저궤도위성의 프로그램 운영의 목적에 따라위성의 탑재체를 외부에서 개발하여 위성 버스에 장착하게 된다. 이때 탑재체의 원격텔레메트리 시스템이 위성버스시스템에 설계된 기존 원격텔레메트리 형태에서 벗어난 새로운 형태를 가질 경우, 기존 원격텔레메트리 시스템에 이를 쉽게 반영하기 힘들었으며, 위성 전체 원격텔레메트리 운영 구조가 기형적인 형태를 가지게 되었다. 즉, 기존 원격텔레메트리 구조와 변경된 구조가 동식에 존재하면서 위성 시험 및 관리, 탑재소프트웨어 개발 면에서 여러 가지 어려움이 제기되었다. 따라서 탑재체의 원격텔레메트리 시스템의 변경에 유연하게 대응할 수 있는 원격텔레메트리 시스템 개발이 필요하다. 또한 저궤도위성의 성능이 고도화됨에 따라 텔레메트리 데이터가 크게 증가하여기존의 텔레메트리 운용 시스템에서는 이들을 효과적으로 수용할 수 없었다. 원격텔레메트리를 전송하는 단위가 고정된 그리드 (Grid) 구조인 텔레메트리전송 체계는 설계상의 오류 발생 가능성이 크며 설계가 진행됨에 따라 새로운 텔레메트리를 전송받기 위해 그리드 전체를 변경해야 했다. 그리드 방식에서는 Dump 데이터의 운용 역시 많은 제한을 받았다. 이러한 약점을 보완하기위해 최근 유럽에서 인공위성의 텔레메트리 운용에 이용하고 있는PUS (Packet Utilization Standard) 개념을 검토하여 차세대 저궤도위성의 데이터 처리에 이용하고자 한다. 이 개념을 바탕으로 기존 위성 텔레메트리 시스템에서는 제한적으로 사용되었던 Dump 데이터 전송 및 Event 운용을 위성상태데이터와 별도로 운영 할 수 있게 설계 하였고, 대량의 위성상태데이터를 효율적으로 운영할 수 있도록 Packet 단위의 위성텔레메트리 시스템을 설계하였다.
저궤도 인공위성에서 배터리는 태양전지 배열기에서 생성된 전력을 저장하여 탑재체 구동과 식구간 위성의 동작 유지를 위하여 사용된다. 최근 상용 배터리 시장에서도 리튬이온 배터리의 보급이 많이 이루진거와 마찬가지로 인공위성에서도 리튬이온 배터리의 사용이 보편화 되는 추세이다. 리튬이온 배터리가 기존에 인공위성에서 사용되던 니켈카드늄이나 니켈수소 배터리에 비하여 자연 방전량이 적다고는 하지만 이 또한 존재하며, 초기 위성 발사시 태양전지 배열기의 전개를 통한 전력 생산이 이루어질 때까지 위성의 동작을 보장하고 임수종료까지 에너지를 충방전 할 수 있는 상태를 유지하여야 하므로 위성 발사 전까지 배터리의 상태를 최적으로 유지해야 함은 필수적이다. 본 연구에서는 저궤도 인공위성의 발사 전까지 배터리의 상태를 최적화 하기위한 배터리 운용에 관하여 기술하며, 배터리 상태에 대한 실측 데이터를 제시하여 배터리의 정상상태를 검증하였다.
톤 방식을 사용하는 저궤도 위성 거리 측정에서 링크 잡음과 도플러 영향을 분석하고, 다목적 실용위성과 거리측정 시스템에 적합한 거리 측정 검출부의 운용 잡음 대역폭을 제안하였다. 저궤도 위성의 운동 특성을 통한 궤도 파라미터별 영향과 거리 측정 신호의 신호대 잡음 스펙트럼 밀도를 구하여 잡음과 도플러의 영향을 분석하였다. 위성 링크 잡음의 영향은 거리 신호 검출부 PLL 대역폭이 낮을수록 작으나, 도플러에 의한 영향은 PLL 대역폭이 클수록 작아진다. 다목적 실용위성의 거리 측정 시스템에서 적용하여 측정한 결과와 위성 궤도 특성을 모델링하여 모의 실험한 거리 측정 시스템의 분석 결과를 통하여 저궤도 위성의 거리 측정에 대한 도플러와 잡음의 영향 분석에 대한 타당성을 확인하였다.
인공위성의 열제어는 인공위성이 운용궤도상에서 겪는 고진공, 극한의 온도변화 환경에서 위성 구성품의 온도변화를 허용한계 온도 범위 내에서 유지하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 저궤도 관측위성(LEO)의 광학탑재체에 대한 열해석 과정으로 열진공 시험 조건, 열진공 챔버의 형상, 위성 탑재체 내부의 열적 환경을 고려하여 열해석 모델을 구성하고 궤도 조건에 따른 열해석을 수행하였다. 또한 광학탑재체의 지상 열진공 시험 조건에 따른 열해석 수행하여 열진공 시험을 위한 시험조건을 정립하였다.
저궤도 관측 위성은 정지궤도 위성과 달리 지상에서 위성과 접촉할 수 있는 시간이 제한적이다. 따라서 위성에 문제가 나타날 경우 이에 대처하기가 더욱 어려워 진다. 이에 대해 이벤트 로그기능을 이용할 경우 위성에서 발생하는 모든 사건들을 저장하여 지상에서 파악할 수 있으므로 현위성의 상태를 파악하여 특정 문제의 사전 대비가 가능해 진다. 본 논문에서는 현재 개발중인 저궤도 관측 위성에서 사용될 이벤트 로그 기능 및 운영에 대해 소개한다.
최근 위성을 이용한 고속 멀티미디어 서비스 시대가 도래함에 따라, 저궤도 위성통신에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 저궤도 위성통신 채널에서 고속 멀티미디어 서비스를 지원하기 위해서는 매우 우수한 성능의 오류정정부호가 요구된다. 1993년 Berrou등에 의해 발표된 터보부호는 Shannon 한계에 근접하는 우수한 성능을 나타냄으로써 현재 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 저궤도 위성통신 채널을 모델링하고 이에 의해 발생된 각 지역별 전파환경과 앙각의 변화에 따른 페이딩 특성을 분석한다. 그리고 저궤도 위성통신 채널에서 터보부호의 성능을 시뮬레이션하고 기존의 길쌈부호의 성능과 비교 분석하였다. Globalstar의 궤도 파라미터를 이용하여 모델링한 저궤도 위성통신 채널에서 터보부호는 기존의 길쌈부호와 비교하여 각 전파환경과 앙각의 변화에 대해서 약 1.0~2.2dB의 부호화 이득을 더 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 분석된 결과는 각 전파환경별로 앙각의 변화에 따라 나타나는 이득의 차이에 대한 원인과 부호의 종류에 따른 성능을 분석함으로써 향후 시스템별 환경에 따른 부호의 선정에 도움이 될 수 있도록 하였다.
본 논문은 다가올 사회에서 구현될 사이버 리얼리티(Cyber Reality)와 전송시스템인 Multimedia Networks 중에서 저궤도 위성망과의 연계된 전송 시스템 설계에 관한 연구이다. 먼저 관련연구로서 사이버 리얼리티의 의미와, 이것을 실행하기 위해 필요한 기초적 지식으로써 가상현실, 멀티미디어 콘텐츠 제작을 위한 기술과 전송을 위한 이미지 압축 표준 동향, 그리고 멀티미디어 네트웍에서 저궤도 위성망과 관련된 부분에 관한 연구를 한다. 다음으로 사용자에게 사이버 리얼리티를 실행하기 위해서는 검증되고 구축된 멀티미디어 콘텐츠를 실시간 쌍방향 전송하여야 하는데, 이를 구현하기 위해 저궤도 위성망을 이용할 때 연계하여 사용 할 수 있는 초고속 인터넷을 통한 방법, 유무선 ATM망과 연계된 방법, 그리고 PSTN망과 연계된 방법, 그리고 이들을 실제적으로 응용 할 수 있는 이동 단말기와 가정 및 사무실에서 구현 할 수 있는 방법들에 대한 연구 모델들을 제시하고, 그러한 시스템을 설계해 봄으로써 다가올 사회에서 구현될 사이버 리얼리티의 연구에 밑거름이 되고자 한다.
본 논문은 위성간 링크를 이용하여 저궤도 위성망을 구성할 때 발생하는 링크 할당 문제를 효율적으로 풀기 위한 기법을 제안한다. 제안된 기법은 먼저 위성 궤도 운동의 주기성에 기반하여 저 궤도 위성망을 유한 상태기계로 모델링한 후에, 유한 상태기계의 각 상태에서 최적의 링크 할당을 구하기 위해서 조합형 최적화 문제에 많이 쓰이는 시뮬레이티드 어닐링을 이용한다. 제안된 기법의 잇점은 저궤도 위성망을 유한 상태기계로 모델링함으로써 동적인 움직임을 보이는 저궤도 위성망에서의 링크할당 문제를 고정된 위상을 가지는 망에서의 링크할당 문제로 단순화 시키고 이를 토대로 최적화 기법을 적용할 수 있다는 것이다. 시뮬레이티드 어닐링에 의하여 최적화된 링크할당의 성능은 정규링크 할당과의 비교.분석을 통해서 평가된다. 또한, 각 링크할당에 대하여 정적경로배정과 동적경로배정 기법이 적용된다. 시뮬레이션을 통한 실험결과는 정적경로배정을 적용한 최적링크할당 기법이 음성호의 봉쇄확률 측면에서 최고의 성능을 보임을 알려준다.
저궤도 위성은 고도가 낮아 하루에도 지구주위를 여러 번 회전해야 하고 주로 극궤도로 운영되므로 지상국과 접촉할 수 있는 시간에 상당한 제약을 가진다. 따라서 저궤도 위성의 경우 대부분의 시간을 지상의 모니터링이나 제어 없이 스스로 임무수행에 필요한 기능을 유지하면서 위성에서 생성되는 각종 데이터를 저장해 두었다가 다음 번 지상과의 접촉에서 위성의 실시간 상태정보 및 저장된 데이터들을 지상으로 송신하고 수행해야 할 임무를 지상명령으로 수신하는 과정을 통해서 운명된다. 본 논문은 국내 대표적인 저궤도 위성인 다목적실용위성 2호의 비행소프트웨어에서 위성의 실시간 상태정보 및 대용량 메모리에 저장된 데이터를 지상으로 전송하기 위한 전송제어 소프트웨어 및 전송 제어절차에 대해서 서술하였다.
약 20년 전 세상의 이목을 끌었다가 무너진 꿈으로 남아있는 위성벤처 1.0. 즉 텔레데식, 이리디움 등으로 대표되던 대규모 저궤도 위성군(Big LEO) 통신시스템이 다시 추진되고 있다. 이른바 위성벤처 2.0으로 불리우는 스페이스엑스(Space Exploration Technologies: SpaceX). 원웹(OneWeb), 리오셋(Leosat) 등의 저궤도 위성군 통신시스템의 경쟁적 재등장이다. 이 배경에는 인터넷 업체인 구글(Google)과 페이스북(Facebook)이 관련되어 있다. 이미 과거의 경험이 있는 상황이기 때문에 성공가능성에 대한 기대가 상당히 크지만 회의론도 만만치 않다. 이들의 등장배경과 각 시스템의 기술적 제안, 비지니스 모델, 그리고 네트워크 구축 및 운용경비 절감을 위한 각각의 전략적 접근에 대해서 간략히 알아본다. 기존 이리디움이나 글로벌스타도 1세대 위성수명이 다하여 이제 2세대 위성군으로 업그레이드된 상태이라 신구 시스템 간의 차별적 경쟁도 이제 피할 수 없게 되었다. 신규제안 시스템의 성공적 안착을 위한 고려사항과 이러한 흐름에 대한 우리나라의 대응도 살펴보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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