mecㆍviewer v1.4 :: 6. 정대원_지상기지 현황 및 독일 지상기지 개발 검토.pdf

항공우주산업기술동향 15권 2호 (2017) pp. 66~75

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산업·정책동향

지상기지 현황 및 항우연/독일 지상기지 개발

정대원*

Current Status of Ground Station and Development

of KARI/German Ground Station

Chung, Daewon*

ABSTRACT

Korean ground systems have started to be developed for mission control and payload data

processing since 1990s. Typical ground system consists of the functions of ground station,
control center and communication link. The ground station should be distributed at homeland

and abroad to operate many satellites of various mission. The control center performs the

functions of resource control, mission control, satellite operation control, and payload operation

control. Classifying the ground system as development can be a control system and a

processing system. This paper introduces the status of ground station and explains the control,

reception, and processing system. In particular, this paper analyzes German ground station and
analyze and compare overseas ground station terminal installed at German ground station by KARI.

초 록

우리나라 지상시스템은 위성 관제와 탑재체 자료 처리를 위해서 1990년대부터 개발되기 시작

하였다. 전형적인 지상시스템은 지상기지, 제어센터 및 통신연결의 기능으로 구성된다. 지상기지

는 다양한 임무의 많은 위성을 운영할 수 있도록 국내외에 분포되어야 한다. 제어센터는 자원제
어, 임무제어, 위성운영제어, 탑재체운영제어의 기능을 수행한다. 지상시스템을 개발물로 구분하

면 관제시스템 및 처리시스템이 될 수 있다. 본 논문은 지상기지 현황을 소개하고 제어센터의

일부분인 관제, 수신, 처리 시스템에 대해서 설명한다. 특히, 독일 지상기지를 분석하고 한국항공

우주연구원이 독일 지상기지에 설치한 해외지상기지터미널을 분석하고 비교하였다.

Key Words : Ground System(지상시스템), Ground Station(지상기지), Control Center(제어센터),

Mission Control System(관제시스템), Image Reception & Processing System(영상

수신처리시스템), Overseas Ground Station Terminal(해외지상기지터미널)

* 정대원, 한국항공우주연구원, 국가위성정보활용지원센터 지상체계개발팀
dwchung@kari.re.kr

정대원 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 66~75

1. 서 론

위성과 지상시스템에 대한 운영개념은 기능

과 역할의 관점에서 지상시스템을 분석하여서

만들 수 있다. 지상시스템에 대한 설계와 시험

내용은 개발물 및 개발 내용의 관점에서 지상

시스템을 분석하여 만들 수 있다. 따라서 지상

시스템은 기능과 역할의 관점에서 뿐만 아니라

개발물과 개발 내용에 관점에서 분석되어져야

한다.

세계적으로 우주기관의 지상시스템 운영개념

은 다중위성 운영이다. 우주기관은 국가가 구

축한 지상기지, 제어센터 및 통신 연결을 사용

하여 다수의 국가위성에 대한 안정적이고 효율

적인 운영을 수행하고 있다. 지상기지는 국가

내 및 해외에 위치하고 있으며, 일부 우주기관

들은 지상기지에서 수행하는 기능을 우주에 있

는 위성에서 수행하도록 하고 있다. 제어센터

는 다중위성 운영이 가능하도록 국가적으로 통

합되어 있다. 위성의 임무 특성과 필요에 의해

서 제어센터는 임무제어센터, 위성운영제어센

터, 탑재체운영제어센터, 자원제어센터 등으로

구성되어 질 수 있다. 통신 연결은 서로 다른 위

치에 있는 지상시스템의 구성 요소들을 연결 시

켜 준다.

지상기지는 위성과 통신하는데 필요한 모든

장비를 구성하고 있는 지상의 구성물이다. 지상

기지의 위치는 운영하고자 하는 위성의 궤도를

포함한 임무를 고려해서 정해진다. 구축한 지상

기지는 특정 위성의 임무가 종료되더라도 다른

위성의 임무에 사용될 수 있기에 특별한 이유가

없는 한 계속 운영되고 유지보수 되어 진다. 지

상기지가 설치될 위치에 대한 분석은 별도로 이

루어져야 한다. 한국항공우주연구원(이하 항우연)

이 설치한 국내외에 설치한 지상기지는 위성의

임무와 궤도를 분석하여 결정되어진 것이다. 또

한 위성과 지상 간에 가능한 교신 횟수는 지상기

지 숫자와 관계된다[1]. 교신 횟수 이내에서 위성

자료를 지상기지로 모두 전송하지 못한다면 지상

기지의 숫자를 증가시켜야 한다.

지상기지 내 하드웨어와 소프트웨어를 어떻

게 구성할 것인가는 위성의 임무와 사용자의 필

요에 의해서 달라질 수 있다. 전 세계에 분포되

어야 하는 지상기지의 하드웨어와 소프트웨어를

매번 달리 개발하는 것은 개발 비용, 개발의 어

려움, 유지보수의 어려움 때문에 좋지 않다. 따

라서 지상기지는 모듈식 표준화를 이루어서 개발

이 쉽도록 하고 운영과 유지보수가 편리하도록

해야 한다.

관제시스템은 재구성, 재사용, 자동화 기술을

기반으로 하는 다중위성 관제시스템 개발이 필요

하다. 처리시스템은 다양한 탑재체 자료 처리 기

술의 확보와 처리정확도 향상을 위한 검보정 기

술의 접목이 필요하다. 또한, 탑재체 자료 양의

증가로 인한 고속처리 기술 확보와 처리된 탑

재체 자료를 사용자 간에 사용하고 통합하는

상호운영성 연구가 필요하다.

독일 지상기지의 위치는 위성의 궤도를 포함

한 임무를 고려해서 정해졌다. 또한, 위성 영상

의 유럽 지역 내 상용 판매 확대 등의 활용 요

소를 고려하였다. 독일 지상기지의 개발물은

개발, 운영 및 유지보수가 효율적이고 편리하

도록 개발되었다. 이를 가능하도록 하기 위해

서 모듈식 표준화 기술을 개발하였다. 또한 여

러 위성들을 통합하여 운영할 수 있도록 가상

화 기술을 적용하고 통합 지시서 생성 기능을

개발하였다.

2. 본 문

본 논문은 지상시스템을 설명한다. 지상시스템

을 기능과 역할에 따라서 설명한다. 또한 지상시

스템을 개발물에 따라서 설명한다. 본 논문에서

는 지상기지의 세계 현황을 살펴본다. 또한, 국

내의 현황으로 항우연의 지상기지에 대해서 논의

한다. 본 논문에서는 최근 항우연이 개발 완료한

독일 지상기지에 대해서 분석한다. 독일 지상기

지 내에 설치된 해외지상기지터미널의 개발 및

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운영 개념을 분석하고, 개발 과정에서 획득한 모

듈식 표준화 기술, 가상화 기술, 통합 작업지시

서 생성 기술을 간략히 설명한다.

2.1 지상시스템

우리는 위성 등 우주 요소를 통제하게 해 주

는 하드웨어 및 소프트웨어, 장비, 시설들을 총

괄하여 지상시스템이라고 부른다. 지상시스템은

우주 공간에 있는 위성시스템이 임무를 수행하기

위하여 필요로 하는 모든 도구들을 제공해 준다.

지상시스템은 지상의 운영자들이 위성시스템을

정상적으로 운영하는 것에 필요한 정보를 제공하

며, 위성시스템의 항로와 궤도를 통제하도록 해

준다. 지상시스템은 임무 계획자들에게 연료, 전

력량, 메모리양 등 위성 제한사항들에 대한 정보

를 제공하며, 위성의 우주 비행을 가능하게 해

준다. 그리고 지상시스템은 탑재체 자료를 수집

하고 처리하여 사용자들에게 전송한다.

지상시스템의 기능과 역할을 설명하기 위하여

<그림 1>과 같은 전형적인 지상시스템 모델을 사

용한다. 전형적인 지상시스템 모델은 지상기지,

제어센터 및 통신 연결로 구성된다[2].

그림 1. 전형적인 지상시스템 구성

지상기지는 위성시스템과 통신하는데 필요한

모든 장비를 구성하고 있는 지상의 구성물이다.

지상기지에 있는 안테나와 추적, 원격측정 및 명

령은 위성시스템을 작동시키는 무선 주파수 신호

들을 전송하고 수신한다.

네트워크제어센터(Network Control Center,

NCC)는 지상기지들을 제어하기 위한 중심부 역

할을 한다. 네트워크제어센터는 제어센터와 통신

연결로 구성된다. 네트워크제어센터는 자료를 주

고받는 통신 접속들로 각종 제어센터들과 연결된

다. 또한, 네트워크제어센터는 제어센터들을 위

한 호스트(Host) 서비스를 제공한다. 호스트 서비

스란 네트워크제어센터가 임무제어센터 등 다른

제어센터에게 서비스를 제공한다는 것을 의미한

다. 서비스의 종류로는 안테나, 추적, 원격 측정

및 명령 하드웨어, 수신 장비, 처리 장비, 지상

유지보수, 시설물들, 건물 그리고 보안 등일 수

있으며, 다른 제어센터들과 네트워크제어센터 간

의 협의에 의해서 서비스 내용이 결정된다. 네트

워크제어센터와 다른 제어센터들은 같은 조직일

수 있다. 만약 네트워크제어센터와 다른 제어센

터가 서로 다른 조직일 경우, 다른 제어센터는

호스트 서비스에 대한 비용을 네트워크제어센터

에게 제공한다.

임무제어센터(Mission Control Center, MCC)는

임무를 운영한다. 임무제어센터에서 근무하는 엔

지니어들 그리고 운영자들은 임무 계획을 만들

고, 위성 자원을 계획하고, 임무 목적에 부합하

는 지상 자원들을 선택한다. 그들은 위성의 궤도

와 자세를 결정하고, 예측되는 값들을 지상기지

에 보내 정확한 값으로 위성을 추적하도록 한다.

복잡한 위성시스템의 경우에는 별도로 구분된 시

설인 위성운영제어센터(Spacecraft Operations

Control Center, SOCC)가 위성의 서브시스템들을

제어하며 자료를 처리한다. 위성운영제어센터는

명령들을 생성하고 그것들을 지상기지에 전달한

다. 위성운영제어센터는 지상기지로부터 받은 원

격측정 자료를 이용하여 위성의 상태를 감시한

다. 위성운영제어센터는 위성의 건강과 상태에

영향을 주는 서브시스템들에서 생성된 자료들만

분석한다. 간단한 위성시스템의 경우 임무제어센

터가 임무 계획을 수행한다. 탑재체운영제어센터

(Payload Operations Control Center, POCC)는 임

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무 자료를 분석한다. 탑재체운영제어센터는 탑재

체를 담당하기 때문에 임무제어센터의 임무 계획

작성을 지원한다. 탑재체운영제어센터는 탑재체

기기 제어를 확인하기 위해서 임무제어센터 또는

위성운영제어센터가 작성한 명령 시퀀스를 요구

하게 된다. 그러나 탑재체운영제어센터는 명령

시퀀스를 이용하여 위성에게 명령을 전송하지 않

는다. 대부분의 경우 위성시스템을 보호하기 위

해서 위성운영제어센터 또는 임무제어센터에게만

명령 전송 기능이 허락된다. 자원제어센터

(Resource Control Center, RCC)는 네트워크에

연결되어 있는 모든 자원들을 감시하고, 사용을

계획한다. 자원제어센터는 임무제어센터로부터의

요청들을 수락하며, 지상기지들, 통신 수단들, 그

리고 일련의 장비들을 사용하기 위한 시간 양을

할당한다. 자원제어센터는 우선순위에 따라 위성

시스템에게 지상 자원들을 할당한다. 작은 규모

의 지상시스템에서는 자원제어센터 없이, 임무제

어센터가 자원들을 제어한다. 임무제어센터, 위

성운영제어센터, 탑재체운영제어센터 및 자원제

어센터는 네트워크제어센터 내에 기능적으로 포

함되어 있는 개념이나, 각 센터들의 위치는 네트

워크제어센터 내의 하나의 공간 또는 여러 공간

내 등 다양할 수 있다. 일부의 임무에서는 탑재

체운영제어센터들은 네트워크제어센터 내의 공간

이 아닌 탑재체 사용자 기지에 위치하고 있다.

이 경우 탑재체운영제어센터는 하나일 수도 있

고, 여러 곳의 여러 개일 수 있다. 임무의 복잡

성, 크기 등에 따라서, 위성운영제어센터는 탑재

체운영제어센터 및 임무제어센터와 통합될 수 있

다. 운영할 위성 개수가 많거나 임무가 다양한

조직의 경우에는 임무제어센터, 위성운영제어센

터 및 탑재체운영제어센터가 각각 존재할 수 있

다. 작은 임무들은 센터들의 일부 또는 전부를

하나의 공간 안에 통합시킬 수 있다.

통신연결은 지상시스템의 구성 요소들 사이의

자료 전송을 수행한다. 지상기지들과 제어센터

등의 모든 지상시스템 구성 요소들을 모두 같은

장소에 배치되게 할 수는 없다. 지상시스템의 구

성 요소들이 서로 다른 장소에 위치한 경우 통신

연결은 그들 사이에서 자료를 전송하기 위해 필

요하게 된다. 최상의 통신연결 유형은 전송되는

정보의 유형, 어떻게 사용될지, 자료의 대역폭,

전송 시간에 따라 다르다. 정보 전송에는 다음과

같은 몇몇 선택사항이 있을 수 있다. 우리는 개

인 서비스(Private Service) 대 상업 서비스

(Commercial Service), 위성 연결 대 지상 연결,

교환 회선 대 전용 회선을 분석하고, 우리가 원

하는 것을 파악하고 선택해야만 한다. 최고의 해

결 방안은 음성 서비스를 요구하는가 아니면 자

료 서비스를 요구하는가를 결정하고, 배포가 차

례대로 되어 있는가(점 대 점인가), 또는 다분기

인가(점 대 다중인가)를 결정하고, 그리고 속도,

거리, 보안 또는 생존성이 설계 요구사항에 어떻

게 반영되어야 하는지를 결정하는 것에 달려 있

다.

전형적인 지상시스템 모델에서는 네트워크를

통하여 자원들을 공유하게 함으로써 여러 기의

위성시스템들을 동시에 운영 가능하다. 전형적인

지상시스템 모델에서는 여러 개의 지상기지들이

전 세계에 분포하고 있으며, 여러 개의 지상기지

들은 다양한 궤도들과 임무 구성에 필요한 통신

커버리지를 제공한다.

지상시스템을 기능이 아니라 개발물로 구분하

면 지상시스템은 관제시스템과 처리시스템으로

구성될 수 있다. 서브시스템 개념을 이해하면 관

제시스템 및 처리시스템과 지상시스템을 더욱 더

잘 이해할 수 있다. 서브시스템은 관제시스템 및

처리시스템의 하위 시스템이며, 서브시스템의 종

류로는 안테나 서브시스템, 추적, 원격 측정 및

명령 서브시스템, 시각 동기 서브시스템, 그리고

명령과 자료 처리 서브시스템 등이 있을 수 있

다. 개발할 위성의 임무 목적에 따라서 관제시스

템 및 처리시스템의 서브시스템 구성과 내용을

달리 결정할 수 있다. 예를 들어서 위성 A 관제

시스템이 위성과 직접 통신을 해야 한다면 안테

나 서브시스템이 있어야 하고, 위성 B 처리시스

템이 위성 B로부터 자료를 직접 수신한다면 안

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구분

내용

우주망

(Space Network)

- 7개의 TDRS(Tracking Data Relay

Satellites)로 구성

- White Sand Complex

지상망

(Ground Network)

- NEN(Near Earth Network)

- 전세계 15개소로 구성

- GSFC에서 운영 및 관리

심우주망

(Deep

Space

Network)

- 120도 간격, 70m 안테나

- Goldstone/California, Madrid/Spain,

Canbera/Australlia

테나 서브시스템이 있어야 하고, 위성 C 처리시

스템이 지상네트워크를 통해서 위성 C의 자료를

수신한다면 안테나 서브시스템이 필요 없다.

2.2 지상기지(Ground Station)

해외 선진 우주기관들은 초기 단계의 우주개

발을 벗어나서, 위성을 이용한 서비스와 활용 위

주의 단계에 돌입하고 있다. 이를 위하여 해외

우주개발 선진 국가들은 더욱 활발하게 지상기지

들을 개발하여 운영 중에 있다. 특히 미국의 경

우 전 세계에 지상기지들을 구축함으로써, 항상

위성과 교신하고, 탑재체 자료 수신이 가능하도

록 하여 운영 중에 있다. 특히, 2006년 5월 미국

NASA(National

Astronautics

and

Space

Administration) 전략경영협의회는 100여개 이상

의 미국 위성을 체계적으로 운영할 수 있도록,

미국 내의 각 우주센터 등으로 분산 운영되고 있

었던 우주/지상 기반의 우주통신 및 항법 인프라

체계를 통합 운영 관리하도록 우주통신네트워크

(SCaN, Space Communication and Navigation) 부

서를 설립하였다. 이때부터, 미국은 국가 차원의

통합된 위성 운영 인프라를 개발, 운영, 관리하

게 되며, 우주통신네트워크 부서는 다음 세대의

미국 위성 운영 인프라 체계 구축도 담당하게 된

다[3].

미국 NASA 지상기지

NASA는 우주임무를 안정적으로 수행하기 위

해서 지상과 우주를 연결하는 통신링크를 구축하

고 있으며, 우주망(Space Network)과 지상망

(Ground Network)은 미국 Maryland에 위치한

GSFC(Goddard Space Flight Center)에서 제어

를 수행하고 있으며, 심우주망(Deep Space

Network)은 미국 Pasadena에 위치한 JPL(Jet

Propulsion Laboratory)에서 제어를 수행하고 있

다. 또한, GSFC는 우주망과 지상망뿐만이 아니

라 유인 우주선 프로그램, 지구 궤도 임무 등을

수행하고 있다. GSFC는 약 8,200명의 직원과 용

역업체 직원들이 소속되어 업무를 수행하고 있

다. GSFC의 구성은 프로젝트 단위로 구성이 되

어 있으며 이중 ESCP(Exploration and Space

Communications Projects) 부서에서 네트워크

관리를 수행하고 있다. 우주망 및 지상망의 스케

쥴링과

서비스는

GSFC의

NIMO(Networks

Integration Management Office)에서 수행하고

심우주망의 경우에는 JPL의 Deep Space

Network Commitments Office에서 수행한다. 우

주망, 지상망 및 심우주망은 2006년부터 SCaN

으로 통합되어 100개 이상의 NASA 및 NASA 이

외의 우주 임무를 지원하고 있다[4].

그림 2. 미국 NASA 지상기지

표 1. 미국 NASA 지상기지 현황

유럽우주청 지상기지

유럽우주청(ESA, European Space Agency)은

유럽 각국에 고유 임무를 수행하는 센터를 구축

하여 업무를 분산 수행하고 있다. 이 중 유럽우

주운영센터(ESOC, European Space Operation

Center)는 독일 다름슈타트에 위치해 있으며, 임

정대원 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 66~75

무통제센터(Mission

Control

Center)

운영,

ESTRACK(European Space Tracking) 운영, 임무

분석, 비행역학, 소프트웨어 개발, 지상시스템 개

발 엔지니어링, 우주파편 및 주파수관리 등의 업

무를 수행하고 있다.

ESTRACK은 유럽우주청 및 관련 기관의 우주

임무를 수행하기 위해서, 유럽우주청에 의해서

구축된 Global Ground Network이다. 유럽우주운

영센터 ESTRACK은 전 세계에 분포된 Core

Network(10 개소), Augmented Network(5개소),

Cooperative Network(11개소)로 구성된다[5].

그림 3. 유럽우주청 지상기지

Core Network은 유럽우주청 소유의 지상기지

로써 7개의 국가에 분산되어 총 10개소의 지상

기지로 구성되어 있다. Core Network에 속한 지

상기지에는 대부분이 13m 이상의 대형 안테나가

설치되어 있으며, S/X/Ka/Ku-band의 서비스를

제공하고 있다. 또한, Core network은 심우주망

을 포함하고 있다. New Norica, Cebreos 및

Malargüe에 각각 심우주안테나(Deep Space

Antenna)를

운영하고

있다.

Augmented

Network은 SSC, KSAT과 같은 상용 서비스와

계약기반으로 구성된 네트워크이다. Cooperative

Network은 타 우주기관의 국제협력에 의해서 운

영하고 있는 네트워크 이다. ESTRACK 내의 자

원할당(Resource

Allocation)은

ESOC

Scheduling Office에서 이루어진다. ESTRACK의

모든 안테나는 ESOC의 Ground Facility Control

Centre(GFCC)에서 원격으로 운영되며, 각 지역

의 유지보수/운영 팀은 LEOP 같은 주요 시점에

는 각 지역에서 운영을 지원한다. 사이트 유지보

수/운영 인원은 정기적인 예방/장애처리 유지보

수를 수행하며, 제작사는 1년에 1회 주요 안테나

서브시스템에 대해서 정기 검사를 실시한다. 또

한 3년에 1회 성능 재시험을 수행한다.

일본 JAXA 지상기지

JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency) 본

사는 도쿄에 위치해 있으며, 지구관측센터, 지구

관측연구센터, 쯔꾸바 우주센터 등 약 9개의 지

사가 일본 전역에 분산되어 있다. JAXA의 지상기

지는 ISAS(Institute of Space and Astronautical

Science)의 우주 과학 지상기지들과 NASDA(NAtional

Space Development Agency)의 지상기지들이 통합되

어 통합우주추적수신부서(CSTD, Consolidated Space

Tracking and Data Acquisition Department)가 되었

다. JAXA의 지상기지 개념은 3 부분으로 분류되

어 있다. 자국 내의 지상기지, 해외 지상기지 및

DRTS(Data Relay Test Satellite)로 구성된다. 자

국 내의 지상기지는 7개소(UDSC-DSN, USC,

OTCS, KTCS, MTCS, PGT, EOC)로 구성되어 있

다. 해외 지상기지는 4개소(Maspalomas, Santiago,

Kiruna, Perth)로 구성되어 있다. 지상기지의 운

영은 쯔구바 우주센터에 위치한 지상기지 운영센

터에서 수행한다[6].

그림 4. 일본 JAXA 지상기지

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대한민국 항우연 지상기지

항우연은 1999년 12월 21일 다목적실용위성 1

호 발사 이후, 19년째 위성운영을 수행하고 있다.

항우연은 총 6개소의 지상기지를 운영하고 있으

며 이 중 항우연 소유의 지상기지는 대전, 제주,

남극, 마이크로네시아 및 독일에 있다. 또한, 노

르웨이 스발바드에 있는 지상기지를 임차하여 운

영하고 있다. 지상기지에 대한 스케쥴링과 원격

운영은 대전에서 수행하고 있다. 항우연은 국내

외 지상기지를 구축함으로서 위성의 지속적인 감

시 및 임무를 수행하고 있다. <그림 5>는 대한민

국 항우연의 지상기지 현황을 나타낸다.

그림 5. 대한민국 항우연 지상기지

대전에 위치한 지상기지는 대한민국 대전시

유성구에 위치한 항우연(위도 36.379도, 경도

127.356도) 내에 있다. 대전 지상기지는 저궤도위

성과의 교신을 위한 13m와 7.3m 안테나와 정지

위성과의 교신을 위한 13m와 9m 안테나를 가지

고 있다. 남극에 위치한 지상기지는 2004년부터

현재까지 저궤도위성의 관제 기능을 수행하고 있

으며, S-Band 대역 안테나를 사용하여 위성 관제

임무를 수행하고 있다. 남극 지상기지는 위도 62

도, 경도 58.47도에 위치한다. 남극 세종기지의

구성은 안테나, 쉘터, Cortex(모뎀장비), 주파수

상하향 변환기, 기타 장비로 구성되어 있다. 남

극 지상기지는 대전에서 원격으로 무인 운영하고

관리 및 유지 보수를 위해 연 1회 방문되고 있

다. 대전과 남극 간은 ADSL 망을 통하여 네트워

크로 연결되어 있다. 남극 지상기지에는 관제용

1.5미터 소형 안테나 시설이 구축 되어 있으며,

소형 안테나를 통해서 S-Band 대역 신호를 사용

하여 저궤도 위성의 관제를 수행한다.

적도 부근의 마이크로네시아 연방의 웨노 섬

에 위치한 지상기지는 2013년부터 저궤도위성의

관제 기능을 담당하고 있다. 마이크로네시아 지

상기지는 웨노섬(북위 7도, 동경 151도)에 위치하

고 있으며, 마이크로네시아 지상기지는 2013년 7

월 9일(화) 개소식을 갖고 운영이 시작되었다. 마

이크로네시아 지상기지는 안테나, 통신장비, 보

안장비, 전력장비, 공조장비, 간이운영소 등으로

구성되었다. 마이크로네시아 지상기지는 대전 지

상국에 위치한 종합관제실에서 원격으로 무인 운

영되며, 1년에 1회 유지 보수 목적으로 현지 방

문한다. 독일 베를린 북쪽 노이스탈리치에 위치

한 지상기지는 2017년 1월에 개발이 완료되었으

며, 시험운영을 거친 후 2017년 4월부터 정상운

영을 실시하고 있다. 독일 지상기지는 관제, 영

상 수신 및 처리의 기능을 수행하고 있으며, 다

목적실용위성 3호, 3A호 및 5호를 관제, 수신, 처

리를 수행할 수 있다.

2.3 항우연/독일 지상기지(Ground Station)

항우연은 2015년 7월 22일부터 2017년 1월 31

일까지 19 개월의 개발 기간으로 독일 지상기지

를 개발 완료하였다. 개발의 목적은 국가 저궤도

위성(다목적실용위성 3호, 5호, 3A호)의 관제, 수

신, 처리를 위한 지상기지를 독일에 구축하는 것

이다. 개발의 목표는 2가지이다. 첫 번째는 독일

에 지상기지를 구축하여, 국가 소유 저궤도 위성

군을 운영하는 것이다. 두 번째는 해외지상기지

터미널을 모듈식 표준화, 가상화 기술 적용, 통

합 운영이 가능하도록 설계 개발하는 것이다. 이

러한 개발 개념의 설계 기법을 완성하면, 수요자

의 다양하고 특별한 위성 운영 및 활용 요청에

의해서 다양한 지리 지역에 위치하는 해외 지상

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기지 내에 다양한 임무를 수행할 수 있게 하는

해외지상기지터미널을 단기간에 효율적으로 개발

할 수 있게 된다. 항우연이 처음으로 개발한 해

외 지상기지는 남극 지상기지로써 다목적실용위

성 2호의 관제를 위해서 2004년에 개발되어 남극

에 구축되었다. 그 이후 2013년에 개발된 마이크

로네시아 지상기지는 다목적실용위성 2호 관제뿐

만이 아니라 다목적실용위성 3호의 관제도 수행

될 수 있게 개발되어야 했다. 또한, 남극의 기후

가 아니라 마이크로네시아의 기후와 환경에 맞게

전력, 공조, 네트워크, 보안 시설이 개발되어야

했다. 상기와 같이, 국내 운영 위성의 숫자가 증

가하고 활용의 영역이 넓혀질수록 해외 지상기지

의 해외지상기지터미널은 여러 위성의 다양한 기

능을 수행할 수 있도록 개발되어야 하고, 다양한

지역에 설치될 수 있기 때문에 전력, 공조, 네트

워크, 보안 장비가 그 지역의 기후와 환경에 맞

게 개발되어야 한다. 이러한 필요성에 의해서 해

외지상기지터미널의 개발 목표는 설정되었다. 해

외지상기지터미널은 다목적실용위성 3호, 3A호,

5호를 운영할 수 있다. 이전에 개발된 해외 지상

기지의 시스템과는 달리 해외지상기지터미널은

위성의 관제뿐만이 아니라 우리나라 최초로 위성

영상을 해외에서 수신하고 처리할 수 있게 개발

되었다. 해외지상기지터미널은 내륙 지역의 기후

에 맞게 인프라가 개발되어 설치되었으며, 인프

라 설계가 모델식 표준화를 반영하였다.

독일 지상기지는 독일우주청 소속 노이스탈리

치 센터 내에 위치하고 있다. 노이스탈리치 센터

는 베를린 북쪽 노이스탈리치시에 위치하며 위도

53.3도, 동경 13.1도이다. 노이스탈리치 센터는

11M S/X/KA 안테나 1기, 7.3M S/X 안테나 3기,

6m S 안테나 1기, 4m S 안테나 1기를 보유하고

있으며 상주하는 독일우주청 인원은 약 70명이

다.

그림 6. 독일우주청 노이스탈리치 센터

항우연은 모듈식 표준화 설계를 수행하였다.

수행된 해외 수신시설 예비설계 및 상세설계 내

용을 바탕으로, 외부 용역업체는 다목적실용위성

수신 영상 저장이 가능한 직저장서브시스템(DIS,

Direct Ingestion Subsystem) 및 해외지상기지터미

널의 무인 관제를 위한 원격제어감시서브시스템

(RCMS, Remote Control & Monitoring Subsystem)

을 개발 하였다. 또한, 가상화 기술 및 통합 운

영 기술이 개발되었다. 항우연은 2016년 9월 30

일 용역업체로부터 해외 수신시설 설치 사업 관

련 하드웨어를 납품 받았고, 2016년 10월부터

2016년 11월까지 항우연 다목적타워에서 시스템

을 설치하여 시험을 수행 하였다. 항우연은 개발

한 시스템을 이용한 위성 직수신 시험을 대전에

서 수행한 후 시스템을 독일 노이스탈리치로 이

동하였다. 항우연은 2016년 12월부터 2017년 1월

까지 독일 노이스탈리치에서 시스템을 설치하여

원격으로 관제, 수신, 처리 시험을 수행하였다.

항우연은 2017년 2월부터 2017년 3월까지 시스템

을 이용하여 시험운영을 실시하였다. 항우연은

2017년 4월부터 독일 지상기지를 정상운영하고

있으며, 2017년 9월 말 현재 해외지상기지터미널

을 342회 사용하고 있다.

해외에 위치한 지상기지를 구축하기 위해서는

해당 국가의 법률을 준수해야 하고 해당 국가 내

부지를 확보해야 하고 전력 등 인프라를 이용할

수 있어야 한다. 항우연은 위성이용에 대한 독일

법과 주파수 이용에 대한 국제법 및 독일법에 따

정대원 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 66~75

르는 과정을 수행하였다. 또한, 항우연은 독일

지상기지를 구축하기 위하여 독일우주청으로부터

부지, 공간, 전력, 안테나, 부지 내 네트워크, 보

안, 설치 및 시험, 운영 등에 대한 국제 협력 관

계를 구축하였다.

항우연이 개발한 해외지상기지터미널을 독일

지상기지 내에 설치하였다. 해외지상기지터미널

은 지상 설비 모듈, 관제 수신 모듈, 데이터 처

리 모듈, 네트워크 모듈, 원격 제어 및 감시 모

듈로 구성된다. 그림 7은 해외지상기지터미널 구

성이다.

그림 7. 해외지상기지터미널 구성

대전에서 근무하는 운영자는 다목적실용위성

관제를 수행하기 위해서 대전 위성운영동 종합관

제실에 설치된 관제시스템을 사용하여, 노스탈리

치에 설치된 해외지상기지터미널의 관제/수신 모

듈인

Cortex

CRT(Command

Ranging

Telemetry) 장비에 접근 할 수 있다. Cortex

CRT 장비는 명령 전송 및 원격측정 수신을 위

해서 신호를 BPSK(Biphase Shift Keying)로 변조

및 복조 한다. 명령은 변조되어 중간주파수 대역

에 실린 후 독일우주청 소유의 Up-converter와

안테나를 사용하여 다목적실용위성에 명령 전송

된다. 원격측정 수신은 상기 일련의 과정을 반대

로 수행된다.

다목적실용위성 영상 수신의 경우, 무선주파수

신호를 독일우주청 소유의 안테나를 통해 수신하

여 Down Converter를 통해 720 MHz IF 주파수

대역으로 변환한 후, 해외지상기지터미널 내

Cortex HDR(High Data Rate Receiver) 장비에 입

력한다. Cortex HDR장비에서는 OQPSK(Offset

Quadrature Phase Shift Keying), QPSK 복조를 수

행한 후, 직저장서브시스템 및 PMS(Product

Management Subsystem)를 사용하여 영상 자료를

Level 0, Level 1R, Level 1G로 변환하고 저장한

다.

독일 지상기지에서 수신된 영상은 구축된 네

트워크 환경에서 고속 전송 솔루션인 ASPERA를

활용하여 대전으로 보안 전송될 수 있다. 또한,

원격제어감시서브시스템은 해외지상기지터미널을

모니터링하고, Cortex CRT 및 HDR의 위성별 설

정을 위성 패스 시간에 맞게 조정해 준다.

그림 8. 해외지상기지터미널 장비 구성

그림 9. 설치된 해외지상기지터미널

정대원 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 66~75

3. 결 론

지상시스템의 발전 방향은 위성 운영의 안정

성 및 효율성을 극대화하는 것에 중점을 두어야

한다.

다중위성운영과 관련하여 관제시스템의 재구

성과 재사용에 대한 연구가 지속되어야 한다. 또

한, 자동화는 일상적인 임무운영의 내용이 대부

분 반복적으로 이루어진다는 점에서 그 적용 범

위가 늘어나고 있다. 우리나라의 처리시스템의

개발은 선진국에 비해 상대적으로 늦은 편이었으

나, 국내 IT 기술의 역량과 다목적실용위성 등의

개발에 힘입어 많은 발전을 이루었다. 지속적인

처리시스템 기술의 발전을 위해서는 SAR, IR 센

서, 기상센서, 해양센서, Hyperspectral 센서 등

새롭게 개발되는 센서 데이터의 처리기술의 개

발, 데이터 처리의 고속화, 위성자료 및 서비스

의의 표준화 방안 등에 대한 연구가 계속되어야

할 것이다.

해외 우주기관의 지상기지 현황에 대해서 살

펴보았다. 또한, 대한민국 항우연 지상기지에 대

해서도 분석하였다. 특히, 항우연이 최근 개발한

해외지상기지터미널은 모듈식 표준화가 적용되었

고, 가상화 기술 및 통합 지시서 생성 기술이 적

용되었다.

전 지구에 분포된 지상기지를 이용하여 교신

기회를 증가시킴으로써 긴급 상황 시의 신속한

대처, 궤도조정 및 코드패치 등 유지보수 등에서

많은 장점을 얻을 수 있다. 또한 탑재체 자료 수

신 용량을 증가시킴으로써 위성 활용도를 한층

더 높일 수 있다.

참고문헌

1. 정대원, “우리나라 지상시스템의 발전 전망

및 방향”, J. of The Korean Society for

Aeronautical and Space Sciences, 제44권 제

8호, 2016, pp. 718∼727.

2. 정대원, 권기범, “우주 임무 운영의 기초”,

과학기술연합대학원대학교, 2016, pp.239-245.

3. 정대원, “우리나라 위성 운영 종합체계 개

발 및 운영의 필요성,” 항공우주매거진, 제

9권 제1호, 2015, pp. 84~100.

4. http://www.nasa.gov.

5. http://www.esa.int.

6. http://www.jaxa.jp.