한국천문연구원, 인공위성 비행역학 시스템 핵심기술을 이전한다
한국천문연구원, 인공위성 비행역학 시스템 핵심기술을 이전한다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.12.26 23:35
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한국천문연구원(이하 천문연)이 독자 개발한 인공위성 궤도 결정 및 예측, 조정 핵심 알고리즘을 포함한 인공위성 비행역학 시스템을 한화시스템에 기술이전했습니다.

이전된 기술은 광학, 레이더, 무선 주파수(RF), GPS 등 지상 및 우주 관측 시스템의 추적 데이터를 사용해 인공위성의 초기 궤도를 결정하고, 미래 시점의 궤도를 예측 및 조정하는 통합 시스템인데요. 인공위성을 관제하고 임무를 수행하기 위해서는 인공위성의 정확한 위치를 파악해 궤도를 예측하고 조정 계획을 수립하는 것이 중요합니다. 특히 SAR[1] 위성과 같은 인공위성 탑재체 데이터를 지상에서 처리하기 위해서 정밀한 궤도 정보가 필수적입니다.

[1] SAR(합성개구레이더, Synthetic Aperture Radar)은 전파를 공중에서 지상으로 쏜 뒤 반사된 신호를 합성해 영상으로 만드는 기술이다. 가시광선이 아닌 레이더를 이용하기 때문에 주·야간 및 악천후에도 관측이 가능해 지구 관측, 군용 정찰위성 등에 활용되고 있다.

 

천문연의 인공위성 비행역학 시스템은 2018년 중국 톈궁 1호의 추락 상황과 2021년과 2022년 중국 창정 로켓 잔해의 지구 추락 등 인공우주물체의 재진입 시에 지구 추락 지점 및 시간을 정확히 예측한 바 있습니다. 특히, 올해 미 캘리포니아 반덴버그 우주군기지에서 열린 글로벌센티널2022(미 우주군 주관 우주상황인식 훈련)에도 천문연은 우리나라 공군과 함께 참여했었는데요. 25개 참가국 중 미국 외 유일하게 독자적인 비행역학 시스템 모델을 선보였습니다. 당시 이 시스템은 미 우주군 및 미국 항공우주국(NASA)의 공동 대응팀으로부터 시스템 정밀도 관련 협력 제안을 받았습니다. 또한 우리나라 우주위험대비기본계획에 따라 우주물체의 추락과 충돌 위험에 대응하기 위한 국가적 임무 수행을 위해 천문연에서‘카시오페이아(KASI’s Orbit Prediction & Estimation, Integrated Analysis System)’시스템으로도 사용 중입니다. 

천문연이 개발한 인공위성 비행역학 시스템 카시오페이아 이미지. 출철 : 한국천문연구원
천문연이 개발한 인공위성 비행역학 시스템 카시오페이아 이미지. 출철 : 한국천문연구원

한화시스템은 독자 SAR 위성을 개발하고 운용하기 위해 천문연의 인공위성 비행역학 시스템을 지상국 시스템 개발에 적용할 예정입니다.

 

인공위성 비행역학 시스템을 개발한 천문연 최은정 박사는 “이번 기술이전으로 한화시스템과의 협력을 지속하며 우주 개발 기술 역량을 강화하며 민간 주도 우주산업 발전에 기여할 것”이라 밝혔습니다. 한화시스템 관계자에 따르면 “고성능 SAR 위성의 관제를 위해 정밀한 비행역학시스템이 필요한 만큼, 다수 사례에서 검증된 천문연의 비행역학시스템은 한화시스템에서 자체개발하는 고해상도 SAR 위성의 성공적인 임무 수행에 큰 도움이 될 것”이라 전했습니다.

 

카시오페이아(KASIOPEIA, KASI’s space object Orbit Prediction, Estimation, Integrated Analysis System)이란?

카시오페이아는 천문연 관측장비를 연동해 인공우주물체 궤도 결정, 예측 및 추락, 충돌 위험 통합분석 시스템으로 천문연이 자체 개발했습니다. 광학, 레이더, RF, GPS 신호를 분석해 인공위성의 초기궤도를 결정하고, 이를 통해 궤도를 결정·예측하여 우주물체의 추락 및 충돌 위험을 예상하는 우주감시 토탈 솔루션을 제공하는데요. 이번에 이전된 기술은 카시오페이아의 핵심입니다. 

 

카시오페아 시스템은 인공위성의 궤도를 초기궤도결정(Initial Orbit Determination, IOD)[2], 궤도결정(Orbit Determination, OD)[3], 궤도전파(Orbit Propagation)[4] 순으로 결정하고 예측합니다.

[2] 초기궤도결정(Initial Orbit Determination, IOD) : 최소한의 관측자료를 이용해서 궤도의 초기값을 결정한다.

[3] 궤도결정(Orbit Determination, OD) : 초기궤도로 계산한 관측치와 실제 추적한 인공위성의 관측치의 차이가 최소화될때까지 반복 계산함으로써 특정 시각에서 실제의 궤도에 가장 가까운 궤도요소를 결정한다.

[4] 궤도전파(Orbit Propagation) : 현재 궤도 특성을 감안한 미래 시각에서의 궤도를 예측한다.


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