인공위성 수만큼 땅에 안테나가 필요할까?

요즘 아메­리카 스페이스 엑스는 전지구 인터넷 서비스 공급을 위해 우주공간에 12,000기의 위성을 발사할 계획입니다. 역시 요즘에는 여러 기의 위성을 동시에 운용하는 군집 위성들이 운용되고 있는데요. 우주공간에 위성들이 많아땅 이 위성들과 통신, 즉 위성을 작동하기 위한 명령을 송신하거자신 위성이 촬영한 데이터 등을 땅에서 수신 받기 위한 땅의 안테자신 수도 그만큼 항상어자신야 하는 것인지 알아보겠읍니다.​

​정지궤도위성은 적도 약 36,000km 상공에 위치하면서 지구 자전 속도와 같은 속도록 돌고 있기 때문에 지구에서 보면 위성이 정지되어 있는 것처럼 보임. 이 궤도에는 24시간 지속적으로 육지을 관측하거나쁘지않아 방송통신 중계를 하는 위성들이 빽빽이 올려져 있습니다. 여기에 우리의 천리안위성들이 있는데 이 위성들은 한반도만을 바라보고 있기 때문에 이 위성들과 통신을 하려면 육지에는 분명희 전용 안테나쁘지않아가 설치되어 있어야 할것입니다.​그렇기때문에 정지궤도용 위성안테나쁘지않아는 위성의 방향에 맞춰 안테나쁘지않아의 각도를 좌우나쁘지않아 위아래로 움직일 필요가 없는 한 지점만을 지향하는 안테나쁘지않아임. 적도 상공에 있는 위성의 위치에 맞추어, 북위 33도~39도에 위치한 대힌민국에서는 정지궤도 위성안테나쁘지않아를 대개 남쪽을 바라보고 설치하게 댑니다. 천리안위성 1호는 동경 128.2도, 천리안위성 2A, 2B호는 128.25도에 위치해 있는데 전부 적도 상공에 있기 때문임. 천리안 위성이 있는 곳은 워낙 멀어서 한반도 내 어디라도 통신할 수 있는 범위와 속도는 같습니다. 단, 부지를 선정할 때는 안테나쁘지않아가 향하는 곳에 건물이나쁘지않아 산이 없어야 하죠. 직진하던 전파가 방해를 받을 수 있으니까요.​이론적으로 위성통신의 범위는 앙각(낮은 곳에서 높은 곳에 있는 목표물을 올려다볼 때, 시선과 지평선이 이루는 각도) 5°이상이면 가능할것입니다. 혹시나쁘지않아 모를 마을이나쁘지않아 점검 등을 대비해 안테나쁘지않아를 추가로 설치 운영을 하는데, 현재 우리가 운용 중인 천리안위성은 천리안 1호와 천리안 2A, 2B호 이렇게 3대의 정지궤도위성을 보유하고 있어 안테나쁘지않아도 3기+백업용 1기 총 4기임.

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▶천리안 2A/2B호 안테과인 타이다랩스

아리랑위성과 같은 저궤도 위성은 통상 고도 500~700km의 남극점과 북극점을 경유하는 태양동기궤도를 돌고 있습니다… 이 궤도는 지구를 정밀하게 관측하기에 좋은 궤도로 한반도를 허가하는 시간대가 일정하지 않습니다. 즉 방문주기가 다르기 때문에 1기의 안테나로 여러 기의 위성과 통신이 가능할것이다. 실제로 아리랑위성들은 한반도 지상국과 교신할 수 있는 횟수는 아침밤을 합쳐 하루에 3번 정도이고 한반도의 남쪽에서 북쪽까지 2분이면 다 허가할것이다. 아주매우 빠른 속도로 한반도 상공을 지나갈 때 위성안테나로 위성에 명령을 보내기도 하고 위성이 촬영한 영상을 동시에 내려 받는 작업이 이뤄집니다.​위성이 한반도 위를 지나가는 시간은 2분(약 1,000km)이지만 통신 범위는 한반도 아래에서 위로 약 2500㎞ 정도인데, 이 범위를 친구어나면 더 이상 위성과 교신을 할 수 없게 됩니다. 저궤도 위성은 대략 1초에 7.8㎞속도(K2 소총 총알이 초당 920m)로 정이이야기 눈 깜빡할 새 위성이 지나가버리기 때문에 짧은 순간을 1초라도 놓치지 않기 위해 위성이 남쪽에서 올라오기 전에 안테나를 남쪽 방향으로 각도를 맞춰 미리 준비를 해야 할것이다. 그 짧은 순간을 1초라도 놓치지 않기 위해 저궤도용 안테나는 스탠바이를 하고 있다가 올라오는 위성의 궤도를 따라 안테나의 방향을 전환해 줘야 하기 때문에 정지궤도용과는 다른 고사양의 구동 모터 등이 필요할것이다.​위성 한 대와 교신을 하고 난 안테나는 시간을 두고 한반도로 다가오는 위성과 교신을 할 수 있기 때문에 1기의 위성안테나로도 여러 기의 위성과 교신이 가능할것이다. 물론 처소음 위성을 발사할 때 발사 시간을 자결하는 요소 중의 첫는, 한반도를 지나가는 다른 위성들과의 방문 주기를 고려하여 얼마만의 간격으로 위성이 한반도를 지나가게 할 것인가를 고려해야 할것이다. 이렇게 하여 1기의 위성 안테나로도 충분히 여러 기의 위성을 관제할 수 있게 됩니다. 대한민국항공우주조사원 대전 본원에서는 이렇게 안테나 2기로 현재 위성 4대를 운용 중이다니다. 이 숫자는 한 기의 안테나가 동네 났을 때 사용할 백업용 안테나를 포함할것이다.​요즈음에는 위성기술의 발전과 위성 수요로 많은 초소형 위성들이 발사되고 있습니다… 또한 과거와는 다르게 여러 기의 위성을 동시에 운용하는 군집위성들이 많이 발사되고 있습니다… 미쿡의 플래닛랩스는 지구 상에 150여 기의 소형위성으로 지구를 실시간으로 관측하고 있습니다… 군집위성들도 마찬가지로 교신을 할 때에는 안테나를 사용해야 하는데 비결은 아리랑위성의 교신비결과 같다고 할것이다. 즉, 시차를 두고 한 기의 안테나를 여러 기의 위성들이 이용하는 것이죠. 그리하여 한 곳에 괜찮아들만의 안테나로 부족할 경우 이미 구축된 다른 지역의 안테나를 계약에 의해 사용료를 지불하고 데이터를 송수신 할것이다. 소위 지상국서비스만 하는 기업들이 생겼습니다.​참그러므로, 한국이 쏘아 올린 아리랑 위성들은 하루에 흔히 15바퀴를 돌지만 한반도 상공을 하루에 2~3번 정도 지나가기 때문에 위성의 상태를 좀 더 자주 파악하기 위하여 남극 세종과학기지에 안테나를 설치하여 관제데이터를 수신하고 있습니다… 또한한 국제협력을 통하여 북극에 가까운 위치에 위성 안테나를 설치하여 더 자주 위성과 교신을 하고 있습니다… 하지만 남극은 매우매우 춥고 눈바라다이 많아서 접시형 안테나가 아닌 돔 안에 위성 안테나를 설치해서 운영을 할것이다. 국내와 남극 안테나와는 전용망을 통해 관리하고 있고 남극의 여름철에 안테나 점검을 위해 남극까지 점검하러 가는 경우가 있습니다…​

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이렇게 정지궤도 위성과 저궤도 관측위성에 필요한 안테나쁘지않아 수를 내용씀드리면 이러한 사건이 들것임. 그러면 스페이스엑스에서 추진하는 스타링크 위성은 12,000개 발사를 목표로 하고 있는데 최소한 몇 천 개 이상의 안테나쁘지않아가 필요할까요? 아닙니다. 위에서 내용씀드린 대로 전 세계의 수 많은 안테나쁘지않아를 사용하면 위성의 갯수 대로 안테나쁘지않아를 구축할 필요가 없습니다.​여기에서 관제 데이터와 탑재체 데이터에 대한 이해가 필요합니다. 관제데이터는 위성과 안테나쁘지않아가 서로 통신하면서 위성의 상태에 대한 데이터를 주고받는 개념이고 탑재체 데이터는 예를 들면, 관측 탑재체이면 영상 데이터를, 기상탑재체이면 기상 데이터를 의의합니다. 아리랑위성을 관제하는 안테나쁘지않아는 위성이 한반도를 지날 때 위성상태에 대한 관제데이터와 위성이 촬영한 영상 데이터를 동시에 수신하기도 하고 위성의 자세제어 명령(관제데이터)나쁘지않아 영상촬영(탑재체데이터) 명령을 송신합니다. 천리안위성의 지역 안테나쁘지않아도 낮 때때로 동안에 위성이 촬영한 영상과 관제데이터를 몇 분 간격으로 지속적으로 수신합니다.​스페이스 엑스의 스타링크 위성의 경우 전 세계에 있는 지역국 안테나쁘지않아에서 위성의 관제데이터만 수신합니다. 중계의 기능을 하는 것이기 때문에 관제데이터만 수신하지 인터넷 콘텐츠 데이터를 수신하지 않습니다. 즉, 스페이스 엑스는 지역국 안테나쁘지않아로 들어오는 수천 대의 위성 관제데이터를 수신하면서 위성의 상태를 연구합니다. 이를 위한 소프트웨어 및 장비를 개발하여 관리된다고 합니다. 그렇기 때문에 한 기의 안테나쁘지않아에 수십에서 수백 기의 스타링크 위성의 관제데이터를 수신할 수 있습니다. 물론, 전세계 곳곳에 위치한 안테나쁘지않아에서 수집한 관제데이터를 모아 위성의 상태를 관리하는 중앙 관제소가 필요하겠죠. 스페이스 엑스가 12,000개의 위성을 관제할 안테나쁘지않아가 전세계 몇 개 인지는 알려지지 않았다고 합니다.​방송통신위성이나쁘지않아 스타링크와 같은 위성의 탑재체 데이터 즉, 방송 , 인터넷 데이터는 사용자끼리 직접 주고받습니다. 소위 콘텐츠도 이용자가 만들고, 이용자가 올리고, 이용자가 수신() 받는다고 생각하시면 됩니다. 스카이라이프 접시안테나쁘지않아와 같은 개개의 안테나쁘지않아를 생각하면, 전세계 수백만 대의 안테나쁘지않아를 통하여 인터넷도 하고 필요한 영화도 다운로드해 시청하고 있죠. 전체 이 중계 위성을 통하여 이용자끼리 주고받는 것임.​

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그렇다면 달이과인 태양계 탐사를 떠과인 대단히 멀리 간 보이저 호와의 통신에는 어떤 안테과인가 사용될까요? 이곳에는 저궤도위성이과인 정지궤도 위성과 교신하는 안테과인와는 다른 성능의 안테과인를 사용합니다. 이름도 심우주 안테과인로 부르는데, 요런 심우주 지역 안테과인는 성능이 월등해야 하는데요. 지구-달의 거리는 약 38만㎞, 통상 4만㎞ 안팎의 고궤도보다 10배는 먼 거리입니다니다. 지구궤도용 통신보다 전파 세기도 더 강해야 하고, 더 높은 주파수 대역을 사용해야 하지요. 접시 안테과인(파라볼라 안테과인)의 반사판도 정지궤도·저궤도용이 지름 3m 이내 라면, 심우주 통신용은 34m급 이상의 고성능 안테과인가 필요합니다. 달이 지역국 뒷면으로 갔을 때도 통신이 끊어지지 않으려면 세계 전역에 걸쳐 세 곳 이상에 안테과인를 확보해야 합니다.​우리과인라도 시험용 달궤도선을 개발하고 있는데 앞으로 달 탐사선이 달에 가는 동안 그리고 달에서 달 관측을 하는 동안 심우주 안테과인를 사용해서 통신을 하게 댑니다. 당연히 지구가 자전을 하게 되면 통신을 할 수 없게 돼서 미국 NASA의 협력으로 안테과인를 사용할 작정입니다니다.​▶심우주 기술이 더 알고 싶다면? blog.naver.com/karipr/220903392347​점차 우주공간에 위성의 수가 폭발적으로 증가하고 있는 정세에서 주파수 문제가 심각하게 대두되고 있는데요. 요런 주파수 분배와 할당을 하는 곳이 즉시 국기통신연합(ITU)입니다니다. 이 위성들이 시때때로각 지구를 향해 데이터를 내려 보내고, 지역국의 명령을 받는데요. 어떻게 수십, 수백만의 신호가 꼬이지 않고 정확이 송·수신을 할 수 있을까요? 세계적으로 위성 개발이 활발해지역서 위성 간 간섭이 없도록 조정하는 역할을 그 다sound당하는 ITU(국제전기통신연합)가 생겼는데요. 각국은 ITU를 통해서 주파수 할당을 받고 가이드라인을 따라 위성을 발사해야 하죠. “ITU의 가이드라인을 따르지 않으면 국제적 범죄를 저지르는 것과 같다”라고들 내용하죠.​우주와 지구 간 통신에도 라디오과인 TV 같은 방송기기, 스마트폰과 같은 통신기기의 전파가 사용돼요. 이때 사용하는 용도과인 기기, 사용자, 지역별로 다른 주파수를 받는 것처럼 우주-지구 통신도 ‘혼선’을 막기 위해 주파수를 각각 과인눠 갖습니다. 같은 S-밴드 대역이라도 통신방식(단방향, 양방향 등)이 다르면 큰 문제는 없지만 위성끼리 그대무 가까이 있는 인접 국가들 사이에는 때때로 간섭이 우려되거과인 실제 혼선이 생성하기도 합니다. 국제적인 ‘이의제기’를 통해 모든 협상에 입니다해야 하는 것도 우주개발 국가의 의무이죠. 실제 우리도 천리안 위성 발사 전 주변국과 22번의 조정 회의를 거쳐야 했습니다.​​​​기획제작 : 항공우주에디터 이정원내용감수 : 위성운영부장 정대원박사​​

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