한국항공우주연구원

2007년 위성항법분야 기사 종합

1. 미국

□ GPS

 ○ Lockheed Martin사는 미연방항공관리국(FAA)의 Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B) 프로그램 참여 업체로 선정되었다. 이 프로그램은 차세대 항공 교통시스템의 초석이며, GPS 위성과 지상레이더 대신 탑재기술을 사용하여 공중에서 비행체가 안전하게 독립적으로 유지시키기 위한 항공관제뿐 만 아니라 조종사에게 도움을 준다. 또한 미래 통신, 항법, 감시 분야의 기술로 활용가능하다.

 ○ Boeing사는 미 공군의 위험 부담이 적고 높은 확실성을 요구하는 사항을 만족시키는 우주 부문 GPS III 상세 시스템 설계를 완성하였다. 신호 세기의 개선과 더불어 이 솔루션은 일반인과 군인 사용자 모두에게 좀 더 향상된 GPS서비스를 제공한다. Boeing사는 GPS III 시스템이 미래의 새로운 위성 설계 시 전체적인 수정 없이도 자연스럽게 업그레이드 될 만큼 기술적 성숙도와 유연성있는 설계을 제공하였다. GPS III은 향상된 항법, 정확한 시각, 전파의 방해에 영향을 덜 받는 강한 신호를 제공할 것이며, 유럽 갈릴레오 시스템과 공동으로 이용이 가능한 새로운 신호도 포함할 것이다. Boeing사의 GPS III 설계는 정부가 보다 강화된 위치, 항법, 시각 정보를 제공하도록 하여 더욱 효율적으로 생활비용을 관리할 수 있게 될 것이다.

 ○ GPS Block IIF는 GPS 위성군의 차세대 위성 시리즈에 있어 첫 번째 위성으로 최근 구축 중에 있는 12개의 GPS Block IIF 위성들은 이전 Block 위성들의 모든 성능에 아래와 같은 추가적인 혜택을 제공할 것이다.

․ 12년의 확장된 설계 수명

․ 메모리 확장으로 더욱 빨라진 처리장치

․ 그리고 새로운 민간 신호인 세 번째 주파수 L5

   미 공군의 GPS Wing(GPSW:Global Positioning Systems Wing)은 캘리포니아 엘 세군도(El Segundo)에 위치한 보잉 우주선 개발 센터에서 첫 번째 GPS Block IIF 위성의 초기 통합시스템 시험을 성공적으로 완료했다. 이 시험은 모든 주요 하부시스템들(전기의 파워시스템, 자세결정시스템 및 제어 시스템), 원격측정, 추적 및 명령, 그리고 항법 탑재체가 위성에 적절히 통합되었다는 것을 확인하였으며 시험으로부터 얻은 결과는 모든 기능 및 성능 요구사항이 충족되었다는 것을 확증한다.

 ○ GPS III는 다음 단계의 항법 타이밍과 정확도를 획득하기 위한 작업에 착수되었다. GPS III의 더욱 강력해진 방송 신호는 향상된 안티재밍성능을 지닌 유럽의 갈릴레오 시스템과 공동이용이 가능한 새로운 민간 신호 및 전쟁수행자에게 좀 더 안정된 작업을 제공하는 M-code로 알려진 군용신호와 병합될 것이다.

 ○ EU와 미국은 26일 Galileo 및 GPS 위성항법시스템을 호환하여 사용할 수 있도록 합의했다고 공동발표했다. EU와 미국 양측의 전문가들은 민간에 널리 사용하고 있는 GPS와 아직 개발단계에 있는 Galileo 시스템이 하나의 변조방법(MBOC)을 사용한다는 계획에 합의하였다. 앞으로 사용자들은 두 시스템으로부터 신호를 받아 보다 더 정확하고 광범위하게 적용되는 서비스 혜택을 받을 수 있을 것으로 보인다.

 ○ 미국 공군은 10월 17일 현대화된 GPS Block IIR (GPS IIR-M) 위성을 성공적으로 발사하였다. 이번 GPS Block IIR (GPS IIR-M)은 Lockheed Martin사에서 설계하고 조립한 위성이다.

  설계된 GPS IIR-17M(Lockheed Martin Navigation Systems의 여덟 개 Block IIR-M 위성 시리즈 중 네 번째 위성)은 사용자인 GPS Wing의 사용을 위해 현대화하였다. Block IIR-M 시리즈는 지구 전역의 군 및 민간 GPS 사용자들을 위하여 향상된 작동 및 항법 신호 성능의 새로운 기능이 포함되어 있다. 이렇듯 향상된 위성은 적시에 그리고 효율적으로 우주에서의 점검 기능을 실행하는 것과 전 세계 GPS 사용자들에게 향상된 항법 성능을 제공할 것이다.

각각의 IIR-M 위성은 증폭된 신호 세기 파워를 지상국의 수신기에 제공하는 현대화된 안테나 패널, 향상된 정확도를 위한 두 개의 새로운 군용 신호들, 군용을 위한 강화된 암호 및 안티 재밍 능력, 그리고 사용자들에게 다른 주파수의 개방되어 있는 접근 신호인 두 번째 민간 신호를 포함한다. 발사된 위성은 17일 현재 28개 위성 중 세 개의 IIR-M 위성 및 IIR-M을 제외한 12개의 Block IIR 위성과 합류한다.

  ○ 9월 18일 조지 부시 미대통령은 의도적으로 민간신호의 정확도를 떨어뜨리는 GPS 위성 지원을 끝내자는 국방부의 권고안을 수용하여 앞으로 GPS III 위성들은 일명 고의적 암호(SA:Selective Availability)라 불리는, 즉 의도적으로 신호의 정확도를 떨어뜨리는 기능을 지니지 않을 것이다.

2000년 5월, 미국이 GPS 위성신호들의 고의적인 암호(SA)를 중지했으나 이번 조지 부시 미대통령의 승인을 통하여 SA성능을 완전히 제거한다. 이것은 2000년도의 정책 결정이 변함이 없음을 뜻하고, 전 세계의 GPS 사용자들에게 중요하게 여겨지는 GPS 수행능력에 있어서 불확실성의 근원을 제거한다는 점에서 의미가 있다.

 ○ Raytheon사는 11월 미 공군 우주 및 미사일 시스템 센터(U.S. Air Force Space and Missile Systems Center)와 차세대 GPS 제어 부문에 대한 새로운 시스템 디자인을 개발하기 위한 1억 6천만 달러의 18개월 계약을 체결했다.

  이번 계약으로 새로운 제어 부문은 GPS 명령, 제어 및 미션 수행 능력에 큰 변화를 가져올 것이고, 사용자 중심의 운용을 위하여 최근의 GPS Block II 및 향후 모든 GPS 위성들의 운용에 다시금 초점을 맞출 예정이다. 시스템은 안티재밍 능력, 개선된 시스템 보안성, 정확성 및 신뢰성을 포함하며, 정부와 산업체간의 개방형시스템 표준을 통합시키기 위한 현대적 서비스 지향 아키텍처(SOA)의 기준이 될 것이다.

 ○ 2007년 12월 20일, Lockheed Martin사가 설계하고 제작한 현대화된 최신 GPS Block IIR(GPS IIR-M)위성이 성공적으로 발사되었다. 이번  GPS IIR-18M 위성은 8개의 Block IIR-M 위성시리즈 중 5번째 위성으로 GPS Block IIR-M 시리즈는 전 세계적으로 군 및 민간 사용자들을 위한 운용 및 항법 신호 수행을 개선시키는 새로운 특징들을 지니고 있다.

  각각의 IIR-M 위성은 지상의 수신기에 증폭된 신호 세기를 제공해주는 현대화된 안테나 패널, 정확도 향상을 위한 두 개의 새로운 군용 신호들, 군을 위한 강화된 암호 및 안티 재밍 능력, 그리고 민간인에게 다른 주파수로 오픈된 접속 신호를 제공하는 두 번째 민간 신호를 포함한다.

  현재 Lockheed Martin사는 위성의 향상된 항법 능력이 운용 서비스로 빠르게 전환될 수 있도록 궤도상에서 신속하고 효율적인 점검을 수행하는데 초점을 맞추고 있다.

□ NDGPS

 ○ 미국 교통부와 혁신기술연구부(가명, Research and Innovative Technology Administration ,RITA)는 전국망 위성항법보정시스템(NDGPS, Nationwide Differential Global Positioning System)의 내륙 부분의 평가를 준비하고 있으며, 이는 향후 시스템의 미래를 결정할 것으로 보인다. 더 이상 교통에서의 요구가 없거나 혹은 다른 연방 사용자 요구조건이 필요 여부의 평가 결과와 동일하며 또한 여분의 NDGPS 예산이 없을 경우, 미 교통부는 RITA의 동의하에 NDGPS를 폐지할 것이다.

2. 유럽

□ Galileo

 ○ 최첨단 솔루션 제공업체인 GMV는 최근 4억유로를 상향하는 5개의 계약을 함으로써 유럽의 위성항법전략의 이행에 있어 선두적인 역할을 확실히 해내고 있다. 이 계약들은 중요시스템을 공급할 뿐 아니라 완전한 시스템 설계와 공학에 있어서 주목할만 하다. GMV는 시스템 몇몇의 핵심 프로그램 요소를 개발하였는데, 그 예로 갈릴레오 위성들의 정확한 위치를 계산하고 모든 시스템 clock을 동조화하는 갈릴레오 시스템의 실제 두뇌부인 OSPF(Orbit and Syncronisation Processing Facility)와 갈릴레오의 안정성을 핵심으로 하며 응용분야에 있어서 무결성 요인을 계산하는 IPF(Integrity Processing Facility) 등이다. 관제부분에 있어서는 FDF(Flight Dynamics Facility)를 개발하고 있는데, FDF는 위성의 작동 위치와 자세를 계산하고 미리 구축된 궤도와 안테나 지향 매개변수들 내에 위성이 항상 유지되도록 필요한 작동을 생성한다. GMV는 또한 갈릴레오 시스템의 두 개의 첫 위성인 GIOVE-A와 GIOVE-B의 신호실험도 함께 하고 있다.

 ○ 갈릴레오의 심장 - 초 정확도 시계 (Hyper-Accurate Clocks)

   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. 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. 갈릴레오 위성에 의해 전송되는 무선전파는 1초당 약 3×10⁸m정도 나아가며, 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.

 ○ Thales Alenia Space는 갈릴레오 항법시스템의 두 번째 시험위성인 Giove-B는 현재 궤도 상의 위성 환경을 그대로 재현한 열-진공시험을 포함한 모든 예비시험을 완료하였다. 이로써 Giove-B 위성은 2005년 말 궤도에 안착한 첫 번째 갈릴레오 시험 위성인 Giove-A와 합류하게 된다.

 ○ GIOVE-B위성이 순조롭게 진행 중이다. 현재 GIOVE-B는 ESA의 검사 시설 안에서 발사를 위한 준비단계를 모두 끝마치고 대기 중이다. 이 두 번째 갈릴레오 위성은 지금까지 우주에 있는 위성 중 가장 정확한 원자시계를 탑재할 것이며, 이것은 갈릴레오 시스템의 임무 수행의 품질을 향상시킬 것이다.

  GIOVE-B 단계 이후에는 위성항법 위치 측정을 위해 필요한 최소 위성 4기의 발사로 궤도 검증 작업을 수행할 것이다. 현재 위성들은 유럽 각지에서 2009년 말 발사를 목표로 구축 중에 있다.

  운용 상태에 도달하기 위하여 갈릴레오는 30기로 구성된 위성군과 지구 곳곳에 분포되어 있는 지상국과의 연결 네트워크를 필요로 한다. 유럽 연합은 갈릴레오 개발을 위한 34억 유로 자금안에 동의하고 ESA에게 2013년까지 갈릴레오 전체 배치에 관해 위임함으로써 운용 단계에 필요한 결정들을 내렸다.

 ○ 11월 23일 열린 유럽연합(EU)의 경제․재무장관이사회(ECONFIN)의 장관들은 2013년까지 GNSS 프로젝트의 완전한 운용을 달성하기 위한 공공 자금 지원을 대략 총 34억 유로로 결정하였고, 이 수치가 초과되지 않아야 할 것이라고 통보했다.

□ EGNOS

 ○ ESA와 아프리카 및 마다가스카의 항공항법안전국(Agency for Security of Air Navigation in Africa and Madagascar)은 아프리카 대륙의 항공교통안전을 증진시키고자 위성항법 사용을 내용으로 한 협력협정을 체결하였다.

   협정은 아프리카에서의 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)서비스 운용 및 확대를 포함하는 위성항법시스템(GNSS)의 다음 단계에 초점을 맞추고 있다. 또한 ESA와 ASECNA가 아프리카에서 보다 널리 EGNOS의 운용서비스를 확대하는 것에 관하여 ASECNA 회원국에 유럽 지상국  설치, 국제적인 표준화 기구의 지지, 그리고 아프리카에서 갈릴레오 서비스 및 추가적인 요소 지원 등을 통하여 현저하게 상호간에 협조하자는 것이다.

 ○ EGNOS는 미국 GPS로부터 받은 데이터를 기록하고 바로잡으며 또한 향상시키기 위하여 유럽에 걸쳐 약 40여개 요소의 네트워크로 구성되어 분포하고 있으며, 정지위성에 의해 중계된 수정된 신호를 사용자의 수신기에 제공한다. GPS 신호가 15~20미터급의 정확도를 가지고 있는 것에 비해 EGNOS는 2미터급의 보다 향상된 정확도를 제공하면서도 신호의 질적인 면을 추가적으로 보장한다. EGNOS를 중계하는 정지궤도위성은 유럽 뿐 아니라 아프리카도 커버하기 때문에 EGNOS의 확장은 아프리카 땅 위에 기준국을 설치함으로써 쉽게 구상될 수 있다. 본래 항공 교통 안전을 증진시키기 위해 고안된 EGNOS는 모두에게 접근이 가능하고 갈릴레오 사용을 용이하게 한다.

3. 러시아

□ GLONASS

 ○ 러시아의 전 세계 우주 항법 시스템인 GLONASS는 인도에서도 사용할 수 있게 되었다. 모스크바와 뉴델리는 차세대 항법 위성인 GLONASS-M 위성들을 발사하기로 합의했다. GLONASS 위성이 현재 13개가 궤도에 배치되었으며 위성들은 현재 GLONASS와 업데이트된 버전인 GLONASS-M이 사용되고 있다. GLONASS-M은 7년 이상의 더 긴 수명을 가지고 서비스될 것이며, 향상된 안테나 시스템과 민간용 항법 주파수가 추가적으로 장착되어 있다.

 ○ 러시아 푸틴(Vladimir Putin) 대통령이 5월 18일 GLONASS 항법시스템을 무료로 서비스한다는 내용의 법령에 사인했다. GLONASS 위성항법시스템의 민간 항법신호에 대한 접근이 러시아 국민과 다른 나라의 사용자들에게도 제한이 없이 무료로 제공될 것이라고 대통령령으로 정해놓았다. 또한 러시아 GLONASS 항법시스템을 구성할 위성의 수가 2007년 말까지 18기가 될 것이며, 2009년 말까지 총 24기의 위성을 궤도에 올려 전 세계 서비스를 위한 준비를 할 것이라고 말했다. 또한 GLONASS는 미국의 GPS 및 유럽의 Galileo 항법시스템과 완전히 통합될 것이고, 미국의 GPS와 함께 러시아의 GLONASS 시스템의 호환 및 무료 사용을 보장할 것이다.

 ○ 앞으로 공개될 예정인 GLONASS-K는 이전 모델의 플랫폼인 Express-1000의 요구사항을 규격화시킨 비가압 플랫폼을 기반으로 완전히 바뀐 새 모델이다. GLONASS-K의 추정되는 서비스 수명은 10-12년 정도 증가되었고, 세 번째 “민간” L 범위 주파수가 더해질 것이다.

 ○ 러시아 대통령은 공군 전략 폭격기에 의해 수행되고 있는 ‘지속적 전투 의무’의 재개를 선언하였고, 설계국은 이를 위하여 Glonass 기술을 이용한 새 항법시스템의 연속 생산을 시작할 계획을 발표했다. 모스크바 Kompas 설계국은 현재 시스템의 시험평가를 성공적으로 마쳤고, Tu-160 Blackjack과 Tu-95 Bear 및 다른 폭격기들에 사용될 ‘PUIN' 항법시스템의 연속적인 생산을 위한 승인을 받았다고 말했다.

 ○ 10월 26일, 러시아는 카자흐스탄 바이코눌 우주 센터로부터 지연되었던 세 개의 GLONASS위성이 탑재된 프로톤 운반용 로켓 발사를 성공적으로 수행하였다. 22일 발사대에 올려진 프로톤 K로켓은 모스크바 시간으로 오전 11시 35분(그리니치 표준시 오전 7시 35분)에 발사되었고, 세 개의 GLONASS 전 지구 항법 위성이 궤도에 안착했다.

4. 중국

□ COMPASS

 ○ 중국은 2월 3일 새벽 0시 28분(베이징 시각) 남서부 쓰촨지방에 위치한 시창 위성발사센터에서 항법위성을 성공적으로 궤도에 진입시켰다. 발사된 위성은 중국이 네 번째로 궤도로 성공적으로 발사시킨 북두항법실험위성이다. 기존 북두 위성항법실험시스템에 대한 백업위성으로서의 역할을 제공하게 되면, 필요시에는 전천후 24시간 항법과 위치정보를 계속 제공하는 첫 번째 북두위성으로도 대체될 수 있다.

 ○ 2008년도 말 중국 및 주변국가 사용자들을 대상으로 위성항법 서비스를 제공할 예정인 중국이 4월 14일 새벽 4시 11분 중국 남서부 쓰촨지방에 위치한 시창위성발사센터에서 COMPASS 항법위성을 쏘아올렸다. COMPASS 위성항법시스템은 주로 교통 분야에 있어서 항법 및 위치확인 서비스를 제공하고 주로 자국의 경제 발전을 위하여 사용될 것이다. 중국은 이번 발사로 미국, 러시아, 유럽연합에 이어 세계에서 네 번째로 자체 항법위성시스템 개발 능력을 갖춘 나라로 부상했다. 만일 지구적인 항법 시스템이 구축되면 위치정보는 10m이내, 속도는 초당 0.2m이내, 시간은 50나노초 이내의 정확한 정보를 제공할 수 있다. 2007년 3월 중국은 2000년 이후에 발사된 네 번째 실험위성인 COMPASS 위성을 성공적으로 궤도에 진입시킨 바 있다. COMPASS 항법실험시스템은 현재 잘 운용되고 있으며, 전천후 24시간 항법 및 위치확인 정보를 제공하는데 큰 역할을 하고 있다.

 ○ 중국이 위험 화학물질의 운반을 위한 Beidou 위성 모니터링 시스템을 개발했다. 전문가 리뷰를 마친 이 시스템은 24시간 위험 화학물질 운반에 관한 데이터를 Beidou 항법위성에 제공하고, 위성이 운용 명령을 주면 위험 화학물질을 운반하는 차량마다 장착되어 있는 다수의 센서가 운반로의 상태 뿐 아니라 운반차량의 데이터 및 정보를 모은다. 모든 정보들은 블랙박스 안으로 저장되고 적시에 위성으로 전송되며, 이에 상응하는 운용 신호들은 지상 제어 센터로 보내지게 된다.

 ○ 2008년 여름 베이징 올림픽 때 중국 고유의 위성항법시스템이 교통을 안내하고 스포츠 개최지를 모니터링 하는데 사용될 것으로 보인다. 중국은 본래 2003년까지 3기의 Beidou 위성들을 우주로 발사시키면서 실험위성항법망을 구축해왔고, 2007년 2월과 4월에 또 다른 2기의 위성이 각각 궤도 위에 올랐다. 총 5기의 Beidou 위성항법시스템은 중국 위성항법 네트워크의 주요 인프라로 구성되어 있다. 중국은 2008년 항법위성을 더 발사할 계획이다.

 ○ 중국 위성항법공학센터(China Satellite Navigation Engineering Center)의 대표단은 12월 6-7일 중국 상하이에서 열린 NaviForum에서 중국이 위성항법시스템의 오픈된 민간 서비스 및 추가 위성의 발사 계획에 대한 ICD(Interface Control Document)를 포함한 자국의 Compass (Beidou2) 프로그램 계획을 곧 발표할 것이라고 전했다.

  Compass는 30개의 중궤도 위성(MEO)과 5개의 정지궤도위성(GEO)으로 이루어질 것이고, 2009년까지 중국과 동아시아 지역에 초기 운용이 가능할 것이며 이후 전 세계적인 운용으로 확대할 예정이다.

5. 인도

□ IRNSS

 ○ 인도는 자동차, 철도, 항공에 있어서의 항법시스템 필요를 충족시키기 위하여 1,600천만 루피(약 360백만 달러)의 비용을 들여 7개 정지궤도 위성들로 이루어진 위성군을 구축할 계획이다. 위성들의 설계는 다소 완성된 상태로 보이고 현재 첫 번째 원형 모델을 구축하는 과정에 있다.

   첫 번째 발사는 2010년 쯤 이루어질 것이며 2012년까지 모든 위성들을 완성할 예정이다. 방갈로에 본사를 둔 인도의 우주연구기구(ISRO)는 인도 상공에 이러한 7개의 계획된 위성들로 구축될 인도 지역항법시스템의 설립을 진행 중에 있다. 일련의 항법위성들은 자국에서 제작된 극궤도 위성발사체에 의해 발사될 것이다.

 ○ ISRO(인도우주연구기관)는 위성항법시스템을 위한 프로토타입 위성을 구축할 준비가 다 되었고 위성들의 설계도 거의 완성되었다고 전했다. 또한 첫 발사는 2010년에 있을 것이며 7개의 위성들이 모두 궤도에 올라 2012년까지는 그 기능을 할 것이라고 말했다.

※ 본 기사는 한국항공우주연구원 항공우주정책동향허브 위성항법분야에 실린 2007년도 기사를 편집한 내용입니다.