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실제 우주로 가게 될 비행모델에 대한 설계를 하고 비행모델 부분품을 제작한다. 또한 각 부분품에 대해서 꼼꼼한 성능 검증을 해야 한다. |
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위성체 조립실에서 최종적인 구조체 조립을 시작!
임시 조립된 구조체에 본체인 버스계, 추진계, 주탑재체계 순서로 조립하고 태양전지판을 장착하여 위성체를 완성한다. |
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조립이 끝난 후에는 단계별로 시험을 거치게 된다. |
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① 발사환경시험 : 인공위성이 로켓에 실려 우주로 날아갈 때 발생하는 진동과 소음, 충격 등에 대비하기 위한 시험이다. |
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② 궤도환경시험 : 우주는 극저온과 극고온(영상 120℃ ~ 영하 180℃)의 환경이고 진공상태이다. 따라서 우주에서 임무를 수행해야할 인공위성이 우주와 유사한 환경에서 잘 작동할 수 있는지를 알아보는 시험이다. |
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③ 전자파환경시험 : 우주에는 우리 눈에 보이지 않는 많은 전자파가 있다. 그러한 강한 전자파들에 대비하기 위한 시험이다. |
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모든 조립과 시험이 이 끝나면 위성은 발사장으로 이동해 발사체(로켓)와 최종 조립에 들어가 고 각종 시험을 수행한 후에 발사대에 설치된다. |
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관제소의 지시에 따라 카운트다운하고 발사된다. |
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목표한 궤도에 성공적으로 진입하게 된 위성은 지상과의 교신을 통해서 궤도를 수정하거나
위성의 상태와 기능을 점검하게 된다. 그리고 초기운용을 거쳐 정상운용 상태로 들어가서 임무를
수행한다. |
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모든 위성은 자신만의 궤도(위성이 지나는 특정한 길)가있다. 위성의 임무에 따라 궤도의 형태는 다르며, 일반적으로 고도에 따라 저궤도, 중간궤도, 지구정지궤도로 나누어진다. 또한 특정 목적을 위해 크기나 모양이 특이한 극궤도와 타원궤도도 있다. |
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정지궤도(Geo-synchronous Orbit)
위성은 지구의 자전 주기와 동일한 공전주기를 가지고 지구 주위를 도는 위성으로 약 36000km 고도에서 지구 주위를 돌게 된다. 이때, 지구의 자전 주기와 정지궤도 위성의 공전주기가 같기 때문에 항상 같은 지역의 위에 떠있는 것처럼 보이게 된다. 따라서 우리가 하늘을 볼 때 정지한 것처럼 보이게 되는 것이다. 이러한 정지궤도 위성은 통신 위성, 기상 위성 등의 목적으로 사용된다. |
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저궤도(Low Earth Orbit) 위성은 대기 밀도가 거의 0에 가까운, 지구 대기의 최상층부를 도는 위성이다. 이러한 저궤도 위성은 지구와 가까이 돌고 있어 지구의 아름다운 광경들을 볼 수 있는데,우주에서 찍어오는 아름다운 사진들이 거의 저궤도에서 찍어오는 사진들이다. 또한 대기 밀도가 거의 0에 가깝기 때문에 천문 관측 시에 대기에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서 허블 우주망원경같은 관측 장비를 궤도상에 올려서 먼 우주를 촬영하는데 사용한다. 저궤도 위성은 주 로 고도 500km이상, 1500km이하의 궤도에서 돌고 있고(500km 안쪽에서는 인공위성이 공기저항 으로 1년내에 떨어지게 되고, 1500km 이상에서는 밴 앨런대의 영향으로 지자기의 영향을 받게 되기 때문에 500km~1500km의 궤도를 유지하도록 한다), 원격탐사,기상관측, 지구관측 등의 목적으로 많이 사용된다. |
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극궤도(Polar Orbit) 위성은 저궤도 위성의 특별한 형태로,북극과 남극을 잇는 궤도를 돈다.
위성이 북극과 남극을 도는 동안 지구가 자전하게 되는데 그로 인해 인공위성이 서쪽으로 조금씩 치우쳐가는 현상(인공위성의 서편현상)을 볼 수 있다.
지구의 전체표면을 관측할 수 있다는 특징이 있으며
이러한 특징을 잘 이용하여 기상위성, 관측 위성, 군사위성 등으로 사용된다. |
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타원궤도(Elliptical Orbit)위성은 궤도의 찌그러짐 정도(이심율)가 커서 지구와 가까운 지역(근지점)을 지날 때 비행시간보다 반대편을 비행하는 시간이 상대적으로 매우 긴 특성을 가진 다. 즉, 극궤도 위성과는 달리 계란 모양의 타원궤도를 그리며 지구를 돈다. 모든 위성의 궤도는 원 또는 타원의 형태를 가지고 있다.
원형의 궤도는 지구와의 거리, 즉 고도가 일정하고 속도 또한 일정하게 움직이고 있다. 반면 타원형의 궤도는 지구로부터의 거리가 일정하지 않아서 고도가높은 지점과 고도가 낮은 지점이 생기게 된다. 이때 고도가
가장 높은 지점을 원지점, 고도가 가장 낮은 지점을
근지점이라고 한다.
타원형 궤도를 도는 위성들은 근지점 근처에서는 아주 빠른 속도로 움직이고 원지점 근처에서는 아주 느리게 움직이게된다. 다시 말해서 전체적으로 궤도상의 위치에 따라 위성의 움직이는 속도가 다르게 된다. 이러한 원리를 이용한 특수한 형태의 궤도를 몰니야(Molniya) 궤도라고 하는데 정지궤도 위성과 통신을 할 수 없는 고위도 지방에서 통신이나 방송용으로 사용하고 있다. 즉, 근지점은 남반구에, 원지점은 북반구에 오도록 궤도를 형성하면 위성은 남반구보다는 북반구에 훨씬 더 오래 머무르게 된다. 따라서 적도상의 정지궤도 위성을 사용할 수 없는 러시아 같은 고위도에 위치한 국가에서는 이러한 몰니야 궤도 상의 위성을 이용해서 통신을 할 수 있게된다. |
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| 인공위성은 1970년대 후반부터 전성기를 맞이하였다. 2004년 1월까지 발사된 인공위성만 해도 5624개이다. 이 중 수명이 다하여 운영이 중단되거나 고장이 난 위성, 폐기된 위성을 제외하고 현재 운용되고 있는 것은 1129개에 불과하다. 이들 인공위성은 모두 같은 일을 하는 것은 아니다. 사용 목적에 따라 수행하고 있는 일이 다르다. 과학적 현상을 관측하고 연구하거나, 군사적 목적으로 사용되기도 하며, 지구의 기상 현상을 관측하고 예측함으로써 피해를 줄이는데 사 용되기도 한다. 또한 최근에는 GPS(위성항법장치) 위성을 이용한 항법, 측지 분야 등에도 사용되고 있다. |
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과학위성(Scientific Satellite) 은 지구와 지구 주변의 환경을 관측하고 각종 우주과학 실험을 수행하는 인공위성을 말한다. 세계 최초의 과학위성인 스푸트니크 1호(Sputnik : 구 소련)에는 지구의 대기 밀도를 측정하기위한 장비가 탑재되어 있었다. 1990년에는허블(Hubble) 우주망원경이 설치되어 우주탄생의 비밀을 파헤치는데 큰 몫을 하고 있다. 90년대에는 무인자동화 기술과 컴퓨터의 발달로 과학 위성이 우주실험실로 이용되고 있다. 특히 미국, 일본, 유럽이 함께 건설을 추진하고 있는 국제우주정거장 ISS(International Space Station) 는 거대한 구조물의 우주정거장으로서 지구상에서는 수행할 수 없는 실험들을 수행할 수 있는 과학 실험장 역할을 하게 될 것이다. |
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군사위성(Military Satellite)은 첩보위성이라고도 불리며, 정찰, 통신, 경보, 항해 등 군사적 목적으 로 사용되고 있는 인공위성을 말한다. 냉전체제였을 당시 미국과 소련이라는 두 강대국에 의해서 많이 발사되었다. 적의 상공에서 사진 촬영을 하고, 상대의 미사일 발사를 탐지하여 알리기도 하며, 군사용 통신에 사용되기도 하고, 군사용 GPS(위성항법장치)를 위해 사용되기도 한다. 또한 목적이 밝혀지지 않은 비밀 위성도 많이 있는 것으로 알려져 있다. 대부분의 인공위성들이 군사적 목적으로 개발되었다. 하지만 경쟁적인 군사위성의 발사는 인공위성을 비약적으로 발전시켰다고 볼 수 있다. 또한 현재는 그 기술력을 바탕으로 통신위성, 과학위성, 관측위성 등 인간의 삶에 필요한 쪽으로 개발시키고 있다. |
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원격탐사위성 랜드샛은 지구 관측위성 으로도 불리며, 지구표면과 대기의 관찰, 사진촬영 등을 목적으로 사용된다. 지구의 표면, 대기 등을 관찰할 때는 주로 항공기를 이용하지만 빠른 시간에 넓은 범위를 관측하기 위해서는 인공위성이 효율적이다. 주로 지도를 정교하게 만드는데 사용 되어왔다. 원격탐사위성으로 인해 전 세계가 하나로 연결된 세계전도가 등장하였으며, 해저지형도도 작성할 수 있게 되었다. 현재는 감시자로서 각종 지구환경에 관련된 많은 분야에 사용되고 있다.
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GPS 위성(GPS Satellite)은 위치정보를 담은 전파를 발사하여, 선박, 비행기, 심지어는 개인까지 현재의 정확한 위치를 알려주는 위성으로, 항해위성이라 고도 한다. 우리에게 잘 알려진 GPS(위성 항법장치) 역시 항행위성을 이용한 장비이다. GPS(위성항법장치)는 처음엔 군사적 목적으로 개발되었지만 현재는 일반인은 물론, 항공기 관제, 지진감시, 구 조 등에 활용되고 있다. |
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통신위성 인텔셋은 실생활에 아주 밀접한 관련이 있는 위성이다. 우주 전파중계소 역할을 하는 인공위성으로 TV신호나 음성신호 등을 한 지점에서 다른 지점으로 보내게 된다. 지상에서 수신탑을 이용하면 빌딩과 산 등의 장애물에 의해 간섭을 받을 수 있다. 하지만 위성은 우주에서 전파 를쏘아주기 때문에 난시청지역을 줄일 수 있다. 또한 통신위성을 통해서 지구 반대편에서 하는 축구를 깨끗한 화면으로 실시간으로 볼 수 있다. |
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기상위성(Meteorological Satellite)은 좁은 의미로 기상관측을 주목적 으로 설계하여 발사된 인공위성을 말한다. 최근 기상위성을 이용한 기상 관측은 여러 국가에 커다란 영향을 미치고 있다. 태풍이 만들어지는 것과 이동 경로를 미리 알아내어 피해를 줄이는 것과 같이 중요한 역할을 하기 때문이다. 기상위성은 주로 자체의 카메라로 구름을 찍고 그 사진을 바탕으로 날씨를 예측할 수 있으며, 온도측정, 습도, 복사열 등을 측정하기도 한다. |
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최근에는 세계 각국에서 마이크로(Micro)위성 (10~100kg)과 나노(Nano)위성(1~10kg), 심지어는 1kg이하의 피코(Pico)위성의 개발에 박차를 가하고 있다. 이는 비용과 효용성 측면에서 종래의 대형 위성(1,000kg이상)들에 비해 절대적으로 우위에 있기 때문이다. 한 개의 대형위성을 발사하려면 막대한 비용이 들어가고, 발사에 실패할 경우 입는 손해가 극심하다. 하지만 그 비용으로 목적에 맞는 여러 개의 작은 인공위성들을 쏘게 될 경우 비용이나 위험성을 고려할 때 큰 이득이 있다. 이렇게 작은 인공위성의 개발은 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)기술과 같은 나노 기술의 발달로 가능하게 되었다. |
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| 또한 아리랑 1,2호와 같이 한 가지 목적이 아닌 다목적 실용위성을 여러가지 용도로 사용하기도 한다. 이렇듯 지구 주위에는 많은 위성들이돌고 있으며 서로 목적들이 다르다. 하지만 모두 인간의 삶을 편리하고 안전하게 하는 것임에는 틀림없다. |
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인공위성은 그 종류와, 역할에 따라 구조가 매우 다양하다.
하지만 일반적으로 임무 탑재체(Payload)와 본체(Bus system) 두 가지로 구분 할 수 있다. |
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임무 탑재체는 통신 장비와 탐사 장비, 기상 예보 장비와 같이 위성의 주 임무를 수행하는 장비를 의미한다. 즉, 위성의 임무에 따라 달라지는 장비들이라고 볼 수 있다. 통신위성의 경우, 지상으로 부터의 통신 전파를 수신하는 안테나, 수신기, 증폭기, 송신기, 송신 안테나 등을 포함한 것이 된다. |
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| 반면 본체는 궤도 및 자세 제어 장비, 전력 장비, 구조체, 추진계, 열계, 원격 측정계로 인공위성 자체를 유지시키는 장비들을 의미한다. 인공위성의 궤도는 중력과 대기의 영향에 의해 오랜 시간 동안 변화가 있다. 또한 자세의 변화도 일어나게 된다. 이러한 외부 요인에 의한 변화를 바로 잡아주는 것이 궤도 및 자세 제어 장비이다. 특히 관측기와 태양 전지판의 각도 유지, 안테나의 방향 제어 등을 하며, 동력으로는 소형 제트분사장치 외에 모터에 의해 얻어지는 회전력을 이용하거나 자이로 효과 등을 이용하는 방법이 사용된다. 또한 본체에 일정한 회전을 주어 안정성을 유지시키는 방법이 사용되기도 한다. |
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인공위성에 탑재되는 대부분의 장비들은 전기의 힘(전력)에 의해 작동한다. 전력 장비는 이러한 전력을 생산하고 저장하며, 공급하는 역할을 한다. 전력 장비는 높은 신뢰성과 안정성이 요구되는데, 전력 장비가 고장이 나면 인공위성의 모든 기능이 정지해버리기 때문이다. 일반적으로 전력 장비는 발전 장치, 니켈-카드뮴 2차 전지, 과충전 방지용 제어 장치, 분배 장치 등으로 이루어진다. 대표적인 발전 장치로는 태양 광선을 전기 에너지로 바꾸는 태양전지가 있으며, 수소와 산소의 화학반응에 의해 발전하는 연료전지도 사용된다. 이는 효율이 높고 제어가 쉽다는 장점이 있는 동시에 탱크에 보관해야 한다는 단점도 있다. 이밖에 방사성 동위원소의 붕괴 에너지를 이용한 경우도 있으며, 아주 특별한 경우지만 소형 원자로를 위성에 탑재 하는 경우도 있다. |
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인공위성은 형태를 유지하기 위한 구조체가 있다. 인공위성은 발사되기 위해 로켓의 탑재부에 실리게 되는데 탑재부의 형태에 맞추기 위해 그 외형이 대부분 원통형이거나 둥근 형태이다. 또한 태양 전지는 본체가 아닌 형상 기억 합금으로 만들어진 평판에 부착되는데, 이 역시 로켓의 탑재부에서 공간을 덜 차지하고 탑재부에서 이탈 후 펼쳐지기 위함이다. 인공위성은 무게가 가벼워야 하며, 전기적 간 섭이 일어나지 않아야 하며, 충격에도 강해야 하고, 제어에 적당한 형태여야 한다. |
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| 또한 인공위성이 열에 잘 견딜 수 있게 해주는 열 차단 덮개도 인공위성이 우주공간에서 활동하는데 꼭 필요한 것 중의 하나이다. |
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이와 같은 인공위성의 구조는 역할에 따라 많은 차이를 보일 수 있다. 하지만 그 많은 장비들이 서로 밀접하게 연결되어 있으며 어느 하나의 오작동으로도 인공위성의 역할 수행에 큰 걸림돌이 될 수 있다는 점은 모든 위성의 공통점일 것이다 |
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