인공위성으로 지구 전역 볼께요

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국제 A매치를 앞두게 된 2개 그아잉라. 축구 팬의 관심이 1개월 전체를 아요. A매치에 과잉설 태극전사나 상대국 선수나 아직 공개되지 않은 상황. 자, 우리 인공위성 지역국 모니터에서 유흥업소를 돌아다니는 등번호가 포착됩니다. 예의주시하던 상대국 축구 풍속경기장입니다. 스트라이커, 미드필더 등 각 포지션의 선수들을 확인하면서 우리 감독님이 다시 경기를 치르세요. 인공 위성이 지구를 생중계합니다라면 얼마든지 가능한 1이 좋잖아요?

인공위성으로 실시간으로 지구 영상을 찍어 제공한다는 기업들이 주목받고 있습니다. 플래닛, 디지털 글러브, 에어버스, 접지 본인우 등입니다. "전지구 생중계"서비스라는 파격적인 제안을 하고 있습니다. 최근까지 지구 관측 위성은 주로 높은 해상도를 자랑해 왔습니다. 정찰 위성 키 홀은 고도 250km로 6㎝의 해상도를 가지고 있는 것으로 알려진 한국의 아리랑 위성 3A호는 55㎝의 고해상도를 자랑하는 것이다. 한편 위 기업들은 하루에 찍을 수 있는 면적, 즉 11데이터 획득의 용량을 내걸고 있습니다.사실, 지구 전체를 한 눈에 보는 것은 기존의 위성이 해왔습니다. 인공위성의 시야각은 너무 좁아서 너무 멀리서 찍으면 가능한데요. 3만 6000킬로의 정지 궤도에 오른 것 천리안 2A호가 지구 전체를 찍는데 걸리는 시간은 약 10분. 특히 한반도는 2분에 한번씩 찍어 구름의 이동 방향을 타입니다 랏프스에 선 보일 수 있습니다. 기상정보를 알려주는 데 탁월해요. 하지만 실시간으로 지구를 본다고 할 때 우리가 원하는 정보는 조금 다릅니다. 북한 믹크 중국의 어느 도시, 어느 광장에서 무엇 1이 1오봉잉눙지을 언제라도 붙어 볼 수 있어야 원하는 정보에 가까워집니다.

지구 전역을 생중계하려면 몇 가지 조건이 필요합니다. 인공위성은 이제 지구를 쉬지 않고 돌고 있어요. 위성이 떠 있는 위치에서 데이터를 즉시 다운로드 할 수 있으면 그때그때가 됩니다. 첫 번째 조건, 실제 전송입니다. 하지만 대부분의 위성은 촬영과 동시에 데이터를 전송하지 않습니다. 영토국을 지날 때만 가능합니다. 우리의 아리랑 위성이 지구와 교신하는 지점은 전 세계로 나뉘어 있습니다. 한국항공우주연구원 대전본원 외에 남극과 북극, 미크로네시아추크주 웨노섬 위성관제소가 있습니다. 아리랑 위성은 하루에 첫 5번 정도 지구를 돌며 우리의 연구원 용토국과 하루 3~4회 정도의 송수신을 합니다.

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그래서 위성 궤도 곳곳에 지면국을 설치한다고 합니다. 4개 지점을 통해서 하루 동안 통신할 수 있는 횟수는 한 0회 정도. 그 일 0번의 만남도 답답하고 자신의 짝이 없어요. 초속 7.5킬로로 도는 저궤도 위성이 지묘은국앙테 자신의 범위 내에 머무는 시간은 약 한 0분입니다. 일 0분 이내에 전송 가능한 데이터는 리드하도록 하고 있습니다. 시간과 타이밍의 한계가 분명해요. 실시간 다운로드에 한 걸음이라도 가까워지려면 교신 범위를 넓혀야 합니다.불가능한 하나는 아니에요. 전 세계 정부가 설치한 지면국이 모두 인터넷처럼 자신의 통신 프로토콜로 연결되면 실시간 중계는 시간 사건입니다. 한국의 지면국도 현재는 우리 위성과의 교신에만 활용하고 있지만 다른 자신들 위성과도 얼마든지 가능합니다. 영상정보를 공유해야 하는 민감한 사건만 해결된다면 충분히 예상할 수 있는 계획입니다. AWS Ground Station이 Amazon Web 서비스 지면국(AWS Ground Station) 사업을 시작한 것도 같은 의미라고 생각됩니다만. 전 세계의 것 4개 지묘은국을 운영, 이를 대여하고 클라우드 서비스를 통해서 실시간 수준에 데이터를 받도록 한다는 것입니다.​ 현재 가장 빠른 시간 안의 데이터를 제공하는 위성 큰 기업 플래닛이 48시간 이내 수준 이프니다니다. 땅나라에서 먼 영토 선점을 고객이 요구할 경우 촬영과 다운로드 사이에 시간차가 발생하고 데이터 후처리 시간까지 고려하면 꽤 빠른 속도입니다. 디지털 글로브는 요즘 1분 이내에 데이터를 가져오고 송신하는 실험에 성공했습니다. 아ー스자우은 아직 위성 발매 전에 약 1초 정도 지연 시간을 두고 지구상의 장소를 볼 수 있게 한답니다. 목표 시간대를 달성하면 해외 특파원과의 중계방송 정도로 우주에서 찍은 지구를 볼 수 있습니다.

다운로드 노하우는 다수의 지상국 운영만이 아닙니다. 지구에서는 거의 매일 같은 위치에 있는 정지궤도 위성은 이미 지상국과 일시적으로 교신하고 있습니다. 저궤도 위성이 찍은 영상을 정지궤도 위성에 보내 다시 지상국으로 발사하면 가능하다. 데이터릴레이를하는노하우입니다. 위성끼리도 할 수 있어요. 데이터를 바통처럼 이어 안테나 범위 내에 있는 위성이 최종 다운로드를 하는 것입니다. 다만 이를 위해서는 위성간 통신안테나기, 정지궤도 위성송신기 등 별도의 안테나기가 장착돼야 한다. 작은 위성이라면 쉬운 1은 아니죠.

실시간 중계를 위한 두번째 숙제는 2차원 감지 소자(CCD, CMOS등)입니다. 감지소자는 디지털 카메라에서 필름 역할을 하는 전자소자입니다. 감지 소자로 들어온 빛을 전자 파일, 즉 영상(화상)으로 바꿉니다. 우리가 쓰는 디지털 카메라에는 이미 평면형 2차원 감지 소자가 들어 있습니다... 하지만 인공위성에는 주로 일자형(선형)을 사용한다. 인공위성은 한번 보내면 수리할 수 없기 때문에 부락이 적은 단순한 부속을 선호하기 때문입니다. 그래서 PC를 포함한 많은 부속은 고사양과는 거리가 멀어요. 2개의 감지 소자의 가장 큰 차이는 모든 것을 한번에 촬영하거나, 마치 스캐너처럼 눈을 통과할까요. 이 때문에 인공위성은 실시간 영상 촬영에 제약이 많습니다.

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보통 위성사진을 영상으로 혼용해서 부르는데, 엄밀히 내용하면 위성이 촬영하는 것은 스캔더지입니다. 일차원 감지 소자를 좌우로 움직이며 올라가면서 전체 화면을 빗자루로 쓸 듯이 과도하게 누워서 촬영한다. 영상의 해상도를 높이는 비결입니다. 이렇게 촬영하면 사진의 소음과 끝 사이에는 때때로 차가 발발할 것이다. 이 가끔 로챠이 한 0분과 소가족, 하그와잉의 똔가가 완성되는 순간 가장 이미 서쪽을 통한 영역은 한 0분이 지난 뒤(뒤)죠. 그 동안 화재가 났다면 알 수 없습니다. 평면형 2차원 감지 소자이면 한 선물 입으면 한번에 찍을 수 있으니까 가끔 로챠을 없앨 수 있슴니다.신뢰도를 조금 moning 춰도 감지소자만 바꾸면 가능할 것 같은데요. 데이터 전송 속도도 고려할 필요가 있다. 일차원 감지 소자가 보내는 영상의 초기 데이터는 신호에 가깝습니다. 지상국만이 알 수 있는 특별한 형태로 되어 있어 사용자들이 스토리를 알 수 있도록 관측 데이터 처리, 영상 복원을 거쳐 재공됩니다. 그러나 2차원 감지 소자의 데이터는 이보다 용량이 더 큽니다. 영화 1편과 사진을 1장 다운 받을 때 속도 차이와 비슷하다고 보면 됩니다. 충분한 전송 속도를 달성하려면 인공 위성 중 386컴퓨터는 과부하가 걸릴 겁니다. 무수명과도 직결되는 데다 위성 부품의 모든 사양을 데이터 크기에 맞게 업그레이드해야 할 것이다.

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2차원 감지 소자로 모션이 자연스러운 영상이 되려면 1초에 25프레임 이상을 때려야 할 것이다. 하지만 위성의 이동속도는 빠릅니다. 2차원 감지 소자를 활용하여 특정 영역을 연속적으로 촬영하는 것이라면 가능할지도 모릅니다. 풀어야 할 숙제, 3번째는 연속 촬영입니다. 지구 같은 땅을 가장 짧고 때때로 재방문할 수 있는 궤도가 있습니다. 태양동기궤도라고도 불리는 극궤도입니다. 적도와 90도 각도를 이루고 남극과 북극이 지났죠. 지구가 자전하는 동안 극궤도 위성은 남극에서 북극으로 이동하기 때문에 지구 전체를 관찰할 수 있습니다. 고로 지구관측위성이나 첩보위성이 전체 이 극궤도를 돌아요. 보통 지구 관측 위성이 하루 15번 지구를 돈다고 했을 때 1가끔 반 만에 같은 곳으로 돌아오는 셈입니다. 극지점은 계속 허용하지만 지구의 자전 속도만큼 다른 지표면 영역은 조금씩 달라집니다.

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이 재방문 주기를 연속 촬영 수준까지 높이는 데는 비법이 하나도 나쁘지 않다. 위성의 대수를 항상 나타내야 합니다. 극궤도를 줄줄이 도는 위성군단을 상상해 봅시다. 앞의 위성이 특정 지상을 찍고 바짝 따라가는 위성이 그곳을 재촬영하는 것입니다. 실제의 플래닛은 130여기의 위성 군단'시궁창'에서 이 하나울 하는데요. 지구 전역을 비교적 세세하게 촬영할 수 있지만 기상위성이 같은 상공에 왔을 때 지구는 약간 자전해 있을 것입니다. 기위지 보완은 할 수 있습니다. 하지만 모션 영상이 되려면 이 정도 대수는 도저히 불가능한데요.전체 면적을 연속적으로 커버하기 위해서는 몇 대의 위성이 필요할까요? 위성의 관측 폭과 지구 주위에서 단순 계산해 보겠습니다. 관측 폭을 10킬로라고 가정했을 때 지구 주위를 10에서 나쁘지 않고 무엇을 봅니다. 지구가 완전히 구형으로 가정했을 때 치수는 2π r. 6400킬로×2×3.14=40,192킬로가 나쁘지 않아서 옵니다. 약 4만킬로미터를 10㎞로 나쁘지 않다 더하면 4000개의 위성이 필요한 섬입니다. 실제 인공위성의 관측 시야는 매우 좁습니다. 저궤도 지구 관측 위성의 시야각은 1.24도 정도입니다. 685㎞상공에서 15킬로 관측 폭으로 찍을 수 있습니다.교통 체증이 심한 극 궤도에 위성 대수를 이렇게 지속하기 어렵게 1개입니다. 게다가 지구는 항상 70~80퍼센트의 구름에 덮이고 있습니다. 구름을 빠져나가는 영상레이더(SAR) 위성은 상업용으로는 아직 매우 드물어 구름 없는 장면을 얻기 위해서는 연속적인 촬영이 필수입니다. 지구 전역을 실시간으로 보내는 것은 사실상 불가능합니다. 그러나" 실시간"의 의미를 이미 예상했다 실시간 다운로드, 관념 영역에서의 실시간으로 짜서 생각한다면 충분히 가능한 1개입니다. 플래닛의 경우도 사실상 특정 영역에 대해서 48시간 이내 영상 서비스를 한다고 보고는 됩니다.

마지막으로 빠뜨릴 수 없는 숙제가 깨끗하지 않기 때문에 더 있으면 해상도입니다. 지구의 많은 영역을 커버하려면 대수를 늘려야 하고, 초소형 위성 운용이 현실적인데요. 크기가 작다는 것은 인공위성 카메라 렌즈에 해당하는 반사경 구경을 할 수 없다는 뜻이죠. 구경의 크기는 해상도와 정비례합니다. 이 때문에 많은 중소기업이 위성의 사양을 반드시 높이기보다 후처리 기술을 발전시키고 있습니다. 여러번찍어서가장선명하게잡은부분만맞추거나나쁘지않고,인공지능과결합해서대량의영상을자동으로분석하는기술력등입니다. 고객의 수요에 따라 이렇게 후처리한 영상을 공급하는 플랫폼 사업도 두각을 나타내고 있습니다.실시간 위성영상을 통해 수행하는 임무는 자세히 살펴보면 기위의 선배 위성이 대부분 하고 있는 것이기도 합니다. 산림자원, 선박, 농업, 수자원, 도시환경감시 등입니다. 특히 실시간 빛을 내는 조기경보위성은 특정 지상에 위성군을 운용하며 군사적 감시를 해왔습니다. 소형 위성군의 운용 강점은 반드시 있습니다. 좀 더 자주, 희망하는 지상을, 보다 염가로 이용할 수 있도록 해 위성 영상에의 액세시빌리티를 높이는 전략입니다. 각국 영공에 대한 제재가 심한 드론이 나쁘지 않고 무유행과 달리 우주에서의 촬영 규제가 없는 점도 매력적이지 않습니까? 기획/제작: 항공우주 Editor 오요한자문/감수: 정지궤도 복합위성사업단 용기력 박사

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