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항공우주산업기술동향 15권2호 (2017) pp. 118~127

http://library.kari.re.kr

에서 보실 수 있습니다.

기술동향

심우주 기후관측 위성(DSCOVR)의 특징

명환춘*

Introduction to Deep Space Climate Observatory Satellite

Hwan-chun Myung*

ABSTRACT

In general, the low-earth orbit(LEO) and the geostationary-earth orbit(GEO) only are used for

the meteorological satellites and only the information measured in those orbits is applied to the

weather/climate forecast. Recently, much more attention is paid to the deep space environment

beyond LEO and GEO, for the complementary observation. In 2015, DSCOVR(Deep Space

Climate Observatory) was launched into the L1 point with the three types of instruments: Earth

imager/radiometer, and space weather instruments. The paper is focused on discrimination from

the LEO/GEO meteorological satellite, so that its main features from the orbit difference as well

as the different types of instrument are explained in terms of the exclusively complementary

information.

초 록

일반적으로 기상 및 기후관측 위성은 지구의 저궤도와 정지궤도에서만 관측을 수행하는 것으

로 지금까지는 한정되어져 왔고, 관측 영상의 활용 또한 이들 제한된 궤도들에서 얻어진 자료만

을 바탕으로 이루어져 왔다. 그러나, 최근에는 이러한 저궤도와 정지궤도를 벗어나서, 심우주용

기후관측 위성에 대한 개발과 연구가 활발히 진행되고 있다. 2015년에 발사되어진 DSCOVR위성

은 L1 라그랑주 지점에서 지구와 우주의 기상과 기후를 관측하기 위한 목적으로 개발되었으며,

특히, L1 라그랑주 지점에서의 지구기상관측 영상 탑재체는 심우주에서의 지구기상관측에 대한

새로운 가능성을 제시하였다. 이외에도 지구의 복사량과 우주기상을 관측하기 위한 탑재체들도

함께 장착되어 운용되고 있다. 본 논문에서는 저궤도 및 정지궤도용 기상위성들과의 시너지 효

과를 최대화하기 위한, 심우주 기후관측 위성의 특성을 궤도적인 관점과 관측 탑재체의 관점에

서 설명하고, 구체적인 개발요구사항들을 소개한다.

Key Words : Lagrange point(라그랑주 지점), Climate monitoring(기후관측), payload(탑재체)

* 명환춘, 한국항공우주연구원, 위성연구본부 정지궤도복합위성 체계팀

mhc@kari.re.kr

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1. 서론

현재 운용되고 있는 대부분의 기상위성들은

지구 주변의 저궤도와 정지궤도에서 관측을 수

행하도록 개발되었다. 저궤도에서는 지구 전체

의 기상을 관측할 수 있는 반면에, 일정한 곳을

지속적으로 관측하기 어려운 단점이 있고, 정지

궤도에서는 지구의 자전과 동일하게 회전하면

서 지구의 일정한 곳을 지속적으로 관측할 수는

있지만, 반대로 지구의 전체 기상을 관측할 수

없다는 어려움을 내포하고 있다. 이러한 각각의

단점을 최소화하고 장점들을 극대화할 수 있는

궤도로서 최근에는 L1 라그랑주 지점에 대한 연

구가 활발히 진행되고 있다[1]. L1 라그랑주 지

점은 지구와 태양간에 위치한 우주 공간으로서,

해당 궤도는 지구의 공전주기와 동일하게 태양

을 회전한다. 이러한 특징은 지구의 자전에 따

른 기상관측을 가능하게 함으로써, 하루에 한

번 지구 전체의 기상관측을 가능하게 할 뿐만

아니라, 정지궤도에서와 유사하게 일정 기간 동

안 지구의 상시관측 또한 모사할 수도 있다.

1994년에 태양풍 관측을 주목적으로 미국의

WIND 위성이 L1 라그랑주 지점으로 발사된 이

후로, 1995년에는 유럽의 SOHO 위성이 태양의

코로나를 관측하기 위하여 발사되었고, 1997년

에는 포괄적인 우주기상관측을 위하여 다양한

관측 탑재체를 장착한 미국의 ACE 위성이 발

사되었다. 1998년, 미국에서는 ACE 위성의 후속

으로 최초로 L1 라그랑주 궤도용 지구관측 영상

탑재체를 장착한 Triana 위성개발에 착수하였

고, 2002년에 발사를 목표로 하였지만, 발사의

지속된 연기와 이후의 관련 관측 임무 폐지 등

으로 인하여 Triana 위성은 2008년까지 저장모

드로 관리가 유지되어 왔다. 2009년에서야 다시

위성의 이름을 DSCOVR(Deep Space Climate

Observatory)로 변경한 이후, 2015년 2월에 L1

라그랑주 지점을 향하여 마침내 DSCOVR 위성

이 성공적으로 발사되었다. DSCOVR 위성에는

모두 네 가지 종류의 탑재체들이 장착되어 있는

데, 지구의 영상과 반사광 관측을 목적으로 하

는 EPIC(Earth Polych- romatic Imaging

Camera)과

NISTAR(National

Institute

Standards and Technology Advan- ced

Radiometer), 자기장/태양풍 등의 우주기상관측

을 위한 PlasMag(Plasma Magnetometer), 우주에

서의 고에너지 입자 관측을 위한 PHA(Pulse

Height Analyzer) 등이다. 이중에서 PlasMag 탑

재체는 태양풍 관측을 위한 Faraday Cup, 자기

장 관측을 위한 fluxgate vector magnetometer,

전자분포 관측을 위한 electron electrostatic

analyzer(electron spectrometer)등 으로 구성되

었다. 탑재체들의 용도를 통해서도 알 수 있듯

이, DSCOVR 위성의 주요 임무는 L1 라그랑주

지점의 특성을 이용한 우주기상 및 지구관측이

다. 지구와 태양 사이에 위치한 L1 지점은 지구

에 대한 태양의 영향을 측정하고, 동시에 태양

빛에 반사되는 지구의 모습을 관측하기에 매우

유용하다.

본 논문에서는 첫 번째로 DSCOVR 위성의

개발요구 사항들을 임무관점에서 소개함으로써,

심우주 기후관측위성의 목적과 유용성을 이해할

수 있도록 하고자 하며, 둘째로 지구와 태양 주

변의 라그랑주 지점들을 설명하고 각 궤도들의

특성을 통하여 관측위성들의 다양한 활용 가능

성을 살펴본다. 여기에서는 모두 다섯 곳의 라그

랑주 지점들에 대하여 설명하고, 그에 따르는

다양한 여러 궤도적 특징들을 간략히 소개한다.

다음으로 탑재체들의 주요 규격과 특징들을 제

시하여 심우주 기후관측을 위한 탑재체들의 간

략한 설계조건들을 살펴보고, 마지막으로 지구

관측 영상 자료들의 특징을 통하여 기존의 기상

위성 탑재체들과의 상호 보완적 가능성을 실제

적으로 확인하고자 한다.

2. 임무 요구사항[2][3]

그림 1은 DSCOVR 위성의 L1 라그랑주 지점

과 지구 및 태양과의 거리적 특성을 보여 주고

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있다. 이러한 심우주(L1 라그랑주 지점)에서의

DSCOVR 위성의 임무는 지구관측과 태양/자기

장 등의 우주기상 관측과 같이 크게 두 가지로

나누어질 수 있다. 먼저, 심우주에서의 지구관측

은 기존의 저궤도와 정지궤도에서와는 달리 하

나의 위성으로 지구 전체의 모습을 보다 더 자

주 관측하는 것을 목적으로 하고 있다.

그림 1. L1 라그랑주 지점[3]

물론 이러한 목적은 여러 대의 위성을 동시에

활용하여 저궤도와 정지궤도에서 수행할 수도

있겠지만, DSCOVR 위성의 임무는 이러한 목적

을 단 한 대의 위성만을 이용하여 달성할 수 있

는 특징을 가진다. 그러나, 동시에 심우주에서의

지구관측은 정지궤도를 벗어나 매우 먼 거리에

서 지구를 관측하기 때문에, 관측의 대상은 높

은 영상의 해상도를 요구하지 않는 것으로 제한

될 수밖에 없다. 따라서, 심우주와 지구관측이라

는 두 가지 조건을 동시에 만족하기 위한 위성

의 임무는 광범위한 영역에서 지구의 기상/기후

에 영향을 미치는 요소들을 지구 전 범위에 걸

쳐서 높은 빈도수로 측정하는 것으로 규정할 수

있다. 이러한 심우주에서의 관측대상으로서, 지

구 오존층이 대표적으로 고려될 수 있다. 일반

적으로 지구 오존층의 관측 범위는 북극과 남극

에 집중되어 있기 때문에 저궤도 위성을 이용하

여 주로 관측되어져 왔다. 지구의 적도면에 위

치하고 있는 정지궤도 위성의 경우에는 지구 양

극단의 모습을 관측하기에는 관측 시야각의 한

계가 존재하기 때문에 양극의 오존층 관측에 있

어서 유용한 정보를 제공하기 어려운 반면에,

황도면에 위치할 수 있는 심우주 관측위성에서

는 여름과 겨울을 통하여 각각 북극과 남극의

오존층 관측 정보를 지속적으로 제공할 수 있는

이점을 가지고 있다. 특히, 이러한 오존층은 자

외선 영역의 반사광 관측을 통하여 유용한 정보

를 제공할 수 있기 때문에, 영상 탑재체가 자외

선 채널을 장착하는 것이 요구된다. 오존층과

함께 에어로졸도 매우 유용한 관측 대상이라고

할 수 있는데, 빈번한 관측을 통해서 에어로졸

의 확산과 변화를 보다 더 정밀하게 모델링하고

예측할 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 에어

로졸의 관측을 위해서는 자외선뿐만 아니라 가

시영역의 채널들도 함께 요구되며, 이러한 가시

영역의 채널들은 에어로졸 분석을 통하여 추가

적으로 전지구적 화산활동에 대한 감시에도 병

행하여 사용될 수 있다는 이점도 내포하고 있

다. 기상 및 기후관측과 관련하여, 심우주에서의

가시영역 관측은 또한 일반적인 기상위성과 마

찬가지로 구름과 수증기의 분포 등에 유용한 정

보를 제공할 수 있다. 특히, 동일한 영상 센서를

이용하여 전지구적 구름 분포를 빈번하게 관측

할 수 있다는 사실은 기존의 저궤도와 정지궤도

영상에만 의존해 왔던 기상 및 기후 예측 모델

에 있어서 많은 불확실성을 제거해 줄 수 있을

것이다. 심우주에서의 지구 관측은 비단 지구뿐

만 아니라, 지구를 겹쳐서 통과하는 달을 관측

할 수 있도록 하게 한다. 달의 관측은 지구에서

와는 반대로 항상 태양에 의해서 반사된 달의

뒷면이 심우주 위성에서 관측되게 되며, 이러한

특징은 달표면에 대한 직접적인 관측뿐만 아니

라 달의 반사광을 이용한 복사보정에도 매우 유

용하게 활용될 수 있다. 심우주 위성의 달을 이

용한 복사 보정 기능은 전지구적 관측 위성들에

공통적으로 유용한 보정 정보를 제공하는 기준

위성으로서의 역할도 가능할 수 있다는 점에서

또 다른 장점을 제공할 수 있다. 심우주에서의

지구관측과 관련하여 또 다른 주요 관측 대상으

로서 지구의 반사광(albedo)을 고려할 수 있다.

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지구 반사광의 계절적/연도별 변이에 대한 지속

적인 관측은 반사광에 대한 관측 정확도를 높일

수 있을 뿐만 아니라, 기존의 기후모델과의 비

교를 통하여 보다 더 정확한 기후모델 구축에

기여할 수 있을 것으로 예상된다. 특히, 근자외

선 영역과 가시영역에서의 반사광들의 보다 더

정확한 비교는 지구 생태계 및 빙하 등에 대한

영향과 함께 지구 기후 변화에 대한 유용한 지

표를 제공할 수 있다. 이상에서의 지구관측과

관련된 임무 요구사항들을 바탕으로 DSCOVR

위성은 다음과 같은 최소한의 임무 요구사항들

을 규정하였다.

⦁

오존/에어로졸/구름 분포/식생 분포 등을 10

개의 영상 채널을 이용하여 관측 수행

⦁

10개의 영상 채널은 RGB 채널을 포함하며,

최소 공간해상도는 12km로 규정

⦁

영상의 관측은 적어도 매 4시간마다 수행하

여 지구로 전송

⦁

지구 반사광의 관측을 위하여 0.2~100um

채널 영상을 제공하고, 관측정확도는 1.5%

이내로 규정

지구관측과 함께 DSCOVR위성은 우주기상관측

의 임무도 수행하도록 요구되고 있는데, 우주기

상관측을 위한 주요 대상으로는 태양풍과 관련

된 양성자/전자 등의 입자와 자기장 등이 고려

된다. 심우주 관측의 특성으로 인하여, 고정된

위치에서 위성을 중심으로 지구 반대편에 태양

이 위치하고 있기 때문에 태양과 지구를 동시에

임의의 시점에서 관측하는 것이 가능하다. 주된

관측 목적은 측정입자들과 자기장의 3차원 속도

분포를 도출하는 것으로써, 이러한 관측 정보들

은 태양폭발 등으로 인한 우주 기상의 변화를

빠른 시간 안에 감지할 수 있도록 활용될 수 있

다. 정지궤도 위성에 비하여 심우주 관측 위성

은 태양에 더 가깝게 위치하기 때문에, 이러한

태양폭발과 관련한 정보를 더 빠르게 파악할 수

있는 이점도 있다. 실제 DSCOVR 위성은 태양

폭발 감지 후 5분 이내에 관련 정보를 사용자에

게 배포할 수 있어야 한다는 점을 명확히 규정

하고 있다. 다음의 규정들은 DSCOVR 위성의 우

주기상관측 임무와 관련한 최소 임무 요구사항

들이다.

⦁ 0~100nT 범위의 행성간 자기장 벡터를

±1nT의 정확도를 가지고 측정

⦁ 200~1250km/s 범위의 태양풍 양성자 속도

를 20% 정확도를 가지고 측정

⦁ 1~100 particle/cm³ 범위의 태양풍 양성자

밀도를 20% 정확도를 가지고 측정

⦁ 40,000~2,000,000K 범위의 태양풍 양성자

온도를 20% 정확도를 가지고 측정

⦁ 자기장과 양성자 정보를 적어도 1분 이내

간격으로 측정

⦁ 관측 데이터가 적어도 5분 이내에 지구로

전송되어 데이터 후처리가 완료

3. 라그랑주 지점과 궤도의 특성

두 물체의 무게 중심을 중심으로 각각의 물

체들이 회전하는 경우에, 상대적으로 매우 가벼

운 제 3의 물체의 움직임에 대한 연구가 삼체문

제의 특수한 사례로 널리 연구되어져 왔다. 이러

한 문제는 특별히 태양과 지구의 회전 운동 중

에서 인공위성의 궤도 연구와 매우 직접적으로

연관되어 있다. 기본적으로 중력에 의한 인력이

태양과 지구에 의하여 위성에 작용하게 되고, 또

한 태양과 지구의 무게중심으로부터의 회전에

의한 원심력 역시 위성에 작용하여 최종적으로

위성의 움직임을 결정하게 된다. 이 때, 위성에

가해지는 외부의 힘들이 서로 상쇄되어 평형을

이루는 5개의 평행지점들이 발생하게 되는데,

이러한 지점들은 라그랑주 지점으로 정의되고

그림 2에서 이러한 5개의 라그랑주 지점들

(L1~L5)을 확인할 수 있다.

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그림 2. 회전하는 삼체계에서의

라그랑주 지점[4]

5개의 평형지점들 중에서 L1~L3 지점들은 불안

정 평형지점들이고, L2와 L4 지점들은 안정 평

형지점들이다. 따라서, L1~L3 지점들에서는 위

성의 궤도유지를 위한 별도의 조치가 필요한 반

면에, L2와 L4에서는 자연적으로 안정적인 궤도

를 지속적으로 유지할 수 있다.

위 그림 1에서와 같이 L1 지점은 지구로부

터 약 1.5백만km 정도 거리에 위치에 있으며,

위성이 L1 지점까지 도달하기 위해서는 약 3개

월의 시간이 필요하다. L1 지점은 지구와 태양

사이에 위치하고 있으며, L1지점에서 지구를

바라보게 되면 항상 태양에 의하여 반사되는

지구의 낮 영역만이 관측된다. 또한, L1 지점은

지구와 함께 태양과 지구의 무게 중심을 기준

으로 공전하게 되므로, 지구와 공전주기가 동

일하다. 지구를 중심으로 태양과 반대편으로

L1 지점과 동일한 거리에 L2 지점이 있는데,

이 지점은 L1과는 달리 항상 지구의 밤 영역만

을 관측 할 수 있다. 현재는 항상 동일한 방향

에서 입사되는 태양광의 일정한 엄폐효과를 이

용하여 심우주를 관측하기 위한 목적으로 우주

망원경 위성 등에서 활발히 활용되고 있다. 표

1은 L1과 L2 지점들에서의 위성활용 예를 보여

준다. 한편, 위성의 관점에서 불안정한 L1~L3

지점들을 활용하기 위해서는 해당 지점들에서

의 보다 더 안정적인 궤도의 이용이 궤도 유지

를 위한 비용적인 관점에서 매우 유용할 수 있

다. 그림 3의 위쪽은 이러한 라그랑주 지점들

을 중심으로 생성될 수 있는 위성의 궤도들을

황도면을 단면으로 해서 보여주고 있으며, 그

중에서 DSCOVR 위성의 궤도인 리샤쥬 궤도를

태양에서 L1 지점을 향하는 방향에서 확대하여

아래쪽에 나타내고 있다. 라그랑주 지점 주변

으로는 황도면에 수직 혹은 수평으로 분포하

는 Lyapunov궤도와 황도면에 기울어진 채로

원형에 가깝게 라그랑지 지점을 순환하는 Halo

궤도, 그리고, 가장 복잡한 형태로 궤도를 형성

하는 Lissajous궤도 등이 존재한다. 일반적으로

Halo궤도는 주기적인 궤도라는 장점을 가지고

있기는 하지만, 그림 3에서와 같이 라그랑지

지점을 중심으로 매우 넓게(≈10⁷km) 분포한다

는 특징을 동시에 가지고 있다. 일반적으로 표

1에서와 같이 L1 지점은 태양 관측을 위하여

주로 사용되는 궤도임을 알 수 있으며, 비주기

적으로 복잡한 Lissajous궤도보다는 라그랑지

지점을 주변으로 주기적으로 회전하는 Halo

궤도가 더 많이 이용되고 있음을 알 수 있다.

위성명

발사

연도

위성궤도

목적

ISEE-3

1978

L1-Halo

태양/우주환경

WIND

1994

L1-Halo

태양/우주환경

SOHO

1995

L1-Halo

태양/우주환경

ACE

1997

L1-Halo

태양/우주환경

WMAP

2001

L2-Lissa

jous

우주배경복사

GENSIS

2001

L1-Halo

태양/우주환경

PLANCK

2009

L2-Lissa

jous

우주배경복사

HERSCHEL

2009

L2-Lissa

jous

우주망원경

GAIA

2013

L2-Lissa

jous

우주망원경

DSCOVR

2015

L1-Lissa

jous

지구/우주환경

JWST

2018

(예정)

L2-Halo

우주망원경

표 1. L1과 L2지점에서의 위성활용[4]

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한편, L2 지점에서는 L1 지점과는 반대로 라그

랑지 지점을 더 가깝게(≈10⁵km) 회전하는

Lissajous 궤도가 우주 관측을 위한 목적으로

주로 사용되고 있다. DSCOVR 위성은 L1 지점

에 위치한 다른 위성들과는 달리 Lissajous 궤

도를 이용하여 지구를 관측하는 것으로 개발되

었다. Lissajous 궤도에서 지구를 관찰하는 경우

에도, L1 지점을 중심으로 황도면에서 상당히

떨어진 위치에서 지구를 관측할 수 있기 때문

에 지구의 북극과 남극의 모습을 관측하는데

있어서 기존의 정지궤도보다 훨씬 더 유용하게

작용할 수 있다.

그림 3. 라그랑주 지점에서의 위성궤도(위)와

Lissajous 궤도(아래)[5][6]

4. 탑재채의 개요

DSCOVR 위성은 크게 네 가지 종류의 탑재

체들을 장착하고 있는데, 그 중에서 EPIC과

NISTAR는 지구 관측을 위한 용도이고, 나머지

PlasMag와 PHA는 태양과 관련한 우주환경 관측

을 목적으로 하고 있다. 그림 4는 DSCOVR위성

과 장착된 네 가지 종류의 탑재체들을 보여주고

있다.

그림 4. DSCOVR 위성과 탑재체

(위: 지구지향, 아래: 태양지향)[7]

탑재체들의 용도에 맞게 EPIC과 NISTAR와 나머

지 탑재체들은 서로 상반된 방향들을 지향하도

록 배치되어 있으며, PlasMag는 각각 Faraday

cup, electron spectrometer, magnetometer 등으

로 기능별로 분산 배치되어 있고, PHA는 위성체

내부에 장착되어 있다. 지구 관측 탑재체 중의

하나인 EPIC은 미국의 UCSD와 LMATC에 의하

여 설계되고 제작되었으며, 지구의 오존 및 에어

로졸, 구름의 분포, 자외선 방사량 등을 관측하

는 것을 주된 목적으로 하고 있다. L1 궤도의 특

성으로 인하여 지구의 새벽부터 일몰까지의 약

165~178°사이의 태양광 반사영역을 항시 관측

할 수 있다. EPIC의 세부 설계규격은 다음의 표2

와 같다.

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라그랑주 궤도에서의 최초의 지구 관측 탑

재체인 EPIC은 특별히 시험 중에 망원부 내부

에서 상당한 양의 stray light의 존재가 확인되

었고, 이러한 오류를 보정하기 위하여 필터의

코팅 변경은 물론 광학부의 재설계가 수행되었

다. 또한, 이와 함께 여전히 내재적으로 잠재해

있는 stray light의 제거를 위하여, 별도의 영상

처리 알고리즘이 동시에 개발되었다. EPIC 탑

재체는 복사보정을 위하여 크게 두 가지 대상

의 복사량을 관측하는데, 하나는 지구의 북극

과 남극에 있는 빙하의 반사광이고, 또 다른

하나는 달 뒷면의 반사광이다. 이들 대상의 반

사광들은 특별히 라그랑지 지점의 Lissajous 궤

도에서의 궤도적 특성으로 인하여 유용하게 활

용할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 그림 5는

EPIC 탑재체의 외관과 광학부의 구조를 보여준

다.

그림 5. EPIC 탑재체의 구성

(위: 외관[3], 아래: 광학부[7])

DSCOVR 위성의 또 다른 지구관측 탑재체인

NISTAR는 태양광에 의한 지구 반사량은 물론

지구 자체의 적외선 복사량을 측정함으로써, 지

구 생태적 환경의 안정성 변화를 감지하는 것을

주된 목적으로 하고 있다. NIST와 Ball Aero-

space에서 탑재체 설계와 제작을 담당하였으며,

모두 4개(A,B,C,D)의 채널로 구성되었다. 이중에

서 D채널은 나머지 3채널들의 복사보정을 위한

목적으로 장착되었다. 표 3과 그림 6은 NISTAR

탑재체의 규격과 외관을 보여준다.

채널

10채널(317~779nm),

밴드폭: 0.8~3nm

FOV/IFOV

FOV:0.61°, IFOV:1.07arcsec

(지구: 0.45~0.53°)

검출기

픽셀수: 2048x2048, 픽셀크기: 15um

Fill Factor: 100%, f-number: 9.38

동작온도: -40°C, 동작클럭: 500kHz

냉각방식

수동 냉각 방식

소비전력

62W

데이터
분해능

12bits, 20 electron/bit

픽셀 해상도: 8km

광학부

Cassegrain 방식, 구경: 30.5cm

초점거리: 282cm

노출시간

2ms~1min

구동부

이중필터휠(아래그림), 셔터휠,

초점거리 조정

최소영상
관측주기

10~20초 이하

무게

63.2kg

SNR

250

표 2. EPIC 탑재체 설계 규격[8]

채널

채널 A: 지구의 UV-IR 복사량 관측

(0.2~100um)

채널 B: 지국의 UV-NIR 복사량 관측

(0.2~4um)

채널 C: 지구에서 반사된 적외선

태양광 관측(0.7~4um)

채널 D: 광학보정용(0.2~1,1um)

표 3. NISTAR 탑재체 설계 규격[8]

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그림 6. NISTAR 탑재체의 외관[3][8]

이외에도 DSCOVR위성은 태양과 주로 관련된

우주환경관측을 위한 다양한 소형 탑재체들을

장착하고 있는데, NASA의 GSFC와 MIT에 의하

여 주도적으로 개발되었다. 이중에서 Faraday

cup은 태양풍의 속도(168~1340km/s), 밀도

(0.22~219/㎤), 온도(3.9x10⁴~ 7.3x10⁷K)등을 측

정하여 양성자와 알파 입자의 3차원 분포를 생

성하는 것을 목적으로 하고 있으며, 0.5sec마다

반복적으로 해당 입자들을 2~20%의 정확도를

가지면서 관측할 수 있도록 설계되었다.

Faraday cup 탑재체의 FOV는 120도의 넓은 영

역을 포괄할 수 있도록 되어 있다. 이와 유사하

게, 전자의 3차원 분포를 위하여 0.8sec마다 전

자(5eV~1keV)의 속도와 밀도 등을 관측하는

electron static analyzer도 장착하고 있는데, 이

장비는 위성의 본체가 아닌 4m 길이의 boom의

끝단에 위치하여 위성과의 간섭을 피하면서 주

변의 전체 우주공간의 관측을 수행하도록 배치

되었다.

그림 7. 우주환경 탑재체의 외관[8][9]

(위/왼쪽: Faraday cup,

위/오른쪽:magnetometer,

아래/왼쪽:electron static analyzer,

아래/오른쪽: PHA)

magnetometer도 또한 위성의 영향을 피하기

위하여 boom의 중간에 위치하고 있으며, 0.004~

65,000nT 영역의 자기장 벡터를 20msec 간격으

로 측정하여 생성할 수 있도록 고안되었고, 측정

정확도는 0.5~0.9nT 정도이다. 마지막으로, PHA

탑재체의 목적은 위성의 전장부에 대한 고에너

지 입자들의 영향을 관측하는 것으로서, 고에너

지 입자들의 에너지/전하/질량 등을 관측하여

SEU(single event unit) 현상에 대한 체계적인 분

복사정확도

0.12%

FOV

1°

무게

25.5kg

126

명환춘 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 118~127

석을 가능하게 할 수 있다. 그림 7은 이러한 우

주환경 탑재체들의 외관을 보여준다.

5. 지국 관측 영상의 특징

DSCOVR위성의 우주환경 탑재체들은 기존의

ACE와 WIND위성의 우주환경 탑재체들의 임무

를 연속적으로 수행할 수 있다는 점에서 의미가

있는 반면에, 지구 관측 탑재체 중의 하나인

EPIC 탑재체의 영상은 기존의 저궤도 혹은 정지

궤도에서는 관측에 제한이 있었던 지구의 다양

한 영상들을 관측하여 지구로 전송하고 있다. 그

중에서도 가장 독특한 영상은 그림 8에서와 같

이 지구 자전의 모습을 실시간으로 관측한 모습

이다.

그림 8. EPIC 탑재체의 지구 연속 관측

(위->아래, 왼쪽 -> 오른쪽)

아프리카 및 아메리카 대륙들의 이동 모습을 통

하여 지구의 자전을 실시간으로 확인할 수 있음

을 알 수 있다. 특별히, 관측영상에서는 남아메

리카 대륙의 경우에 새벽부터 초저녁까지 낮 시

간 동안의 전체 모습이 지속적으로 관측되고 있

다. 또 다른 지구 관측의 특징으로는 달 뒷면의

관측과 극지방 전체의 실시간 관측을 언급할 수

있다. 그림 9(위쪽)에서 확인할 수 있는 바와 같

이 지구의 앞을 지나가는 달의 뒷모습이 선명하

게 관측되고 있다. 정지궤도에서도 물론 달을 관

측하는 것이 가능하지만, 그것은 달이 지구의 반

대편으로 돌아가는 경우에 한정되어 있으며, 그

렇기 때문에 지구에서 관측할 수 있는 것은 달

의 앞면만으로 한정되어 있을 수 밖에 없다. 또

한, EPIC 탑재체는 지구의 극지방 관측에 있어

서도 기존의 위성들로는 시간적/공간적 한계로

인하여 동시에 전체적인 모습을 관측할 수 없었

던 것들을 그림 9(아래)에서와 같이 보여주고 있

다.

그림 9. EPIC 탑재체의 달 뒷면(위)과

극지방(아래/왼쪽: 남극, 아래/북쪽: 북극)

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6. 결론

기존의 저궤도 혹은 정지궤도 위성과는 달

리, DSCOVR위성은 라그랑주 지점을 중심으로

Lissajous 궤도를 움직이면서 지구를 관측할 수

있도록 개발되었다. 심우주 기후관측위성으로서

DSCOVR위성은 태양과 지구의 기후변화와 관련

된 다양하고 새로운 정보들을 지금도 지구로 전

송하고 있다. DSCOVR위성의 임무는 크게 두 가

지로 나누어 볼 수 있는데, 첫 번째는 기존의 태

양과 관련된 우주기상관측의 임무를 계승하는

것이고, 지구관측이 두 번째 임무에 해당한다.

특히, 지구관측과 관련해서는 기존의 위성들이

제공하지 못했던 지구 자전과 달 뒷면, 극지방들

의 실시간 모습들을 제공하고 있다. DSCOVR위

성의 지구관측 정보는 기존 기상위성들의 관측

자료들과 함께 사용되어, 전지구의 구름 분포 검

출, 지구관측 탑재체들의 절대복사보정, 극지방

의 오존층 변화 관측 등의 정확도를 보다 더 향

상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 현재 미국에서

는 향후 2022년과 2027년에 라그랑주 궤도의 심

우주 기후관측 위성을 계속적으로 발사할 예정

이며, 기존의 우주기상관측 탑재체들과 함께 추

가적으로 태양의 코로나를 관측할 수 있는 광학

탑재체(CCOR) 개발을 계획하고 있다. 현재 우리

나라는 천리안 1호의 기상위성을 정지궤도에서

운용하고 있으며, 2018년에는 천리안 2호 기상

위성을 발사하여 임무를 계승하도록 할 예정이

다. 기상 예측의 특성상 지구의 일정부분이 아닌

지구 전체 대기 관측의 유용성과 특별히 기상이

변과 밀접하게 연관이 되어 있는 극지방의 기상

관측에 있어서, 라그랑주 지점 궤도의 기후관측

위성의 개발과 활용은 천리안 기상위성의 활용

성을 최대화할 수 있는 방법들 중의 하나가 될

수 있을 것으로 예상된다.

참고문헌

1. 명환춘, 용상순, “LPO에서의 지구 관측용

광학탑재체 개발동향”, 항공우주산업기술동

향 9권 2호, 2011

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9. J. Burt, “Deep Space Climate Observatory:

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10.Yuekui Yang,“Application of DSCOVR EPC

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11. Rober C. Smith et al.,“DSCOVR AGU Pre

ess Conference”, 2016