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Nikkei X-TECH_2022.9.27

우주 비즈니스
지상 분해능 0.8m의 광위성통신 채용
미쓰비시전기, 첨단 광학 위성 공개

미쓰비시전기는 2022년 9월 22일, 우주항공연구개발기구(JAXA)의 받아 미쓰비시전기가 설계/제조한 최신 광학위성 '다이치 3호(ALOS-3)' 기체를 언론사에 공개했다.

 다이치 3호는 대형 위성 ‘ALOS(Advanced Land Observing Satellite)’(2006~2011호)의 광학 미션을 계승하는 지구 관측 위성이다. 대형/고성능 센서를 탑재함으로써 관측 폭 70km, 관측거리 4,000km의 광역을 지상 분해능 0.8m라는 고정밀도로 관측한다.

평시에는 지상의 변화를 모니터링하거나 지리 공간 정보를 수집하고, 재해 발생 시에는 지진과 수해, 분화 등의 재해 상황을 광역으로 취득하는 것이 목적이다. JAXA의 차기 주력 로켓 ‘H3’의 초호기로, 22년도 내에 발사될 예정. 투입 궤도는 태양동기 준회귀궤도이며 고도는 약 670km이다.

다이치 3호의 주요 특징은 1. 촬영 이미지의 고분해능화, 2. 관측 파장대의 증가, 3. 광위성 통신의 채용, 4. 민간 활용이다. 우선, 다이치에서는 지상 분해능 2.5m의 흑백 이미지를 취득하는 센서와 지상 분해능 10m의 칼라 이미지를 취득하는 센서를 탑재했다. 

다이치 3호에서는 지상 분해능 0.8m의 흑백 이미지와 지상 분해능 3.2m의 칼라 이미지를 취득하는 센서를 탑재한다. 센서는 CCD(전하결합소자)이며, 모두 미쓰비시전기가 자체 개발했다. 흑백용과 컬러용을 각각 12개씩, 총 24개의 센서를 탑재하고 있다.

또한 외부에서 들어온 빛을 센서에 모으는 집광 광학계는, 기존의 거울 3개를 4개로 늘려 초점 거리를 길게 함으로써 분해능을 향상시켰다. 각 거울 표면에 커브를 줌으로써 집광 광학계는 기존 대비 20% 소형화되었다 한다.

이미지의 고분해능화를 통해 지진 등 자연재해로 인한 구조물 붕괴나 도로 차단 상황을 더 명확하게 눈으로 확인할 수 있다. 재해 발생 전후의 이미지를 비교함으로써 상세한 피해 상황을 신속히 추출할 수 있다고 한다. 

JAXA 제1우주기술부문의 사기사카(匂坂) 프로젝트 매니저는 지상 분해능 2.5m와 0.8m의 차이에 대해 “예를 들면, 지금까지 다이치 3호의 이미지를 통해서는 판별할 수 없었던 주차장의 차량 대수 등을 알 수 있다”라고 설명했다.

다이치 3호에 탑재된 컬러 이미지용 광학센서는 다이치용과 비교해 관측 파장대를 2개 추가한 점도 특징 중 하나다. 다이치에서는 관측 파장대는 파랑, 초록, 빨강, 근적외 등 4개였으나 새로 ‘코스탈’과 ‘레드 엣지’를 추가했다. 

코스탈 파장대는 물속에서 쉽게 약해지지 않기 때문에 연안 관측에 유효하다. 반면 레드 엣지부터 근적외 파장대는 건강한 식물로부터의 반사가 강해 식물 분포나 그 건강 상태 등을 파악하는데 유효하다고 한다.

-- 광위성통신으로 데이터를 송출 --
다이치 3호에서는 광학센서의 고분해능화 등을 통해 취득 데이터량이 대폭 증가한다. 기체에 1TB(테라바이트) 메모리를 탑재하고 있다. 데이터 발생 레이트는 4Gbps(기가비트/초, 흑백 이미지1/4, 칼라 이미지 1/3로 압축 시)로 높기 때문에 고속으로 데이터를 전송할 수단이 필요하다. 그래서 JAXA의 위성으로서는 처음으로 광위성통신을 이용한 데이터 전송을 통상 운용한다.

구체적으로는 다이치 3호가 탑재하는 광위성통신기기에서 정지 궤도 상의 광데이터 중계위성(20년 11월에 발사 완료)에 레이저광으로 데이터를 전송하고, 거기에서 전파로 지상국에 데이터를 내려 보낸다. 

정지 위성을 경유해 지상국에 데이터를 보내는 구조를 통해, 지상국 1국과 직접 통신하는 경우와 비교해 약 4배의 시간동안 지상과 통신하는(데이터를 내려 보내는) 것이 가능해진다. 관측 위성과 지상국 1국의 직접 통신의 경우는 지구 1주(약 90분) 중 10분 정도밖에 통신시간을 확보할 수 없지만, 정지 위성을 경유할 경우는 40분 정도의 통신시간을 확보할 수 있다고 한다.

다이치 3호와 광데이터 중계위성 간의 데이터 전송 속도는 1.8Gbps로, 다이치에서의 전파를 통한 전송 240Mbps(0.24Gbps)에 비해 약 7배의 속도를 실현하고 있다. 다만 광위성통신에 사용하는 레이저광은 파장 1.55㎛의 근적외역이기 때문에 구름이 있으면 흡수돼 버린다. 이 때문에 광데이터 중계위성에서 지상으로 데이터를 전송할 때는 전파를 사용한다.

새 위성은 광위성통신 이외에 전파로 직접 지상국에 데이터를 전송하는 기능을 갖고 있다. 마이크로파 Ka대와 X대를 각각 사용하는 직접 전송계로, Ka대는 광위성통신과 동일한 1.8Gbps를 실현했다. 한편 X대는 0.8Gbps이다. Ka대의 경우, CFRP(탄소섬유강화플라스틱)제 안테나와 변조기를 미쓰비시전기가 개발했다.

다이치 3호의 또 다른 특징인 민간 활용에 대해서는 지리정보시스템(GIS) 등을 전개하는 파스코와 사업계약을 체결했다. 미쓰비시전기가 데이터 배포사업과 지상시스템 개발, 위성의 관제/운용을 담당한다. 취득한 데이터는 전자 국토기본도(2만 5,000분의 1)의 업데이트에 사용될 예정이다. 이외에도 정부기관이나 지자체, 민간기업에 데이터를 판매함으로써 폭넓은 활용을 기대하고 있다.

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