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위성영상활용

국민안전과 국민 삶의 질 향상을 위한 고부가가치 위성정보 활용

위성정보의 활용

국토 관리부터 재해재난 감시까지

한국항공우주연구원은 국가 위성자산인 아리랑위성과 천리안위성 등을 성공적으로 관제운영하고 있으며, 앞으로 다중 위성시대에 대비해 국가 위성정보를 통합적·체계적으로 관리하고 활용해 나갈 계획이다. 한국항공우주연구원은 아리랑위성과 천리안위성 등에 대한 촬영 계획, 수신 처리, 영상 배포를 담당하고 있으며, 위성 영상처리와 위성영상 활용 촉진을 위한 연구개발을 추진하고 있다. 최근 위성영상은 4차 산업혁명 시대에 고부가가치를 창출하는 중요한 빅 데이터(Big Data)로 매우 중요하게 활용되고 있으며, 한국항공우주연구원은 세계 최고 수준의 첨단 고해상도 위성 등 다양한 위성에서 획득되는 위성영상활용을 촉진하고 있다. 현재 운영 중인 아리랑위성은 서브미터급 고해상도 위성영상과 레이더 영상, 적외선 영상 등 연간 약 10만 장에 달하는 다양한 위성영상을 확보하고 있고 공공수요는 물론 민간에도 제공, 활용되고 있다. 또한 천리안위성은 기상, 해양, 환경관측 위성영상을 지속적으로 확보하고 있다. 이러한 위성영상은 국토관리, 재해재난 감시, 해양수자원 관리, 농업임업 응용, 환경기상 관측, 국가안보, 산업 활동, 일상생활 등 다양한 분야에서 매우 중요하게 쓰이고 있다.

위성 통합운용과 위성정보 효율적 활용

한국항공우주연구원은 국가 위성 통합운용과 위성 정보의 체계적이고 효율적인 활용 촉진을 위한 범국가적 전담기구인 국가위성정보활용지원센터를 운영하고 있다. 국가위성정보활용지원센터는 위성 관제운영 및 위성으로 획득되는 다양한 위성정보 활용 촉진을 위한 위성정보의 민간수요 기반 지원 및 활용체계 고도화, 위성정보활용 산업진흥 및 활용서비스 활성화, 위성정보활용산업 인프라 구축 등의 역할을 하고 있다. 국가위성정보활용지원센터는 국가 중장기 우주개발 정책에 따라 공공 수요를 충족시키기 위해 위성정보활용협의체를 구성하여 총 31개 정부 기관을 대상으로 위성영상을 공급하고 있다. 또한 국가 위성정보가 공공 및 민간에서 널리 활용될 수 있도록 국가 위성 정보통합 데이터베이스 및 플랫폼을 구축하고, 사용자가 손쉽게 위성 정보를 얻어 활용할 수 있도록 지원하는 등 국가 위성 정보의 부가가치를 높이는 역할을 하고 있다.

위성정보활용협의체

한국항공우주연구원은 정부 협의체 운영을 통해 크게 네 가지 업무를 수행한다. 먼저 정부 협의체 수요의 위성정보 획득·처리 및 제공에서는 표준·고부가 영상 등 협의체 수요의 각종 위성정보를 안정적으로 생산·배포하고, PeruSat-1 등 해외 위성의 한반도 촬영 영상을 획득해 자료 관리 체계를 구축·운영하고 있다. 협의체 운영지원시스템 구축 및 고도화 사업을 통해 협의체 전용의 위성정보 활용지원플랫폼을 구축하고, 협의체 수요의 위성정보를 체계적으로 관리하기 위한 주문관리시스템을 개발해 운영하고 있다. 또한 고부가가치 정보생산을 위한 부가처리시스템을 구축하여 운영하고 있다. 아울러 대용량 부가처리물의 안정적인 관리를 위한 고부가 위성정보 DB 관리시스템을 개발·운영 중이다. 한편 협의체 현업기관에서 위성정보를 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 위성정보 실용화기술 개발을 추진하고 있으며, 이를 통해 도시변화탐지, 산림훼손탐지, 경지변화 등을 분석할 수 있는 기술을 확보하여 현업기관에 지원할 예정이다 또한 협의체 사용자들의 간단한 영상 확인 및 처리를 지원하기 위한 활용 툴(Tool)을 개발해 지원하고 있다. 마지막으로 협의체 운영 및 사용자 교육 지원에 있어서 협의체 전문분야별 분과를 구성해 운영하고, 협의체 현업 지원을 위한 활용세미나 개최와 사용자 기술교육을 수행 중이다. 또 위성정보 활용 기술과 노하우 공유를 위한 위성정보 활용 워크숍 및 협의체 연례회의를 개최하고 있다.

위성 종합관제 업무

최근업데이트 : 2021.06.25

위성 궤도·자세 제어 및 실시간 운영

한국항공우주연구원은 아리랑위성 1호 관제를 위해 국내 최초로 지상국 운영 시스템(Ground Station)을 구축했으며, 천리안위성 지상국 시스템을 독자적으로 개발했다. 이를 통해 현재 국가 위성자산인 아리랑위성 2호, 3호, 5호, 3A호, 천리안위성 1호, 2A호, 2B호 등 총 7기를 성공적으로 관제하고 있다. 한국항공우주연구원은 저궤도·정지궤도 위성 등 다중 위성 관제운영에 대비해 운영업무 자동화를 위한 연구를 추진해 왔으며, 위성상태 모니터링 및 이상 감지에 인공지능을 적용하기 위한 연구를 진행 중이다. 위성 관제 지상국 운영시스템은 크게 관제 시스템과 수신처리 시스템으로 구성한다. 관제시스템은 우주 공간의 위성들에 대해 원격 추적 및 명령, 위성 운용, 임무분석 등의 역할을 하며 크게 대형안테나, 무선주파수(RF) 장비, MODEM/BB 장비 등 지상 송수신, 위성 상태 및 명령 생성, 위치·자세조정, 임무계획 등 위성 관제, 그리고 복사·기하 보정 및 방송배포자료 생성 기능의 영상 전처리 시스템으로 구성된다. 수신처리 시스템은 위성에서 촬영한 영상 데이터를 지상으로 내려 받고 처리하는 역할을 한다.

해외 지상국 안테나 운영으로 위성 관제 극대화

한국항공우주연구원은 위성과 지상국의 통신 가능 영역을 넓혀 위성 관제의 극대화를 위해 국내ㆍ외에 지상국 안테나를 구축, 운영하고 있다. 아리랑위성의 한반도 및 해외영상에 대한 수요 증가에 따라 위성의 영상 촬영 횟수가 지속적으로 증가하고 있고 촬영 이후 빠른 시간 내에 영상을 획득하기 위해 국내 지상국뿐만 아니라 해외에도 지상국 안테나를 설치 운영하고 있다. 대전 본원에는 저궤도위성 관제ㆍ수신용 안테나 2기 및 정지궤도 관제ㆍ수신용 안테나 3기를 운영하고 있다. 1999년 발사된 국내 최초 지구관측위성인 아리랑위성 1호의 운용을 위해 13m 안테나시스템을 구축했으며 저궤도 7.3m 안테나시스템은 위성의 다중화로 기존 13m 안테나시스템과 독립적인 안테나의 필요에 따라 구축했으며 전천후 영상레이더위성인 아리랑위성 5호의 주 관제·수신 안테나시스템으로 사용하고 있다. 해외에는 2004년 국내 최초로 남극 세종기지에 1.5m 저궤도위성 관제용 소형 안테나를 구축, 운영하고 있으며, 2014년에는 미크로네시아 웨노섬 남태평양과학기지에 저궤도 및 정지궤도위성 관제용 2.4m 소형 안테나를 구축, 운영하고 있다. 이외에도 북극 지상기지를 활용해 아리랑위성의 명령 전송 체계를 유지하고, 위성의 안전모드, 긴급 운영, 임무 변경 등 필요 시 위성 관제 역할을 수행하기 위해 노르웨이 KSAT(Kongsberg Satellite)와 독일 우주청과의 계약을 통해 노르웨이 스발바드 지상국 안테나를 운영하고 있으며, 2017년 독일 노이스탈리치에 해외 수신시설 간 가상사설망(VPN)을 구축해 실시간 위성 관제 및 영상 수신 전송 체계를 구축했다. 위성에서 촬영한 영상은 대전 본원과 노르웨이 스발바르에 있는 위성안테나를 이용해 받고, 남극 세종과학기지와 미크로네시아 웨노섬에 있는 안테나로는 위성의 상태를 확인하고 있다.

정지궤도위성 지상시스템도 독자 개발

한국항공우주연구원은 천리안위성 1호와 천리안위성 2A·2B호의 위성 관제와 영상 수신처리를 위해 지상시스템을 국내 기술로 자체 개발했다. 천리안위성 1호와 천리안위성 2A·2B호를 위한 지상시스템은 크게 대형안테나, 무선주파수(RF) 장비, MODEM/BB 장비 등 지상 송수신, 위성 상태 및 명령 생성, 위치·자세조정, 임무계획 등 위성 관제, 그리고 복사·기하 보정 및 방송배포자료 생성 기능의 영상 전처리 시스템으로 구성된다. 구체적으로 천리안위성 1호 지상시스템은 지름 13m 안테나 1기의 지상송수신 시스템, 위성 관제시스템, 기상·해양 탑재체 영상 전처리 시스템으로, 천리안위성 2A·2B호 지상시스템은 지름 9m 안테나 각 1기씩의 지상 송수신 시스템, 위성 관제시스템, 기상·해양·환경 탑재체 영상 전처리 시스템으로 구성했다.

우주물체 감시로 안전한 위성 운영

한국항공우주연구원은 우주 파편 충돌위험 종합관리시스템과 위성 근접 우주물체 대응 업무 자동화 지원 툴을 활용하여 국가 위성자산에 대한 24시간 우주물체 충돌감시를 수행하고 있다. 한국항공우주연구원은 2014년부터 국내 처음으로 개발한 우주파편 충돌위험 분석 및 대응 소프트웨어인 ‘카리스마(KARISMA, KAri space debris collision RISk MAnagement System)’를 개발하고 이를 통해서 아리랑위성 및 천리안위성 등을 우주 파편 충돌위험으로부터 안전하게 운영하고 있다. 카리스마(KARISMA)는 미국 합동우주운영센터(JSpOC, Joint Space Operations Center)에서 공개하는 지름 10cm 이상의 우주물체(인공위성 및 우주 파편 포함)들의 궤도정보를 이용하여, 우리나라 위성들과의 충돌확률 계산, 접근 거리를 분석하여 충돌위험 회피 기동을 계획할 수 있다. 충돌위험 회피 기동은 충돌 확률이 1,000분의 1보다 높은 경우, 접근 방향 별 오차범위, 상대충돌속도 등 다양한 변수를 고려해 최적 알고리즘을 이용, 연료를 최소한으로 사용하면서 충돌 위험을 낮추는 방향으로 위성을 움직이게 된다. 카리스마(KARISMA)는 충돌위험 분석의 편리성, 자동화 기능, 3차원 해석 기능, 다양한 최적 충돌회피 기동 계획 기능 및 기존 비행역학 시스템과의 연계 기능 등을 갖추고 있다. 한국항공우주연구원은 2014년 5월 수립된 「국가 우주위험 대비 기본계획」에 따라 2021년에는 지름 10cm 이상의 인공 우주물체와 국내 위성과의 충돌 가능성을 분석하기 위한 정밀 영상레이더와 2023년에는 광학 감시 망원경을 설치할 계획이다. 향후 우주물체 감시 및 추적 레이더 시스템이 국내에서 갖추어지면 우리 위성들의 충돌위험 분석 및 대응의 신속성이 향상되면서 그 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대된다.

위성 관제 주요 임무

  • (비행역학) 위성 궤도 예측 및 계산
  • (임무계획) 카메라 작동 시기, 자세, 교신 여부 계획 수립
  • (실시간 운영) 명령에 따라 임무 정상 수행 제어
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