한국항공우주연구원

여행객들은 18세기 해양용 태엽시계의 개발 이후로 항행을 위한 정확한 시간계산을 의존해 왔다. 유럽의 21세기 항법시스템인 갈릴레오 또한 시계에 의존하고 있으나 그들은 이전 시간의 정밀도에 비해 수백만 배 더 정확하다.

앞으로 운용될 갈릴레오 위성들은 수동 수소메이저(passive hydrogen masers)와 루비듐을 이용한 전자시계(rubidium atomic frequency standards), 이렇게 두 종류의 시계를 지니게 될 것이다. 각 위성은 두 개의 수소메이저를 장착할 것이며 그 중 하나는 항법신호의 생성을 위한 주 기준이 되고, 다른 하나는 바로 사용이 가능하지 않은 여분의 시계(cold (non-operating) spare)이다.

또한 갈릴레오 위성은 모두 두 개의 루비듐 시계를 지니게 될 것이다. 그 중 하나는 운용 중인 수소메이저에 대한 백업용 시계(hot (permanently running) backup)이다. 이것은 만약 수소메이저가 작동하지 않으면 즉각적으로 그 임무를 인계받아 신호 생성이 중단되지 않고 계속될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또 다른 하나는 여분의 시계(cold spare)이다.

최근에 서비스 중인 갈릴레오 시험위성 GIOVE-A는 두 개의 루비듐 시계를 지니고 있는데, 그 중 하나는 운용 중이고 또 다른 하나는 여분의 시계이다. 올해 말쯤 서비스 예정인 GIOVE-B는 하나의 수소메이저와 2개의 루비듐 시계를 탑재할 것이다. 2개의 루비듐 시계 중 하나는 바로 사용이 가능한 시계(hot spare)와 또 다른 하나는 여분의 시계(cold spare)가 될 것이다. 2008년도 하반기에 쏘아 올릴 GIOVE-A2 위성은 GIOVE-A와 거의 유사한 시각장치를 탑재할 것이며 추가적인 항법 신호를 전달할 것이다. 갈릴레오 수동 수소메이저는 24시간 동안 약 1나노초의 정확도로 시간을 유지할 것이다. 이 정확도는 270만년 동안 약 1초 정도 늘거나 줄어드는 것에 상응한다.

루비듐 시계들은 하루에 10나노초 정도의 오차 정도의 정확도를 가진다. 비교하자면, 평범한 디지털 손목시계가 하루에 약 1초정도 오차가 있을 수 있다. 갈릴레오의 수동 수소메이저 시계는 디지털 손목시계보다 10억만 배 더 정확할 것이다.

정확도의 필요성

개념적으로 생각해서, 갈릴레오 사용자들은 갈릴레오 위성에 의해 전송되는 무선전파가 그들에게 도달하는데 얼마만큼의 시간이 걸리는지를 측정함으로써 그들의 위치를 결정할 것이다. 무선전파는 1초당 약 3×10⁸m정도 나아가며, 그래서 1나노초 안에 약 0.3미터 정도의 거리를 커버한다. 미터 수준의 항법 정확성을 제공하기 위하여 갈릴레오 시간측정은 나노초 범위의 정확성을 가지고 수행되어야 한다.

정확한 시각정보에 대한 위성 항법의 필요의 부차적 산물의 예로, 갈릴레오는 금융 거래 시 시점확인에 사용되는 정밀한 시간 서비스도 제공할 것이다.

갈릴레오는 ESA와 유럽위원회(EC)가 공동으로 주도하고 있다. 갈릴레오가 2010년 정도에 완전히 개발된다면, 그것은 전 세계 모든 곳에 적용되는 첫 번째 민간 위치정보 시스템이 될 것이다.

※ 본 기사는 gpsdaily.com(5월 11일자)에 실린 기사를 편집한 내용 입니다.

자료출처 :

http://www.gpsdaily.com/reports/Hyper_Accurate_Clocks___The_Beating_Heart_Of_Galileo_999.html