인공위성은 어떻게 본인의 자세를 알까?

비행기나 배는 눈에 보이지 않는 항로를 따라 운행한다. 인공위성도 보이지 않는 궤도를 따라 지구 주위를 돌아요. 목적지로 향하는 비행기와 배는 물론 궤도를 선회하는 위성파입니다.무수행을 위해 정확한 자세가 중요하다. 특히 고도 수백 km 또는 수만 km 상공에서 지구를 관측하고 땅과 신호를 주고받아야 위성은 자세 제어입니다.무의 성패를 좌우하다 위성의 자세만 한 차례 어긋났을 뿐 땅에서는 수십수백km의 오차가 발생하기 때문입니다.지면에서 시간에 수시로 위성을 정밀하게 제어하는 데는 한계가 있습니다. 그래서 위성은 스스로 센서 측정치를 이용하여 정확합니다. 무수행에 필요한 자세를 수정하고 바로잡습니다. 자동제어로 인해 가끔 이루어지게 되는데요. 위성이 제 자세를 확인하는 비결을 간단하게 한번 보세요.

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인공위성의 자세제어를 위해서는 추력기와 관성바퀴를 주로 이용하지만요. 관성륜은 회전하는 물체의 속도를 가속하고 지나친 감속 때문에 회전축에 장착한 고리이다. 전기 모터로 작동하는 만큼 연료를 소모하지 않고 센서 제어 명령에 따라 위성의 자세를 빠르고 확실하게 바꿀 수 있는데요. 위성은 이런 자세 제어를 위해 태양(태양 센서)이 과인 지구(지구 센서), 별(별 추적기)을 이용할 것이다.먼저 태양센서는 태양광을 감지하여 빛의 입사각에 비례하는 전류를 발생시켜 태양의 위치정보를 제공합니다.태양센서에 장착된 기하적 정보와 태양각을 이용해 자세를 간접적으로 인식하는 방식이다. 태양 센서는 널리 사용하는 센서 중의 하과로 거의 모든 위성에는 1~2개의 태양 센서를 탑재하고 있습니다. 지구센서는 수평선(지평선Horizon)에서 발생하는 지구적외선의 변천을 감지해 자세를 자결한다. 지구 궤도를 회전하는 위성에서 보면 지구는 태양 다음으로 밝은 천체라고 할 수 있습니다.

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별 추적기(Star Tracker)는 우주의 별을 촬영하고 인식하며 위성에 대한 자세한 정보를 제공하는 센서입니다. 우수한 자세 성능을 제공하기 위해 고기동, 고정밀 위성의 주요 센서로 사용되고 있습니다. 국내에서도 다목적 실용위성 아리랑 2호부터 별 추적기를 탑재하고 있는데요.별 추적기 내부에는 2,000개 가까운 별 카탈로그가 입력되어 있으며 -2등급부터 5등급까지 별 밝기 정보와 위치가 기록되어 있습니다. 스타 추적기는 카탈로그에 없는 별까지 촬영할 예정이다. 그래서 카탈로그에 실려 있는 등급 이외의 별과 너와 가까운 별은 목록에서 제외합니다. 이런 과정을 거쳐 나머지 20여 개의 별 식별 과정을 거쳐 측정한 별 정보와 카탈로그상의 별 정보에서 위성의 방향을 과인하는 자세를 계산하게 됩니다.인공위성은 이렇게 태양, 지구, 별을 이용한 자세센서와 함께 관성센서 자이로(Gyroscope)를 통해 정밀한 자세운동을 합니다. 우주로 날아가는 물체는 우주 공간에서 가운데를 잡고 정확한 자세로 비행하는 것이 가장 중요할 것이다. 자이로는 회전을 감지하는 센서로 가속도 센서와 함께 사용되며 위성의 속도, 각속도, 방향, 거리 등 다양한 항법 정보를 제공하게 됩니다.기획/제작:항공우주 Editor 오요한자문/감수:정지궤도복합위성사업단 용기력

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