인공위성은 어떻게 자신의 자세를 알까?

비행기도 배도 보이지 않는 항로를 따라 운행한다. 인공위성도 보이지 않는 궤도를 따라 지구 주위를 돌아요. 목적지로 향하는 비행기 자신, 배는 물론 궤도를 선회하는 위성은 이 댐 수행을 위해 자세가 중요하다. 특히 고도 수백km, 또 수만km 상공에서 지구를 관측하고 육지와 신호를 주고받아야 하는 위성은 자세제어가 이담의 성패를 좌우한다. 위성의 자세가 한 번만 삐뚤어지더라도 육지에서는 수십~수백km의 오차가 생기기 때문입니다.육지에서 빨리 위성을 정밀 제어하는 데는 한계가 있습니다. 따라서 위성은 스스로 센서 측정치를 이용하여 정확한 이담 수행에 필요한 자세를 수정하고 즉시 탐지합니다. 자동 제어에 의해서 리얼타임에 실시되는 것입니다. 위성이 본인의 자세를 확인하는 비결을 쉽게 볼 수 있도록 합니다.

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인공위성의 자세제어를 위해서는 추력기와 관성바퀴를 주로 이용합니다. 관성 바퀴는 회전하는 물건의 속도를 가속하거나 나쁘지 않게 하기 위해 회전 축에 붙인 바퀴입니다. 전기 모터에서 작동할 정도로 연료를 소모하지 않고, 센서의 제어 명령에 따라 위성의 자세를 빠르고 정확하게 바꿀 수 있는데요. 위성은 이런 자세제어를 위해 태양(태양 센서)이 나쁘지 않기 때문에 지구(지구 센서), 별(별 추적기)을 이용한다.먼저 태양센서는 태양광을 감지해 빛의 입사각에 비례하는 전류를 발생시켜 태양의 위치 정보를 재공하는데요. 태양센서에 장착된 기하적 정보와 태양각을 이용해 자세를 간접적으로 인식하는 방식입니다. 태양 센서는 가장 널리 쓰이는 센서 중 하나 나쁘지 않고 거의 모든 위성에는 1~2개의 태양 센서를 탑재하고 있습니다. 지구센서는 수평선(지평선, Horizon)에서 발생하는 지구적외선의 변이를 감지하여 자세를 표결합니다. 지구 궤도를 회전하는 위성에서 보면 지구는 태양 다음으로 밝은 천체라고 합니다.

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별 추적기(Star Tracker)는 우주의 별을 촬영하고 인식하여 위성에 자세한 정보를 공급하는 센서입니다. 뛰어난 성능을 공급하기 위해, 고기동·고정밀 위성의 주요 센서로 사용되고 있습니다. 국내에서도 다목적 실용위성 2호에서 별 추적기를 탑재하고 있는데요.별 추적기 내부에는 2,000개 가까운 별 카탈로그가 입력되어 있으며 2등급부터 5등급까지 별 정보와 위치가 기록되어 있습니다. 별 추적기는 카탈로그에 없는 별까지 촬영합니다. 카탈로그에 적혀 있는 등급 이외의 별과 댁의 가까운 별은 목록에서 제외합니다. 그런 과정을 거쳐 나머지 20여 개의 별 식별 과정을 거쳐 측정한 별 정보와 카탈로그에 있는 별의 정보로 위성의 방위를 나타내는 자세를 계산하게 됩니다.인공위성은 이처럼 태양, 지구, 별을 이용한 자세센서와 함께 관성센서인 자이로(Gyroscope)를 통해 정밀한 자세운동을 수행합니다. 우주로 날아가는 물체는 우주공간 가운데를 잡고 정확한 자세로 비행하는 것이 가장 중요하다. 자이로는 회전을 감지하는 센서로 가속도 센서와 함께 사용되며 위성의 속도, 각속도, , 거리 등 다양한 항법 정보를 공급합니다.기획/제작: 항공우주 Editor 오요한 자문/감수: 정지궤도 복합위성사업단용 기력박사

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