[MOON을 열다] 목성까지 교신한 심우주 통신…다누리 원격 운영 어떻게?

입력 2022.12.12 (07:00) 수정 2022.12.12 (07:00)

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요약

다누리 지상 운영하는 항우연 구철회 박사 인터뷰
154만 km 심우주에서 다누리와 교신 성공
여주 안테나, 6억 km 목성 탐사선과도 교신
17일 달 궤도 진입 첫 도전…적절한 '감속'이 핵심


154만 8,272km. 지난 9월 27일 다누리가 지구로부터 멀어진 최대 거리입니다. 지구와 달 사이 거리의 4배, 지구 정지궤도 위성보다 640배 먼, 우리나라가 도달한 가장 깊은 우주입니다. 다누리가 아무리 멀어져도 상태를 확인하는 교신은 매일 이루어집니다. 지상에서 다누리 임무운영 관제를 담당하는 구철회 한국항공우주연구원 위성운영부 책임연구원에게 가장 먼 우주와의 교신 소감을 물었습니다.

"저희들이 예측했던 대로, 모두 다 제대로 수행됐습니다." 기자의 예상과 달리 담담한 대답이 돌아왔습니다. 감흥 없는 대답은 자신감의 표현이었습니다. 여주 심우주 지상 안테나는 지구에서 6억 km 이상 떨어진 NASA의 목성탐사선 주노까지 시험 교신을 해냈습니다.

지상에서 다누리의 우주 탐사를 어떻게 관제하는지, 구철회 박사에게 설명을 들었습니다.

대전 한국항공우주연구원의 다누리 임무운영관제실을 담당하는 구철회 박사대전 한국항공우주연구원의 다누리 임무운영관제실을 담당하는 구철회 박사

Q. 우주에 있는 다누리와 교신은 어떻게 진행되나요?

A. 다누리는 심우주 안테나와 연결되어 있을 때, 텔레메트리(Telemetry)를 보냅니다. 여기에는 다누리와 과학 임무 탑재체의 상태에 관한 정보와 관측 데이터가 담겨있습니다. 이걸 분석해서 탐사선의 전력이나 궤도 등에 이상이 없는지 확인을 하고, 적절한 관리를 합니다.

큰 문제가 없으면 텔레코맨드(Telecommand)라고 하는, 미리 준비된 명령을 보냅니다. 다누리는 BLT 궤적으로 가고 있는데, 중간 중간에 출력기를 가동해서 궤도를 조금씩 조정하는 번(burn)을 수행하고 있습니다.

궤적에도 큰 이상이 없으면 탑재체 상태를 확인하거나 영상을 시험 촬영합니다. 달에 도착한 다음 임무에 들어가는 시간을 최소화하기 위한 작업이죠. 시험 촬영이 성공적으로 수행되면 그 데이터를 받아서 영상 처리까지 하고 있습니다.

Q. 우리나라는 달 탐사를 계기로 심우주 통신을 처음 시도했는데요, 심우주에서는 무엇이 달라지나요?

A. 탐사선이 멀어지면 통신의 세기가 약해집니다. 그래서 심우주에서는 통신 방식을 바꾸려고 준비를 했습니다. 지구와 거리가 100만km 이내에서 고속 통신 모드(8.5Mbps)를 적용하고, 100만km 밖에서 저속 통신 모드(4.25Mbps)를 사용하려고 했습니다.

다누리는 120만 km를 갔을 때 그런 상태가 됐고요, 예측했던 대로 통신 방식을 바꿨더니 제대로 수행이 됐습니다. 통신 속도가 절반 정도로 떨어졌지만 안정되게 데이터를 받을 수 있었고요. 달 궤도에서는 100만 km 이내와 같은 속도로 운영됩니다.

다누리가 달 뒷면으로 가거나 영상 촬영을 위해서 별도의 자세 기동을 할 수도 있는데, 그런 부분을 예측해서 통신 계획을 수립했기 때문에 달에 가서도 통신에 크게 문제가 없으리라고 생각합니다.

8월 5일 발사 직후 대전 한국항공우주연구원에 있는 다누리 임무운영관제실의 모습8월 5일 발사 직후 대전 한국항공우주연구원에 있는 다누리 임무운영관제실의 모습

Q. 100만 km 밖 우주와 교신하는 소감도 남달랐을 거 같습니다.

A. 사실은 지구 궤도의 위성 운영과 별 차이를 못 느꼈어요. 다누리는 발사되고 나서 처음 연결되었을 때가 가장 기뻤습니다. 그리고 다누리가 멀리 가면서 사실 좀 감흥이 없더라고요.

'여전히 다누리가 잘 있구나'라고 텔레메트리로 확인할 수 있었고, 150만 km까지 갔을 때 저희들의 통신 능력이 많이 발달했다는 생각이 들었습니다.

Q. 다누리와 통신은 24시간 이루어지나요?

A. 심우주 탐사선을 추적하려면 심우주 안테나가 필요합니다. 그런데 심우주 안테나는 세계적으로 극히 희귀한 자원이거든요. 미국, 유럽, 중국, 인도 등이 보유하고 있는데 많은 심우주 탐사선들이 공유해서 쓰다 보니, 저희가 24시간 연결 상태를 유지할 수는 없습니다.

사용 시간을 할당받아서, 다누리와 실제 연결되는 시간은 하루에 10시간 이상입니다. 연결이 안 될 때는 다누리가 텔레메트리를 보관하고 있다가 통신이 되었을 때 한꺼번에 보냅니다. 그래서 잃어버리는 데이터는 없습니다.

그래도 관제실은 24시간 운영됩니다. 다누리가 연결되지 않을 때는 데이터를 처리하고 다음 절차를 준비하고 있고요.


Q. 다누리는 심우주 안테나를 이용하기 위해 NASA와 협력하고 있습니다. NASA와 처음으로 협력해본 경험은 어땠나요?

A. 다누리는 지구 세 곳에 있는 심우주 지상 안테나를 이용합니다. 지구가 자전하면서 여주 심우주 지상 안테나가 다누리를 놓치면, 미국 LA 골드스톤과 스페인 마드리드에 있는 NASA 심우주 지상 안테나가 다누리와 교신해서 360도를 다 커버할 수 있습니다.

그래서 저희가 놓치는 데이터가 없기 때문에 지금 운영 방식에 만족하고 있습니다. NASA의 협조에 굉장히 감사드립니다. (웃음)

또, 다누리에 실린 NASA의 영구음영지역 카메라의 운영도 위탁받아서 수행하고 있습니다. 카메라를 작동하도록 다누리에 명령을 대신 전송하고, 텔레메트리 데이터를 받아서 NASA에 전달하는 거죠. 이런 임무를 중재하는 경험이 그동안 많지 않았는데, NASA에서도 이 임무에 아주 많은 관심을 보이고 있습니다. 무척 중요한 성격의 임무이기 때문에 저희들이 큰 보람을 느끼고 있어요.

Q. NASA 심우주 안테나와 비교해서 여주 심우주 안테나의 성능은 어떤가요?

A. 여주 심우주 안테나는 국제기준에 따라서 NASA 안테나 사양을 만족하도록 제작됐습니다. 지금 확인할 수 있듯이 9월 27일 154만 km까지 도달했거든요. 그래서 여주 안테나가 100만 km가 넘는 심우주 탐사선을 지원할 수 있다는 것이 밝혀졌죠.

앞으로 달 궤도선뿐만 아니라 화성 탐사선, 그 외에 소행성 탐사도 저희가 지원할 수 있다는 것이 증명됐습니다. 실험적으로 목성에 있는 주노 탐사선과 통신도 했고요. 목성까지도 충분히 도달할 수 있다는 게 증명된 거죠.

이제 저희가 NASA나 유럽의 심우주 안테나처럼 다른 나라의 임무도 지원할 수 있는 역량을 갖게 돼서, 국제적인 파트너의 일원으로 이바지할 수 있는 기초가 마련됐다고 볼 수 있습니다.

다누리는 임무 기간이 내년 말까지고, 그 다음 달 착륙선이 발사될 때까지 약간 휴지기가 올 수밖에 없거든요. 여주 심우주 안테나를 통해 우주 탐사에 국제 협력의 일원으로 계속 참여할 수 있기 때문에 큰 의미가 있습니다.

NASA 심우주 통신망과 우주 탐사선의 교신 상태를 실시간 확인할 수 있는 DSN  Now 홈페이지. 다누리(KPLO)가 마드리드 54번 안테나에서 데이터를 송수신하고 있다.NASA 심우주 통신망과 우주 탐사선의 교신 상태를 실시간 확인할 수 있는 DSN Now 홈페이지. 다누리(KPLO)가 마드리드 54번 안테나에서 데이터를 송수신하고 있다.

Q. 다누리는 17일 달에 도착해서 달 궤도에 진입하는데요, 어떻게 운영되나요?

A. 지금까지 저희들이 했던 저궤도, 정지 궤도 지구 위성은 임무 궤도에 들어가기 위해서 가속을 하는 단계를 거쳤습니다. 그런데 다누리는 달 근처로 가면, 달 궤도에 포획되기 위해서 감속을 해야 합니다. 저희들이 지구 인공위성에서 해보지 못했던 기술입니다.

그때 어떻게 역분사를 잘해서 속도를 줄이고 달 궤도에 안전하게 포획되느냐가 임무 궤도에 정상적으로 들어가는지에 대한 분수령이 됩니다. 우선 감속할 때 자세가 많이 흔들릴 수도 있고, 감속이 모자라면 달을 지나쳐서 그냥 심우주로 빠져버릴 수도 있습니다.

반대로 너무 감속하면, 궤도를 제어할 수 있는 속도를 놓쳐서 다누리가 달 표면에 충돌할 수 있는 상황이 됩니다. 그래서 가장 적절한 시간에, 가장 적절한 속도로 감속하는 게 달 궤도 진입의 핵심 임무이고요, 저희들이 그 부분을 아주 긴장하면서 준비하고 있습니다.

다누리와 함께 우주 탐사의 개척자가 된 과학자들에 관한 더 많은 기사는 KBS '다누리 MOON을 열다' 특집 사이트 https://news.kbs.co.kr/special/danuri/2022/intro.html 에서 보실 수 있습니다.


인포그래픽 : 권세라

3D그래픽 : 안재우


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  • [MOON을 열다] 목성까지 교신한 심우주 통신…다누리 원격 운영 어떻게?
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    • 수정2022-12-12 07:00:22
    취재K
다누리 지상 운영하는 항우연 구철회 박사 인터뷰<br /> 154만 km 심우주에서 다누리와 교신 성공<br /> 여주 안테나, 6억 km 목성 탐사선과도 교신<br /> 17일 달 궤도 진입 첫 도전…적절한 '감속'이 핵심

154만 8,272km. 지난 9월 27일 다누리가 지구로부터 멀어진 최대 거리입니다. 지구와 달 사이 거리의 4배, 지구 정지궤도 위성보다 640배 먼, 우리나라가 도달한 가장 깊은 우주입니다. 다누리가 아무리 멀어져도 상태를 확인하는 교신은 매일 이루어집니다. 지상에서 다누리 임무운영 관제를 담당하는 구철회 한국항공우주연구원 위성운영부 책임연구원에게 가장 먼 우주와의 교신 소감을 물었습니다.

"저희들이 예측했던 대로, 모두 다 제대로 수행됐습니다." 기자의 예상과 달리 담담한 대답이 돌아왔습니다. 감흥 없는 대답은 자신감의 표현이었습니다. 여주 심우주 지상 안테나는 지구에서 6억 km 이상 떨어진 NASA의 목성탐사선 주노까지 시험 교신을 해냈습니다.

지상에서 다누리의 우주 탐사를 어떻게 관제하는지, 구철회 박사에게 설명을 들었습니다.

대전 한국항공우주연구원의 다누리 임무운영관제실을 담당하는 구철회 박사
Q. 우주에 있는 다누리와 교신은 어떻게 진행되나요?

A. 다누리는 심우주 안테나와 연결되어 있을 때, 텔레메트리(Telemetry)를 보냅니다. 여기에는 다누리와 과학 임무 탑재체의 상태에 관한 정보와 관측 데이터가 담겨있습니다. 이걸 분석해서 탐사선의 전력이나 궤도 등에 이상이 없는지 확인을 하고, 적절한 관리를 합니다.

큰 문제가 없으면 텔레코맨드(Telecommand)라고 하는, 미리 준비된 명령을 보냅니다. 다누리는 BLT 궤적으로 가고 있는데, 중간 중간에 출력기를 가동해서 궤도를 조금씩 조정하는 번(burn)을 수행하고 있습니다.

궤적에도 큰 이상이 없으면 탑재체 상태를 확인하거나 영상을 시험 촬영합니다. 달에 도착한 다음 임무에 들어가는 시간을 최소화하기 위한 작업이죠. 시험 촬영이 성공적으로 수행되면 그 데이터를 받아서 영상 처리까지 하고 있습니다.

Q. 우리나라는 달 탐사를 계기로 심우주 통신을 처음 시도했는데요, 심우주에서는 무엇이 달라지나요?

A. 탐사선이 멀어지면 통신의 세기가 약해집니다. 그래서 심우주에서는 통신 방식을 바꾸려고 준비를 했습니다. 지구와 거리가 100만km 이내에서 고속 통신 모드(8.5Mbps)를 적용하고, 100만km 밖에서 저속 통신 모드(4.25Mbps)를 사용하려고 했습니다.

다누리는 120만 km를 갔을 때 그런 상태가 됐고요, 예측했던 대로 통신 방식을 바꿨더니 제대로 수행이 됐습니다. 통신 속도가 절반 정도로 떨어졌지만 안정되게 데이터를 받을 수 있었고요. 달 궤도에서는 100만 km 이내와 같은 속도로 운영됩니다.

다누리가 달 뒷면으로 가거나 영상 촬영을 위해서 별도의 자세 기동을 할 수도 있는데, 그런 부분을 예측해서 통신 계획을 수립했기 때문에 달에 가서도 통신에 크게 문제가 없으리라고 생각합니다.

8월 5일 발사 직후 대전 한국항공우주연구원에 있는 다누리 임무운영관제실의 모습
Q. 100만 km 밖 우주와 교신하는 소감도 남달랐을 거 같습니다.

A. 사실은 지구 궤도의 위성 운영과 별 차이를 못 느꼈어요. 다누리는 발사되고 나서 처음 연결되었을 때가 가장 기뻤습니다. 그리고 다누리가 멀리 가면서 사실 좀 감흥이 없더라고요.

'여전히 다누리가 잘 있구나'라고 텔레메트리로 확인할 수 있었고, 150만 km까지 갔을 때 저희들의 통신 능력이 많이 발달했다는 생각이 들었습니다.

Q. 다누리와 통신은 24시간 이루어지나요?

A. 심우주 탐사선을 추적하려면 심우주 안테나가 필요합니다. 그런데 심우주 안테나는 세계적으로 극히 희귀한 자원이거든요. 미국, 유럽, 중국, 인도 등이 보유하고 있는데 많은 심우주 탐사선들이 공유해서 쓰다 보니, 저희가 24시간 연결 상태를 유지할 수는 없습니다.

사용 시간을 할당받아서, 다누리와 실제 연결되는 시간은 하루에 10시간 이상입니다. 연결이 안 될 때는 다누리가 텔레메트리를 보관하고 있다가 통신이 되었을 때 한꺼번에 보냅니다. 그래서 잃어버리는 데이터는 없습니다.

그래도 관제실은 24시간 운영됩니다. 다누리가 연결되지 않을 때는 데이터를 처리하고 다음 절차를 준비하고 있고요.


Q. 다누리는 심우주 안테나를 이용하기 위해 NASA와 협력하고 있습니다. NASA와 처음으로 협력해본 경험은 어땠나요?

A. 다누리는 지구 세 곳에 있는 심우주 지상 안테나를 이용합니다. 지구가 자전하면서 여주 심우주 지상 안테나가 다누리를 놓치면, 미국 LA 골드스톤과 스페인 마드리드에 있는 NASA 심우주 지상 안테나가 다누리와 교신해서 360도를 다 커버할 수 있습니다.

그래서 저희가 놓치는 데이터가 없기 때문에 지금 운영 방식에 만족하고 있습니다. NASA의 협조에 굉장히 감사드립니다. (웃음)

또, 다누리에 실린 NASA의 영구음영지역 카메라의 운영도 위탁받아서 수행하고 있습니다. 카메라를 작동하도록 다누리에 명령을 대신 전송하고, 텔레메트리 데이터를 받아서 NASA에 전달하는 거죠. 이런 임무를 중재하는 경험이 그동안 많지 않았는데, NASA에서도 이 임무에 아주 많은 관심을 보이고 있습니다. 무척 중요한 성격의 임무이기 때문에 저희들이 큰 보람을 느끼고 있어요.

Q. NASA 심우주 안테나와 비교해서 여주 심우주 안테나의 성능은 어떤가요?

A. 여주 심우주 안테나는 국제기준에 따라서 NASA 안테나 사양을 만족하도록 제작됐습니다. 지금 확인할 수 있듯이 9월 27일 154만 km까지 도달했거든요. 그래서 여주 안테나가 100만 km가 넘는 심우주 탐사선을 지원할 수 있다는 것이 밝혀졌죠.

앞으로 달 궤도선뿐만 아니라 화성 탐사선, 그 외에 소행성 탐사도 저희가 지원할 수 있다는 것이 증명됐습니다. 실험적으로 목성에 있는 주노 탐사선과 통신도 했고요. 목성까지도 충분히 도달할 수 있다는 게 증명된 거죠.

이제 저희가 NASA나 유럽의 심우주 안테나처럼 다른 나라의 임무도 지원할 수 있는 역량을 갖게 돼서, 국제적인 파트너의 일원으로 이바지할 수 있는 기초가 마련됐다고 볼 수 있습니다.

다누리는 임무 기간이 내년 말까지고, 그 다음 달 착륙선이 발사될 때까지 약간 휴지기가 올 수밖에 없거든요. 여주 심우주 안테나를 통해 우주 탐사에 국제 협력의 일원으로 계속 참여할 수 있기 때문에 큰 의미가 있습니다.

NASA 심우주 통신망과 우주 탐사선의 교신 상태를 실시간 확인할 수 있는 DSN  Now 홈페이지. 다누리(KPLO)가 마드리드 54번 안테나에서 데이터를 송수신하고 있다.
Q. 다누리는 17일 달에 도착해서 달 궤도에 진입하는데요, 어떻게 운영되나요?

A. 지금까지 저희들이 했던 저궤도, 정지 궤도 지구 위성은 임무 궤도에 들어가기 위해서 가속을 하는 단계를 거쳤습니다. 그런데 다누리는 달 근처로 가면, 달 궤도에 포획되기 위해서 감속을 해야 합니다. 저희들이 지구 인공위성에서 해보지 못했던 기술입니다.

그때 어떻게 역분사를 잘해서 속도를 줄이고 달 궤도에 안전하게 포획되느냐가 임무 궤도에 정상적으로 들어가는지에 대한 분수령이 됩니다. 우선 감속할 때 자세가 많이 흔들릴 수도 있고, 감속이 모자라면 달을 지나쳐서 그냥 심우주로 빠져버릴 수도 있습니다.

반대로 너무 감속하면, 궤도를 제어할 수 있는 속도를 놓쳐서 다누리가 달 표면에 충돌할 수 있는 상황이 됩니다. 그래서 가장 적절한 시간에, 가장 적절한 속도로 감속하는 게 달 궤도 진입의 핵심 임무이고요, 저희들이 그 부분을 아주 긴장하면서 준비하고 있습니다.

다누리와 함께 우주 탐사의 개척자가 된 과학자들에 관한 더 많은 기사는 KBS '다누리 MOON을 열다' 특집 사이트 https://news.kbs.co.kr/special/danuri/2022/intro.html 에서 보실 수 있습니다.


인포그래픽 : 권세라

3D그래픽 : 안재우

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