우리얘기

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

□ 국내 최초의 서브미터급(1m 이하) 해상도 지구관측위성 

○ 0.7m급 해상도의 전자광학카메라를 탑재하여 정밀한 지구관측 가능

- 현재 운용 중인 아리랑 2호(해상도 1m)보다 높은 해상도로 개발되어 지구 저궤도 관측위성 개발기술 향상
※ 저궤도 : 지구 표면으로부터 200∼2000km인 고도의 인공위성 궤도를 의미

○ 향후 4년간 공공안전, 재해재난, 국토ㆍ자원관리, 환경감시 등에 활용될 고해상도 지구관측영상 공급예정 

○ 한국항공우주연구원과 국내기업체들 간 협력으로 개발

- (주)한국항공우주산업, (주)대한항공, (주)한화, (주)두원중공업, 세트렉아이 등 다수의 국내업체 참여
- 서브미터급 고해상도 광학탑재체의 국내 독자 조립/정렬/시험 등 개발능력 확보 

○ ‘12년 5월 일본 다네가시마 우주센터에서 발사예정(발사체 : H-IIA)

< 아리랑 3호 형상 >

 
□ 서브미터급 광학카메라를 탑재한 초고해상도 위성 개발

○ 세계 상업용 위성영상판매 시장을 주도하고 있는 미국의 GeoEye-I, World View I&II, 프랑스의 Pleiades 위성 등과 같이 서브미터급 위성영상을 제공하는 고해상도 지구관측위성

< 서브미터급 지구관측위성 현황 >

○ 다목적실용위성 시리즈 개발을 통해 고해상도 광학카메라의 지속적인 성능향상을 도모하여 위성개발 선진국과의 기술격차 해소
※ 아리랑 1호(’94 발사) : 해상도 6.6m → 2호(’06 발사) : 해상도 1m → 3호(’12 발사) : 해상도 0.7m → 3A호(’14 발사예정) : 해상도 0.55m 

< 다목적실용위성 전자광학 탑재체 개발 현황 >

□ 급속기동 촬영성능을 보유한 위성 개발

○ 고성능의 급속기동 촬영* 성능을 바탕으로 여러 지역의 영상을 신속하게 촬영하여 제공할 수 있음

* 위성의 흔들림을 최소화한 채 빠르게 기동하여 촬영하는 기능으로 동일한 위치에서 여러 지역 촬영 및 한 지역 반복 촬영 등 다양한 촬영이 가능

□ 상용 위성영상 시장 진입 활성화

○ 세계 지구관측 위성영상 시장규모는 '09년에 10억불을 넘어선 것으로 추정되며 '18년까지 약 39억불 규모로 성장 예상(Euroconsult 2009)

- 아리랑 2호는 ’07년부터 위성영상시장에 진출하여 대만, UAE, 유럽우주청 등에 2,200만불 상당의 직수신권 판매 및 약 26억원의 개별영상판매 실적 달성(’11.12 현재)

○ 아리랑 3호를 통해 상용 위성영상시장을 주도하고 있는 초고해상도(서브미터급) 위성영상 시장에 진입함으로써 위성영상 판매 활성화

□ 국민 삶의 질 및 국가위상 제고

○ 지상․환경관측, 농작물 작황 및 산불피해 분석 등 국가 재난관리업무에 필요한 위성 영상정보 제공지원

○ 홍수, 가뭄, 지진 등 재해재난 발생 시 피해저감을 위해 위성영상을 제공하는 국제기구인 인터내셔널 차터 활동 등을 통해 국제사회에 기여

○ 국내주도의 인공위성 개발을 통해 청소년들에게는 꿈과 희망을, 국민에게는 우주개발 국가로서의 자긍심 제고

 □ 아리랑 3호의 주요 부분

○ 위성체는 상부 구조모듈, 장비 모듈, 추진모듈, 태양전지판으로 구성

- 상부 구조모듈 : 탑재체(AEISS) 온도 유지를 위한 다층박막단열재(MLI)와 히터, 지상국과의 통신을 위한 송수신 안테나가 위치
- 장비 모듈 : 전력계 장비, 자세제어계 장비, 원격측정 명령계 장비 등이 위치
- 추진 모듈 : 위성의 궤도조정과 자세제어를 위해 사용되는 추진제 탱크, 소형 추력기 등이 위치
- 태양전지판 : 위성에서 사용하는 전력을 생산하는 장치로 위성체가 발사체로 분리된 후 전개됨

□ 주요 규격 및 제원

□ 위성본체의 구성 및 기능

○ 위성본체는 기능에 따라 구조계, 열제어계, 전력계, 자세제어계, 추진계, 원격측정 명령계 등의 서브시스템으로 구성됨
 

1) 구조계

- 인공위성의 뼈대가 되는 부분으로, 위성몸체와 태양 전지판, 안테나의 구조물, 탑재체와 각종 센서류를 장착하기 위한 보조 패널과 지지대, 안테나 전개장치와 태양 전지판 전개장치 등의 설계와 제작이 포함

<태양전지판 장착 작업>

2) 열제어계
- 영하 100도와 영상 150도를 오가는 혹독한 우주환경에서 인공위성의 각 장치들이 원활히 작동할 수 있도록 적당한 온도 범위를 유지시켜 줄 단열재, 히터, 온도 센서 등으로 구성
<방열판>

3) 전력계
- 위성에서 사용하는 전력의 안정적인 공급을 담당하는 부분으로, 태양전지판과 충전용 배터리, 전력제어 및 분배기로 구성

4) 자세제어계
- 위성체가 지구주위를 회전하면서 일정한 방향으로 지구를 향하도록 자이로스코프, 태양센서, 별추적기, 반작용 휠, 추력기 등의 장치를 이용하여 자세를 제어하는 장치
- 아리랑 3호는 자세지향 정밀도*는 0.02도 이하로서 매우 정밀한 제어능력을 가짐

<자이로스코프>

* 자이로스코프 : 회전시 구조물에 가해지는 진동을 측정하여 회전속도를 측정하는 각속도 센서

* 태양센서 : 감지된 태양광에 따라 생성된 아날로그 전류로 자세 측정 센서

* 별추적기 : 광학계에 획득된 별영상의 상대위치를 이용한 자세 측정 센서

* 반작용 휠 : 회전체의 반작용 원리를 이용한 자세제어용 구동기

* 추력기 : 추진제를 사용하여 토크를 발생시키는 자세제어용 구동기

5) 추진계

- 우주공간에서 위성의 궤도조정과 자세제어를 위해 사용되는 추진제 탱크, 4쌍(8개)의 소형 추력기 등이 포함
- 추진제로는 하이드라진(Hydrazine)이라는 화합물이 사용됨
<추진제 탱크>

6) 원격측정 명령계

- 위성을 관제하는 지상국과의 무선통신을 담당하는 서브시스템으로, 무선 송수신 장치, 송수신 안테나, 무선 분배기 등으로 구성

7) 비행소프트웨어계

- 인공위성의 두뇌에 해당하는 탑재컴퓨터에 이식되어, 위성 내부에서 일어나는 대부분의 동작을 관장하는 서브시스템 

□ 탑재체 : AEISS (Advanced Earth Imaging System)

○ 영상을 촬영하는 ‘전자광학카메라’와 촬영된 영상을 저장 및 압축하여 지구로 전송하는 ‘자료전송시스템’으로 분류

- 구성요소 : 구성품을 지지하는 고안정성 경통 구조체(HSTS: High Stability Telescope Structure), 지상의 영상을 반사시켜 주는 광학 반사경(Optical Mirrors), 반사경에서 들어온 빛을 전기신호로 변환하는 검출기(Detector)와 이를 포함하는 초점면 조립체(FPA: Focal Plane Assembly) 등

□ 위성영상 활용 분야

○ 지구관측위성 영상은 환경, 기상, 해양, 지질, 지도제작, 임업, 수자원, 농업 등 다양한 분야에서 이루어지고 있음

○ 2006년 7월에 발사되어 현재까지 운용되고 있는 아리랑 2호(해상도 1m)의 영상은 주로 국내 공공기관 중심으로 수요

- 국토·해양모니터링, 토지피복분류, 작물재배 면적 및 생산량 추정 등에 다양하게 활용됨

○ 위성기반 재해재난대응 국제기구인 인터내셔널 차터에 가입(’11.7 정식가입)하여 재해재난으로 인한 피해저감 및 국가위상제고에 기여

□ 아리랑 3호 영상 활용

○ 아리랑 3호 발사에 따라 위성영상의 양적증가와 질적향상이 이루어져 그간 문제점으로 지적되어왔던 영상 공급부족의 문제가 다소 해소

- 아리랑 2호를 중심으로 이루어졌던 다양한 분야들에 대해 보다 정밀하고 효율적인 위성정보의 활용이 기대

  < 해상도별 위성영상 비교 >

서브미터급

1m급(아리랑2호 영상)

* 여의도 지역을 촬영한 위성사진으로, 좌측이 아리랑 3호급 해상도의 타 위성영상임

○ 향후 전천후 지구관측이 가능한 아리랑 5호(영상레이더)가 발사되면, 레이더영상과 광학영상의 융ㆍ복합으로 위성활용분야가 확대 될 것

※ 광학영상은 육안해석 등에 있어 매우 효과적인 정보를 제공하며, 레이더 영상은 마이크로파 영역의 전자기파를 이용하므로 비나 구름 등의 기상 조건, 주야 조건에 관계없이 지표면에 대한 자료를 효과적으로 획득

광학 영상

레이더 영상

광학 영상

레이더 영상

○ 인터내셔널 차터 활동이 강화되어 국가위상제고에 크게 기여

한국항공우주연구원이 개발한 다목적실용위성 3호(아리랑 3호)가 오는 18일 우주로 올라갈 예정입니다.

아리랑 3호는 우리나라 최초의 서브미터급인 0.7m급 해상도 영상장비를 장착한 관측위성입니다.

이번 발사에 이어 올해 하반기 예정된 레이더 관측 위성 아리랑 5호까지 발사되면 우리나라는 전천후·고해상도 지상 관측 능력을 확보하게 됩니다.

다목적실용위성(아리랑위성) 3호 개요

◆ 전 세계를 들여다보는 대한민국의 눈

우리나라는 아리랑 3호 위성 개발을 통해 고해상도 관측위성 분야에서 선진국과의 기술격차 급속도로 좁혀가고 있습니다.

아리랑 3호는 70㎝급 고해상도 영상을 제공하게 되는데, 세계적으로 이 같은 수준의 고해상도 영상을 상업적으로 제공할 수 있는 위성은 미국과 유럽 일부 국가 뿐입니다.

게다가 아리랑 3호는 고성능의 급속기동 촬영 성능을 보유하고 있어, 이를 바탕으로 수요자의 다양한 요구를 반영해 여러 지역의 영상을 신속하게 촬영해 제공하는 능력을 갖추고 있습니다.

급속기동 촬영은 위성의 흔들림을 최소화한 상태로 움직여 촬영하는 기능으로, 여러 지역 촬영이나 한 지역의 반복 촬영, 특정 부분의 연속 촬영 등이 가능한 최신 기술입니다.

앞서 쏘아올린 아리랑 1호와 2호는 위성 본체를 중심으로 좌우에 태양전지판을 장착하고 있어 급속 기동시에 위성이 출렁거리는 현상이 발생합니다.

한국항공우주연구원 연구팀은 아리랑 3호의 태양전지판을 위성 본체에 붙이고, 위성 자세제어 알고리즘도 개선해 기동 중 위성의 흔들림을 최소화 해 안정적인 촬영이 가능토록 했습니다.

이번 발사로 우리나라는 현재 활동 중인 아리랑 2호의 1m 급 고해상도 영상에 더해 70㎝ 급 고해상도 영상을 확보함으로써, 다른 특성을 갖는 2가지 종류의 영상을 동시에 획득해 정보 분석 범위가 대폭 확대되었습니다.

이는 앞으로 레이더 영상을 제공하는 아리랑 5호와 광학 및 적외선 영상을 제공하는 아리랑 3A호의 운영이 시작될 경우, 다양한 종류의 영상을 통합 분석함으로써 더욱 큰 강점으로 부각될 전망입니다.


◆ 아리랑 3호의 활용 범위

위성 영상정보의 활용은 환경, 기상, 해양, 지질, 지도제작, 임업, 수자원, 농업 등 다양한 분야에서 이뤄지고 있습니다.

지난 2006년 발사돼 현재까지 운용되고 있는 아리랑 2호의 1m급 광학영상은 현재 국내 공공기관 중심으로 국토·해양모니터링, 토지피복 분류, 작물재배 면적 및 생산량 추정 등에 있어 유용하게 활용되고 있습니다.

아리랑 3호는 2호보다도 정밀한 0.7m급 고해상도 광학영상을 제공해 그동안 2호를 중심으로 이뤄졌던 다양한 분야에 보다 정밀하고 효율적인 위성정보를 제공하게 됩니다.
 
이를 통해 정보의 정확성을 향상시켜 국가차원에서 필요한 영상정보 수요를 충족시키고, 특히 민간 분야에서 최근 IT 및 GIS분야의 비약적인 발전에 따른 고해상도 영상 수요도 충족시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.


◆ 고해상도 초정밀 영상 기술 확보

지난 1999년 미국의 ‘스페이스 이미징’ 사가 세계 최초로 서브미터급 위성영상의 상업적 판매를 위한 ‘IKONOS’ 위성을 발사했습니다.

이전까지 서브미터급 위성영상은 비밀사업으로 분류된 군사정찰 목적의 위성만 가능한 영역이었습니다.

이후 미국과 유럽, 그리고 우리나라의 다목적 실용위성 2호 등 민간 분야에서 1m 또는 서브미터급 위성영상을 획득할 수 있는 위성개발이 추진됐습니다.

서브미터급 위성영상을 만들어내는 핵심인 전자광학카메라 원천기술은 주요 선진국의 극소수 업체 확보한 고난이도 기술입니다.

우리나라는 아리랑 2호의 탑재체로 해상도 1m급 전자광학 카메라 ‘MSC(Multi-Spectral Camera)’를 이스라엘 엘롭(ELop) 사와 공동개발한 데 이어, 아리랑 3호 용 서브미터급 탑재체인 AEISS(Advanced Earth Imaging Sensor System)를 독일의 EADS 아스트리움 사와 DLR의 기술협력을 활용해 국내 독자 개발을 성공적으로 수행했습니다.

다목적실용위성 전자광학 탑재체 개발 현황

2호촬영 영상-서울

2호촬영 영상-백두산 천지

개발 과정에서 항우연은 발사 때와 우주 공간에서 발생되는 진동 등에 의한 영향을 받지 않는 VFOTS(진동 테스트 시스템)와 광학카메라 시험전용 열진공챔버를 구축하고, 독자 기술로 서브미터급 전자광학카메라의 조립·정렬·시험을 수행했습니다.

이번 아리랑 3호 탑재체 개발을 통해 확보된 기술은 향후 광학계를 사용하는 우주 탑재체의 개발에 활용이 가능하며, 특히 국방분야 등에서 활용이 증대되는 무인기 탑재체 개발에도 기술 파급효과가 클 전망입니다.

◆아리랑 3호 개발, 기술 수출로 차세대 성장동력 견인

한국항공우주연구원이 아리랑 3호 개발을 통해 축적한 기술은 장차 차세대 성장동력의 기반마련과 함께 기술 수출도 전망되고 잇습니다.

최근 전 세계적으로 지구환경 감시 및 지상관측에 대한 수요가 늘어가는데, 특히 개발도상국 중 경제여력이 개선되는 국가들을 중심으로 고해상도 지구관측 위성에 대한 수요가 늘고 있습니다.

실제 지난 2007년 태국은 2m 급 해상도의 지구관측 위성을 구매했고, 베트남은 일본과 1m 급 지구관측위성 개발을 논의 중입니다.

이 밖에 칠레 등 중남미 국가에서도 지구관측 위성에 대한 관심이 높아지고 있는 상황입니다.

이런 가운데 우리나라는 아리랑 2호을 통해 이미 2007년부터 위성영상 시장에 진출해 대만과 UAE, 유럽우주청 등에 2200만 달러 상당의 직수신권 판매와 26억 원에 달하는 개별 영상판매 실적을 달성한 바 있습니다.

이는 우리나라가 1995년 이후 15년 이상 다목적실용위성 및 통신해양기상위성 개발을 통해 관련 기술을 축적했기 때문으로, 특히 이번 아리랑 3호의 성과를 활용하면 기술집약적 위성분야를 차세대 성장동력 산업으로 발전시키는 계기를 만들 수 있을 것으로 보입니다.

세계 지구관측위성 영상 시장은 2007년 기준 7억 3500만 달러 규모이며, 오는 2017년까지 약 34억 달러 규모로 성장할 전망입니다.


◆국내를 넘어 국제 재난 감시에 기여

아리랑 위성 시리즈는 지상 및 환경관측, 농작물 작황과 산불피해 분석 등 국가 재난관리업무에 필요한 위성 영상정보를 제공하고 있습니다.

나아가 한국항공우주연구원은 홍수나 가뭄, 지진 등 재해재난 발생 시 피해 저감을 위해 위성영상을 제공하는 국제기구인 인터내셔널 차터(International Charter) 활동 등을 통해 국제사회에 기여하고 있습니다.

아이티 지진발생 지역을 촬영한 다목적실용위성 2호 영상 (2010. 1. 21)

멕시코만 기름유출 사고 해역을 분석한 다목적실용위성 2호 영상자료 처리 결과물 (2010. 7. 5)

인터네셔널 차터는 전 세계를 대상으로 자연재해나 인재가 발생했을 때 회원국의 지구관측위성을 이용해 가장 효과적인 위성자료를 전달해 재해경감에 기여할 수 있도록 일원화된 시스템을 제공하는 국제 기구입니다.

<관련글 : 대한민국 인공위성, 아리랑 위성 시리즈 http://daedeokvalley.tistory.com/51>

<관련글 : 지구관측위성 아리랑 3호 발사 준비 http://daedeokvalley.tistory.com/415>