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탑재체

  • 01전자광학 탑재체(AEISS, Advanced Earth Imaging Sensor System / AEISS-A, Advanced Earth Imaging Sensor System-A)

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    사람의 눈이 볼 수 있는 가시광선 대역을 촬영하는 지구관측 인공위성에는 전자광학카메라가 탑재된다.
    한국항공우주연구원은 다목적실용위성 1호 및 2호 개발을 통해 확보한 기술력을 바탕으로 세계적인 수준의 전자광학 탑재체 AEISS(Advanced Earth Imaging Sensor System))와 AEISS-A(Advanced Earth Imaging Sensor System-A))를 독자 개발했다. AEISS와 AEISS-A는 다목적실용위성 3호와 3A호에 각각 탑재됐다.

    다목적실용위성 3호에 탑재된 AEISS는 해상도 70cm급의 전자광학카메라다. 70cm급 해상도란 평양에서 제주도 정도 거리인 약 700km의 고도에서 초속 7km로 비행하며 땅위에 있는 사람 각각을 한 점으로 나타내고 움직이는 차량을 상세하게 식별할 수 있다는 뜻이다. 민간용 관측위성으로는 세계에서 다섯 손가락에 들 정도의 성능이다.

    AEISS는 부품 제작을 제외하고 설계부터 정밀조립, 정렬, 시험뿐 아니라 우주환경 하의 최종 검증시험까지 모든 개발과정이 국내 주도로 진행했다.

    AEISS와 같은 고성능 카메라는 기술이전이나 공동 개발과 같은 방법으로 개발이 불가능하기 때문에, 고성능 지구관측 위성의 지속적 개발을 위해서는 반드시 확보해야 할 기술이다.

    개발 과정 또한 매우 까다롭다. 우선 반사경 등 광학계 조립 시 머리카락의 5000분의 1 이상의 초정밀기술이 필요하다. 또한 사람이나 건물 주변 자동차의 움직임이 만들어 내는 미세한 진동에 의해서도 성능 측정에 오류가 발생할 수 있다. 이 민감한 장치가 수십 배의 중력이 가중되는 발사 환경과 우주공간에서의 진공 상태, 백도이상의 온도 차이를 견디며 3~7년 운용되어야 한다. 미국, 프랑스 등 극소수 국가만이 AEISS와 같은 수준의 최첨단 인공위성 전자광학카메라 기술을 갖고 있는 이유가 여기에 있다.

    AEISS-A는 한국항공우주연구원이 개발한 AEISS의 자매모델이다. AEISS-A의 광학해상도는 55cm급이며, 적외선 센서를 통한 야간 촬영 및 열 감지가 가능하다. 이를 위해 AEISS의 전자부 성능이 개선되고, 국내에서 개발한 적외선채널이 추가됐다. 위성 고도를 685㎞에서 528㎞로 낮추는데 따른 카메라 노출 시간 감소와 불필요한 잡음신호 등을 해결한 성과다.

    한국항공우주연구원은 앞으로 핵심 부품의 국산화 등 탑재체 원천 기술 확보를 추진해 나갈 계획이다.

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  • 02영상레이더 탑재체(SAR, Synthetic Aperture Radar)

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    영상레이더는 위성에서 전파를 발산해 물체에 반사되어 오는 신호를 수신해 영상을 만들어낸다. 레이더의 특성상 주야간, 날씨 상황에 관계없이 영상을 획득하고 주파수 대역에 따라 다양한 정보를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 단일 해상도와 관측 폭을 갖는 광학위성에 비해 해상도와 관측 폭을 조절하는 다양한 촬영모드(고해상, 표준, 광역)가 있어 높은 해상도와 넓은 관측 폭 요구조건을 각각 만족시킬 수 있어 한반도 및 주변지역에 대하여 광범위한 활용이 가능하다.

    영상레이더는 다목적실용위성 5호에 탑재되었으며, 현재 연구개발 중인 6호에도 탑재될 예정이다. 다목적실용위성 5호에 탑재된 영상레이더의 경우 고해상도 촬영모드일 때 해상도가 1m이고, 표준모드일때는 3m, 광역모드일때는 20m이다. 6호의 영상레이더는 5호의 영상레이더에 비해 4배(0.5m급) 성능이 향상되어 보다 정밀한 지구관측이 가능할 예정이다.

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  • 03기상탑재체(MI, Meteorological Imager / AMI, Advanced Meteorological Imager)

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    통신해양기상위성 1호에 탑재된 기상탑재체는 1가지 파장의 가시광선과 4가지 파장의 적외선을 관측해 기상 관측 영상을 흑백으로 구현해낸다. 가시영상의 해상도는 1km, 적외영상의 해상도는 4km로 전구관측에는 30분, 한반도 관측에는 15분이 소요된다. 기상탑재체에서 관측된 영상은 국가기상위성센터의 기상자료처리시스템을 거쳐 16종의 관측결과를 생산한다.

    정지궤도복합위성 2A호에 탑재된 기상탑재체의 성능은 세계 최고 수준이다. 4가지 파장의 가시광선과 12가지 파장의 적외선을 관측해 기상 관측 영상을 컬러로 구현해낸다. 정지궤도복합위성 2A는 천리안위성 1호에 비해 해상도가 4배 이상 높다. 가시영상 해상도는 0.5~1km, 적외영상 해상도는 2km로 전구관측에는 10분, 한반도 관측은 2분이 소요된다. 관측자료를 전송할 수 있는 속도도 초당 15Mb로 18배 이상 빠르다. 컬러 영상을 이용하면 황사, 화산재 등 각종 물질을 종류별로 추적할 수 있어 천리안위성 1호의 3배가 넘는 52가지 관측결과를 생산한다.

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  • 04우주기상탑재체(KSEM, Korean Space wEather Monitor)

    우주기상환경은 강력한 자기장 교란과 고에너지 입자의 흐름으로 전력, 통신, 위성운영 분야에서 다양한 피해와 사회경제적 손실을 유발할 수 있기 때문에 태양 흑점 폭발 및 지구자기폭풍 등 우주기상환경을 실시간 감시하고 우주기상 연구개발에 활용되기 위해 순수 국내기술로 개발되었다. 에너지입자 유입량을 측정하는 입자검출기, 지구의 자기장을 측정하는 자력계, 고에너지 입자에 의해 발생하는 내부 전류를 측정하는 위성대전감시기 등 3종의 센서로 구성되어 있다.

  • 05해양탑재체(GOCI, Geostationary Ocean Color Imager)

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    통신해양기상위성 1호의 해양탑재체는 정지궤도에서 한반도주변(2500km × 2500km) 해양을 상시 관측하기 위해 개발되었다. 통신해양기상위성 1호의 해양탑재체는 해상도 500m로 하루 8회 한반도 주변을 관측하며 매 관측 시 8개의 채널 데이터를 제공하여 13종의 관측 결과를 생산한다. 정지궤도복합위성 2B호 해양탑재체는 관측성능이 1호 대비 4배 향상된 250m 해상도로 해양을 관측한다. 13개의 관측채널을 보유하고 있으며 하루 10회 한반도 주변을 관측 및 하루 1회 전구 관측을 수행하여 1호 대비 2배 증가된 26종의 관측결과를 생산할 예정이다.

    해양탑재체를 활용하면 유류 사고는 물론 녹조, 적조 발생 시 오염물질의 이동을 실시간 관측하고 관련 정보를 제공함으로써 사전 예방 활동을 통해 해양환경 피해를 최소화할 수 있고, 오염 물질의 해양투기 감시와 해수 수질 변화를 모니터링하여 해양환경 보호와 수산자원 관리에도 기여할 수 있다. 더불어 해류, 해무 등의 관측을 통해 해상 안전 및 해양 방위 활동 등에도 폭넓게 이용될 수 있다.

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  • 06환경탑재체(GEMS, Geostationary Environment Monitoring Spectrometer)

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    정지궤도복합위성 2B호에 탑재된 환경탑재체는 지구 대기 환경을 지속적으로 관측하는 초분광영상기로 영상과 함께 자외선과 가시광선 대역 스펙트럼을 1000개의 미세한 파장으로 나눈 분광 정보를 획득하여 장단기 체류 기후변화 유발 물질, 에어로졸, 미세먼지의 전구물질인 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드 등 화학물질 20여 가지의 발생 지점, 이동경로 등의 정보를 생산한다.

    환경탑재체를 활용하면 현재 저궤도위성에서만 관측되고 있는 대기오염물질을 세계 최초로 정지궤도에서 상시 관측할 수 있다. 일본의 동쪽부터 인도차이나반도까지, 인도네시아 북부와 몽골 남부까지 동아시아 지역 약 5,000km × 5,000km의 영역을 30분씩 하루에 8번 정도 관측할 예정이다.

    현재까지 미세먼지 감시·분석은 기상관측 위성이나 지상 관측소를 활용했기 때문에 대략적인 흐름만 볼 수 있었으나 환경탑재체로 획득한 관측 자료를 추가하면 예보 정확도가 향상되어 국민 건강과 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 미국에서 개발 중인 정지궤도 환경위성 TEMPO와 유럽에서 개발 중인 정지궤도 환경위성 센티넬4 UVN가 발사되면 정지궤도복합위성 2B호와 함께 전 지구 영역 내 환경오염물질의 생성, 이동, 소멸의 전 과정을 상시관측하고 전구물질의 영향 및 상호작용까지 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

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