대덕밸리이야기

※ 다음 자료는 한국항공우주연구원이 발간한 '다목적실용위성 아리랑 3호 프레스킷'을 바탕으로 한 것입니다.

---

□ 발사 예정일시 : 2012. 05. 18(금), 01:39:01(현지/한국시각)

○ 발사 윈도우* : 01:39:01 ~ 01:42:01(현지시각, 한국시각)

* 인공위성의 발사 가능 시간대(위성발사 후 궤도안착 까지 태양전지판 등에 대한 태양 광선의 입사상황을 고려할 때 한정된 시간구간 내에서 발사 가능)

 

□ 발사체 및 발사장

○ 발사체 : H-IIA

○ 발사장 : 일본 다네가시마 우주센터(JAXA)

○ 발사용역업체 : 일본 미쓰비시 중공업사

 

□ 발사 후 지상 궤적

 

□ 발사 형상

○ H-IIA 발사체는 정지궤도 천이궤도(36,226km×250km)에 4000kg의 위성발사가 가능한 발사체로, 이번 발사 시 우리나라의 아리랑 3호와 JAXA의 GCOM-W1 및 소형위성 2기를 동시에 발사할 예정

○ 2단 발사체에 아래의 그림과 같이 위성이 탑재된 이중 발사 형상으로 발사하게 되며 아리랑 3호는 상단 페어링에 내에 위치

- GCOM-W1 및 2개의 소형위성은 하부페어링 내에 위치

 

□ 발사 준비 

○ 발사준비과정은 위성 및 관련 지상장비 등이 발사장에 도착한 이후에 진행되는 위성체 작업, 발사체 작업, 공동 작업 등을 의미 

○ 아리랑 3호는 한국에서의 최종 기능점검을 완료(’12.2.28)하고 3월 16일, 안전하게 다네가시마 발사장으로 이동 완료 

○ 발사 준비일정 : 약 60일 정도 소요예정

일(Day)	점검 항목
L-60 ～ L-31	위성 기능 점검
L-30 ～ L-26	위성 추진제 충전
L-25 ～ L-15	위성 최종 점검
L-14	상단/하단 페어링 종합
L-10	페어링과 발사체 결합
L-7	임무준비 점검회의
L-6	발사 리허설
L-5	종합 전기접속 시험
L-3	발사준비 점검회의
L-1	발사대로 이동
L-0	발사

 

□ 발사 

○ 발사체 이륙 및 위성분리 주요단계 

순서	시간	주요단계	고도(km)
발사체 이륙	L+0 초	발사 (Lift-off: L)	-
	L+126 초	고체로켓부스터 분리	59
	L+250 초	상단 페어링 분리	148
	L+396 초	1단 주엔진 연소 중지	301
	L+404 초	1단 분리	313
	L+410 초	2단 엔진 점화	322
	L+926 초	2단 연소 중지	676
발사체와 위성분리	L+976 초	아리랑 3호 위성 분리	676
	L+1161 초	하단 페어링 분리	679
	L+1391 초	GCOM-W1 위성 분리	683
	L+2000 초	SDS-4 위성 분리	696
	L+3000 초	HORYU-2 위성 분리	692

○ 발사 후 단계별 고도
 

 

○ 발사 예상경로

 

□  사용궤도 및 궤도 획득 프로세스

 

아리랑 3호는 평균고도 685km 의 태양주기궤도상에서 임무를 수행하게 되며, 적도를 북반구 방향으로 상승통과하는 평균 지방시(승교점 지방시)는 오후 1시 30분이다. 다음은 발사체와 위성체 분리이후, 위성이 최종운용궤도에 안착하기까지의 과정을 요약한 것이다. (아리랑 3호가 최종운용궤도에 안착하는 상세계획은 발사체와 분리된 이후 발사체의 진입 정밀도에 따라 달라진다)

 

< 발사 이후 위성 지상 궤적 >

 

□ 1단계 : 위성체 분리 (L+976.2초)  

○ 발사 후 976.2초 이후 위성체가 발사체로부터 분리된다. 이때의 고도는 676km 이고, 원궤도이다.

○ 위성체 분리 위치는 동경 129.103도 / 북위 2.375도 이며, 분리 직후 발사체 관제국에서 위성체가 분리되었다는 발사체 신호를 수신하여 한국항공우주연구원으로 전달해 줄 계획이다.

□ 2단계 : 위성으로부터 첫 원격자료 수신 (L+39분) 

○ 위성이 발사체와 분리 된 이후, 첫 교신은 남극에 위치한 KSAT사*(노르웨이)의 트롤(Troll) 지상국에서 수행된다.

※ 노르웨이 트롬쇠(Troms)에 위치한 위성 원격측정 및 명령 서비스 제공 업체로,북극의 스발바드 지상국(북위 78도)과 남극의 트롤 지상국(남위 72도)을 운영함. 이곳에 분포된 안테나를 이용, 일일 15회 위성 원격측정 및 명령 제공이 가능함,

○ 이 시기에는 태양전지판의 성공적인 전개 여부는 확인이 불가능하고, 위성의 현재 상태에 대한 모니터링이 가능하다.

 

□ 3단계 : 위성체 분리 시점의 궤도정보 획득 (L+1시간)

○ 발사체 회사는 발사이후 1시간이 경과하면, 위성체 분리 당시의 정밀궤도정보를 한국항공우주연구원에 제공할 계획이며, 이를 이용해 초기분리궤도와 최종운용기준궤도의 차이에 대한 분석을 수행한다.

 

□ 4단계 : 태양전지판 전개 성공 여부 확인 (L+100분)

○ 발사 1시간 29분 이후, 위성체는 KSAT사의 노르웨이 스발바드 지상국과 교신을 하게 되며, 이 교신에서 태양전지판의 성공적인 전개 여부를 1차적으로 확인한다.

○ 발사 1시간 40분 이후, 대한민국의 대전 지상국(항우연)과 교신을 하게 되며, 이 교신에서 태양전지판의 성공적인 전개 여부를 최종 확인한다.

○ 다만, 발사 초기에는 궤도 정보의 오차가 크기 때문에 위성의 정확한 위치를 알기 어렵고 위성의 초기 자세에 따라 지상국과의 교신이 어려울 수도 있다. 통상 발사 후 4시간이 경과하면 비교적 정확한 궤도 정보를 확인 할 수 있어 발사 성공 여부 및 위성의 건강 상태를 알 수 있다.
 

□ 5단계 : 최종운용기준궤도 안착 (초기운용 기간(LEOP) 중)

○ 위성본체에 장착된 GPS 수신기의 운용을 통해 아리랑 3호의 궤도결정을 수행한 이후, 초기분리궤도와 그 일치성 여부를 분석하고, 최종운용기준궤도로 궤도안착을 수행하기 위한 궤도조정 계획을 수립한다.

 

□ 초기구동 및 점검 (IAC, Initial Activation & Check-out)

인공위성이 궤도 상에서 정상 운용되기 위해 필요한 구성 장치의 전원을 투입한 후 정상동작 여부를 확인하는 절차

○ 위성본체 궤도상 초기 구동 및 점검 수행 : L ~ L+1주

- 발사 후 각 부분체별 상태 점검

- X-band 안테나 전개

- 각 부분체별 궤도 상 성능 점검

- 안전모드로부터 임무모드까지 모드 전환 및 각 부분체별 상태 점검

- 임무 기동 성능 검증을 위한 기동 시험

- 궤도 조정 성능 검증을 위한 궤도 조정 시험

○ AEISS 탑재체 궤도상 초기 구동 및 점검 수행 : L+2주 ~ L+3주

- 탑재체 각 장치 별 상태 점검

- 안테나 추적 기능 점검

- 영상 촬영 기능 점검

- 영상 전송 기능 점검 

 

□ 검보정 (Cal/Val, Calibration and Validation)

시스템 성능을 확인하고, 시스템이 설계 특성을 갖도록 조정하는 작업

○ 검보정 : L+4주 ~ L+23주 [TBD]

- 기하보정(geometric)　:　위성 영상의 정확한 위도, 경도 추정 등위성 영상의 위치와 관련된 특성 보정

- 방사보정(radiometric)：입사 광량과 신호 관계 추정 등 위성 영상의 방사 관련된 특성 보정

- 공간보정(spatial)：위성 영상의 해상도 관련 보정

 

□ 위성 운용

○ 초기 운용 단계에서 위성 시스템의 기능 및 성능에 대한 확인이 완료되면 정상 운용 단계로 진입한다. 정상 운용 시점에서는 지상 시스템 운용 절차에 의거하여 아래의 운용 업무가 수행된다.

- 위성 시스템 기능/성능 모니터링 및 제어

- 위성 시스템 운용 계획 수립

- 위성 시스템의 궤도/자세 결정 및 궤도 예측/조정/관리

- 위성 시스템/지상 시스템 간의 통신 상황 모니터링

- 지구 관측 영상 자료 수신/처리 및 사용자 배포 

< 아리랑 3호 영상제공 서비스 관련시설 >

 

 
□ 영상제공 서비스 절차 

○ 정상 운용 단계에서의 사용자 서비스 관련 지상시스템 운영 절차

- 사용자로부터 촬영 주문 접수

- 촬영 계획 및 임무 계획 생성

- 위성 명령 생성 및 전송

- 지구 관측 자료 수신/처리

- 지구 관측 영상 제품 생성 및 사용자 배포 

< 정상운용단계 지상시스템 운용절차 >

  

□ 한국항공우주연구원 위성정보연구센터 

○ 위치 : 대전 한국항공우주연구원 내 
○ 주요 기능 : 위성 관제와 영상 데이터 처리
- 위성의 상태 확인과 명령 송신을 통한 위성 관제를 담당
- 각 기관에서 보낸 임무 요청을 바탕으로 임무를 계획하고 해당 명령을 위성으로 보내어 아리랑 위성의 임무 수행을 지원
- 위성 영상 수신, 저장, 처리 및 사용자 배포 

○ 주요연혁

- 1998년 11월 27일 준공
- 1999년 12월 21일 발사된 다목적실용위성(아리랑) 1호 운용
- 2006년 7월 28일 발사된 다목적실용위성(아리랑) 2호 운용
- 2009년 6월 발사된 통신해양기상위성(천리안) 위성 운용 

○ 센터 구성

- 안테나동 : 다중대역 안테나와 RF 장비
- 위성운영동 : 운용 장비 통합감시시스템/무중단 전력공급시스템/출입통제시스템/실시간 위성신호감시 및 저장 시스템/저저항접지시설/처리시스템 및 운영실 등

 

□ 지상운영시스템

○ 아리랑 위성 지상운영시스템은 순수 국내기술로 개발되었으며, 항우연은 위성운영 부분에 대해서 ISO 9001 인증을 획득

○ 지상운영 시스템은 위성관제시스템과 기반시설시스템으로 구성

- 위성관제시스템 : 위성 상태 감시ㆍ조정, 임무수행을 위한 계획 및 명령 등의 기능을 수행하며 항우연 종합관제실에 설치 운영

- 기반시설시스템 : 건물, 종합관제실, 네트워크, 통신, 해외 안테나 망, 전력 및 오디오 시설과 유지보수 부분 등으로 구성

  

□ 위성관제시스템 구성(서브시스템) 

○ 원격측정 및 명령 서브시스템 (TTC : Telemetry, Tracking and Command Subsystem)

- 위성과의 관제 RF 통신, 위성 추적, 레인징 기능을 제공한다. 위성운용 서브시스템(SOS)으로부터 위성통제 명령 신호와 위성 추적 명령을 수신하고 CCSDS 처리, 4 Kbps로 포맷된 데이터의 변조 등을 수행한다. 또한 아리랑 3호로부터 4.096Kbps 및 1.5625Mbps로 원격측정자료를 수신한 후 원격측정 데이터를 복조하여 SOS로 전송한다.
 

○ 위성운용 서브시스템(SOS : Satellite Operations Subsystem)

- 위성이 보내오는 상태 정보를 실시간으로 분석하고 임무 수행에 필요한 명령을 위성으로 송신한다. TTC를 통해 받은 위성의 원격측정데이터를 수신하여 분석 가능한 자료로 처리한다. 처리된 위성의 상태 데이터는 관제시스템 내의 MPS나 FDS에 배포되며, 원시데이터는 대용량 저장장치에 보관된다. 보관된 데이터는 위성의 상태변화 추이분석에 사용된다. 또한, SOS는 MPS로부터 전달된 촬영계획을 이용하여 명령으로 변환한 후, 위성에 전송하는 역할을 수행한다. 

 

○ 임무계획 서브시스템(MPS : Mission Planning Subsystem)

- 위성의 궤도 이벤트를 예측하고 위성체 운용계획 및 사용자로부터 전달된 영상촬영계획을 이용하여 임무 스케줄링을 수행하여 촬영계획을 생성하고 이를 SOS로 전달한다. 촬영계획에 따른 임무일정표는 영상수신을 위해 IRPE(Image Receiving and Processing Element)로 전송된다. 또한, 위성의 자세 기동에 필요한 GPF(Guidance Parameter File)와 위성 X-대역 안테나 구동에 필요한 TPF(Tracking Parameter File)를 생성하는 역할을 수행한다.

   

○ 비행역학 서브시스템(FDS : Flight Dynamics Subsystem)

- 위성의 궤도예측, 궤도결정, 궤도조정 기능을 제공한다. 궤도예측은 고정밀도궤도전파기를 사용하며, 사용자의 선택에 따라 섭동력 성분을 조정할 수 있다. 또한, 궤도결정은 GPS 항행해 또는 안테나 추적 데이터를 이용한 운용궤도결정과 위성의 GPS 원시 자료 및 IGS(International GPS Service) 정보를 이용하는 정밀궤도결정으로 구분된다. 궤도조정은 임무궤도를 유지하기 위해 필요한 궤도조정 시각 및 추력기 사용시간을 계산하는 것이다. 이 외에도 위성의 원격측정데이터를 이용하여 PVT 방법을 통해 위성의 잔여연료량을 계산하는 기능이 포함된다. FDS에서 생성된 정밀한 궤도정보는 IRPE로 전달되어 영상처리에 사용된다. 

 

○ 위성시뮬레이터 서브시스템(SSS, Satellite Simulator Subsystem)

- 위성의 동작상태를 S/W로 모사하는 기능을 가지며 위성으로 보낼 명령을 입력하면 시뮬레이션 결과를 보여준다. 따라서 고가의 위성체를 대신하여 각종 시험과 운영자 교육에 사용되며 위성 발사 후에는 위성 장애 원인 분석과 위성 상태 예측에 이용된다.