지상국과 연동하는 네트워크는 국가과학기술연구망과 글로벌과학기술협업연구망으로 구성하였다. 내부 네트워크는 방화벽, 가상사설망, DMZ, 1-way USB 등으로 구성하였다. 제안된 방법으로 네트워크를 구축하면 바이러스 유입 및 감염 등 유해 데이터를 차단할 수 있다.
우주개발진흥 기본계획에 따르면 2031년까지 110여 기의 위성이 운영될 것으로 예상되며, 이에 따라 기존의 소수의 다중위성 운영과는 다른 군집위성 운영을 위한 운영개념과 기술이 필요하다. 효율적인 군집위성 운영을 위해 임무운영시스템의 자동화 및 최적화가 필수적이며, 국내에서도 군집위성 운영을 위한 준비가 시급하다. 본 논문에서는 효율적인 군집위성 운영을 위해 자동화 및 최적화를 적용한 임무운영시스템 발전방향 및 추진전략을 제안하였으며, 임무운영시스템의 자동화 수준 및 우선순위 평가를 위한 프레임워크를 개발하여 자동화를 우선적으로 적용하여야 하는 업무를 식별하였다.
본 논문에서는 각각 독립적으로 설계된 태양동기궤도 위성에 위성군 개념을 적용하여 다중 위성의 효율적인 운영에 대한 방법론을 제시한다. 이를 위해 태양동기궤도 설계 관점을 단순히 지방시나 태양동기성을 유지하는 것에 국한하지 않고, 지상국과 영상목표물의 교신 및 관측시간등을 고려하여 위성운영의 효율성을 높이고자 한다. 위성의 효율적인 운영을 위해 위성과 단일 목표물을 고려한 새로운 운영요소(Operation Parameter)를 정의하고, 이를 이용하여 위성의 운영효율성을 판단할 수 있는 운영효율성 지표(Figure of Merit)를 정의한다. 상용 소프트웨어인 MATLAB과 STK의 연동을 통해 비선형 시뮬레이션 기반의 수치최적화 기법을 적용하여 사용자의 요구사항을 만족하는 임무궤도를 재설계함으로써 본 연구의 적용가능성을 확인하였다.
다목적실용위성 2호 (KOMPSAT-2)의 상용화로 인한 국내외 사용자의 요구사항에 부합하는 고품질 위성자료의 처리를 위한 수신과 제품을 생성하기 위한 처리시스템의 기술적인 진보와 해외 위성 직수신 시스템과 연계된 운용을 위해 체계화된 플랫폼의 구성이 요구되고 있다. 더불어 다목적실용위성 3호 및 5호 등 기 개발 중이거나 개발될 시스템의 유사기능의 중복개발 방지와 원활한 시스템 운영을 위해 통합 자료처리 시스템의 필요성이 절실한 때이다. 이에 본 논문에서는 이미 운용중인 다목적실용위성 2호의 자료처리 시스템을 기반으로 하여 향후 다목적실용위성 시리즈의 상용화를 고려해 통합자료처리 시스템의 개념적 설계를 수행해 보았다.
현대 사회는 4차 산업혁명으로 패러다임이 변화하고 있으며, 이러한 변화에서 사람과 사물의 융합과 연결을 선도하는 공간정보의 중요성은 나날이 증가하고 있다. GNSS 상시관측소는 국가적인 인프라로써 공간정보의 기초가 되는 측량기준점, 지도제작 등과 이와 관련된 산업분야 및 연구를 위한 기초자료를 제공하고 있다. 한편, 위성측량 기술은 빠르게 발전하고 있어 위성측량 인프라에 대한 고도화 방안 마련이 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 국내외 상시관측소 운영 현황 조사 및 분석을 수행하여 위성측량 인프라에 대한 개선방안을 제시하고자 하였다. 연구를 통해 우리나라와 IGS 상시관측소의 수신기, 제조사, 이용가능 위성군 등이 파악되었으며, 현황 분석을 통해 우리나라의 다중 위성군 이용 가능 상시관측소 비율이 IGS보다 낮음을 알 수 있었다. 다중 위성군의 활용은 측위 성능을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 향후 다중 위성군을 활용할 수 있도록 상시관측소의 고도화가 필요하다. 위성측량 인프라의 고도화는 위성측량 서비스 및 관련 연구 등 다양한 분야에서 개선된 측위성능을 제공할 수 있기 때문에 우리나라의 측위 관련 기술 선진화에 크게 기여할 것이다.
다수의 저궤도 위성을 운영하는 경우, 위성별 운영 궤도에 의해서 지리적으로 고정된 하나의 지상국은 2개 이상의 위성과 통신을 해야 하는 상황이 발생된다. 일반적으로 위성에서 관측된 영상 데이터를 수신 및 처리하는 시스템은 위성별로 다를 뿐만 아니라, 1:1 백업 구성을 함으로써 지상 수신 안테나가 한정되어 설치된 지상국에서는 위성의 수가 많아질수록 데이터 전달을 위한 안테나에서 영상 수신 처리 시스템 간의 접속 설계가 복잡해지는 문제가 발생된다. 본 논문에서는 2개의 위성에 대해 동시 운영이 가능하며, 위성별 영상데이터 저장장치를 연결함으로써 확장이 가능한 매트릭스 구조의 수신 채널 구현 내용이 작성되어 있다. 구현된 수신 채널은 다목적실용위성 3호 발사 이후에 운영 검증을 완료하였으며, 확장 기능을 통해 추후 발사될 5호와 3A호에 대해서도 적용할 예정이다.
GPS의 도입과 함께 위성항법시스템과 관련된 많은 연구들이 수행되었으며 이를 통해 위성항법시스템을 이용한 위치 결정의 활용성이 충분히 제시되었다. 하지만 대부분의 연구가 정확도 부분에 초점을 맞추고 있으며 현재 빠르게 발전하고 있는 위성항법시스템과 관련 국가 인프라에 대한 분석적 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 현재 다중 위성항법 시스템과 국토지리정보원의 위성기준점의 현황을 파악하고, 실험을 통해 측위성능 향상을 위한 위성측량 인프라 고도화의 방향과 이에 따른 기대효과를 제시하고자 하였다. 연구를 통해 GPS, GLONASS 뿐만 아니라 Galileo, COMPASS, QZSS 등 다중 위성항법시스템이 측량에 적용할 수 있을 정도로 운영되고 있음을 알 수 있었다. 또한 기존 GPS와 GLONASS만을 이용한 VRS 서비스와 다중 위성항법 시스템을 활용하는 경우의 비교를 통해 가용 위성 수, 정밀도, PDOP 등 다중 위성항법시스템 활용에 대한 정량적인 개선점을 제시하고, 위성측량 인프라 고도화를 위해 우선적으로 고려해야할 사항들을 도출하였다. 향후 VRS에서 다중 위성항법 서비스가 가능해 진다면 도심에서 GNSS 측량 요구가 증가하고 있는 현재 대민서비스 만족도를 크게 재고할 것이며, 측량 인프라 선진화에 크게 기여할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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