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연구방향

Challenges of Laser in Dynamic Space

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연구방향 > 우주잔해물 레이저추적

우주잔해물 레이저추적

우주잔해물(Space Debris)

  • Space debris, also known as orbital debris, space junk, and space waste, is the collection of defunct objects in orbit around Earth. This includes everything

< Source : Space Security Index 2013 >


우주잔해물의 원인(The source of space junk)

  • With the launch of the Soviet satellite Sputnik in 1957, mankind began its journey to reach the stars. But although the first probe in space returned to Earth after only three short months, it kicked off a series of launches that not only inspired people around the world but also filled the region with large chunks of inert metal.

  • Inactive satellites, the upper stages of launch vehicles, discarded bits left over from separation, and even frozen clouds of water and tiny flecks of paint all remain in orbit high above Earth's atmosphere. When one piece collides with another, even more debris is released. Over 21,000 pieces of space trash larger than 4 inches (10 centimeters) and half a million bits of junk between 1 cm and 10 cm are estimated to circle the planet. And the number is only predicted to go up.

  • There are also millions of pieces of debris smaller than a third of an inch (1 cm). In Low Earth-orbit, objects travel at 4 miles (7 kilometers) per second. At that speed, a tiny fleck of paint packs the same punch of a 550 pound object traveling at 60 miles per hour. Not only can such an impact damage critical components such as pressurized items, solar cells, or tethers, they can also create new pieces of potentially threatening debris.

  • For fifty years, the primary source of all of the junk came from objects that exploded by accident. However, in 2007, the intentional destruction of the Chinese weather satellite Fengyun-1C as part of an anti-satellite missile test created a significant field of space debris. Two years later, a defunct Russian military satellite struck an operational American Iridium satellite over northern Siberia, blowing even more trash into space.


지상추적 및 감시 (Tracking from the ground and Observation)

□ 광학관측을 이용
  • 중소형 망원경 기술을 기반으로, 광시야 광학계, 초정밀 마운트, 고속 카메라, 자동운영 시스템 등과 같은 특수한 기술이 적용됨
  • 시스템 설계의 기본개념을 제공하는 첫 번째 기본기능은 먼저 관측시스템 하드웨어와운영 소프트웨어를 구축한 뒤, 광학관측용 망원경을 통해 Space Debris를 감시하는 것이며,관측 시스템의 효율적인 운영과 함께 관측 자료를 얻는 과정까지 포함

년도, 내용순으로 표출
목적기능 기본기능 2차 기능
우주물체를 과학 감시한다. 우주물체를 광학망원경으로 관측한다. - 빛을 모은다 : 과학시스템
- 빛을 검출한다 : 검출 시스템
- 대상을 빠르고 정밀하게 추적한다. : 마운트
- 관측시스템을 효율적으로 운영한다.
우주물체를 관측자료를 처리/분석한다. - 대용량 영상자료를 자동으로 처리한다.
- 단계별 관측자료 데이터베이스를 구축한다.
우주물체를 정보를 제공하고 활용한다. - 궤도정보를 제공한다.
- 충돌확률을 예보한다.
- 우주물체의 특성을 파악한다.

□ 레이저를 이용
  • SLR 시스템은 현존하는 가장 정밀한 위성 추적기술로, 반사경 탑재 인공위성의 레이저추적시스템을 통해 정밀한 거리측정이 가능하며 정밀궤도결정 기술 확보 및 우주측지연구 등을 바탕으로 우주감시체계 구축의 초석 마련
  • 레이저 반사경이 탑재된 과학기술위성 2호 및 다목적 실용위성 5호의 정밀궤도결정에 활용되며 기 구축된 위성추적 시스템의 보정, 레이더와 광학 시스템과 연계한 통합 우주감시체계 구축 필요
  • SLR 시스템에 활용할 수 있는 국내보유 기초기술에는 레이저 거리 측정기(국방과학연구소 개발), 광시야망원경, 고속 마운트 시스템(한국천문연구원 운영), 고속 마운트 시스템 교정(기계연구원), 운영 소프트웨어 및 인공위성 궤도 관련 기술, 레이저를이용한 인공위성 궤도결정 프로그램 등으로 요약됨
  • 광학을 활용하여 제한없이 우주물체 및 Space Debris에 대한 감시와 추적을 상대적으로 저렴한 비용으로 정밀한 거리측정이 가능하다.

년도, 내용순으로 표출
표적 탐지 및 추적 기술 개 요
거리 추적 - 레이더로부터 목표까지의 경사거리의 연속적인 추적
- 레이더가 송신한 신호가 목표에 반사되어 수신되는 시간 측정
- 목표 탐지, 목표 획득, 목표 추적 3단계로 구성
각도 추적 - 실제 목표의 위치와 지향각 정보 사이의 각도오차 이용
- 빔 절환 방식, 원추형 주사, 모노펄스 방식 등의 기법 사용
도플러 주파수 추적 - 고정된 방해물이 존재하는 상황에서도 움직이는 목표를 추적 가능
- 도플러 주파수를 직접 측정함으로써 정밀한 목표의 위치 예측

□ 편대비행위성을 이용한 우주기반 궤도 감시
  • 현재 우주기반 궤도감시를 수행하고 있는 위성은 1996년 발사된 MSX18) 위성으로탄도 미사일 방어를 위한 무인우주임무를 수행하고 있으며, 우주기반시각감지기를 장착하고 미 공군에 의해 운용되고 있음
  • 일반적으로 우주기반감시가 갖는 장점은 궤도면에서 직접적으로 접근할 수 있다는 것, 그리고시각감지기의 넓은 시야각을 통해 효과적인 탐색의 운용과 존재하는 다중우주물체의탐지가 가능하다는 것이 있음
  • 시각감지기의 정밀도 및 정확도와 관련된 추적 성능을 향상시키기 위한 연구는 진행중이며 지상기반 감시시스템과 협업하여 정보수집의 효율성을 증가시키기 위한 노력을 기울이고 있음
  • 우주에 있는 위성을 기반으로 우주물체를 추적 및 감시하는 기술은 국제적으로도 충분히 개발되어있지 않으며, 위성의 수명과 소모되는 예산을 고려했을 때 현 국내 우주산업의 발전상황에서 고비용・저효율 단계로 볼 수 있음

※국내외 기술수준 비교

< Source : 우리나라 우주감시기술 중장기 발전방향(2012) >