‘더 빨리, 더 멀리’ 위 이야…

우리는 핸드폰으로 먼 친구를 만나지 않고도 대화를 나눕니다. 또 리모컨으로 채널을 돌려 원하는 TV 프로그램을 보기도 합니다. 라디오에서 흘러나오고 와인오는 아름다운 노래를 들을 수도 있습니다. 전파 덕분에 할 수 있는 일품 갖추기 성과인 노래만 들을 수 있는 것이 아니라 대용량 사진과인 동영상도 주고 받을 수 있습니다. 지역에서만 그런 것은 아닙니다. 지구 밖 궤도를 돌고 있는 인공위성, 심지어 태양계 가장자리에 도달한 탐사기와도 신호와 데이터를 주고받을 수 있습니다. 어떻게 저런 일이 가능할까요? 또, 지구와 인공위성은 어떻게 의사소통을 하는 것일까요?

>

하나 957년 하나 0월 41옛 소련의 바이코누르 우주 기지에서 인류 최초의 인공 위성 스푸트니크 하나호가 발사됩니다. 농구만 한 이 위성은 시속 만 9,000km의 속도로 96분마다 지구를 한바퀴씩 돌면서 신호를 지구로 보냈어요. "구소련은 나쁘지 않지만 우수성을 입증하기 위해 위성이 발신하는 신호를 암호화하지 않았습니다. 덕분에(?) 전 세계의 아마추어 무선통신사도 스푸트니크 하나호의 "삐~삐~삐~삐~"라는 발신 소음을 들을 수 있었습니다. 송신기 배터리가 다 없어질 때까지 이 신호는 2개 1동안 계속되었는데요. 아무 정보도 없다"나의 보양이다"정도를 알리는 단순 신호에 불과했지만 지구의 상공 577km에서 보낸 신호는 지구의 외국인들 위성과의 통신 시대를 열게 의미심장한 메시지였습니다.​ 스푸트니크 하나 호가 지구에 신호의 소음을 보내서 반드시 40년이 지난 20하나 7년 9월 하나 51, 토성 탐사선 카시니가 토성에 충돌하고 수명을 완수했습니다. 카시니는 충돌 직전 지금까지 미답의 영역이었던 토성의 고리에 뛰어드는 모험을 감행했죠. 한명'그랜드 피날레'으로 명명된 이 마지막 임무를 통해서, 카시니는 토성 대기권 3,000km까지 접근하고 처음에는 토성의 생생한 리드하는 것을 지구에 전송했습니다. 카시니가 토성 탐사하고 지구로 전송한 사진은 무려 45만 3,048장에 이릅니다. 수집한 데이터만 모두 635GB이다. 지구에서 토성까지 거리는 평균 한개 2억 7,700만 km. 지구 주위를 무려 3만 하나, 900번이나 돌아야 닿는 원거리에서 그동안 천 1에 가려졌던 토성의 사진과 각종 정보를 지구로 전송한 것.

>

놀라운 사실은 우리가 휴대 전화로 친구와 통화할 때 스푸트니크 일호가 단순 신호 sound를 보낼 때, 지구에서 약 한 3억 km 떨어진 토성에서 데이터를 받을 때의 통신 원리가 전체 같다는 점입니다. 바로 전파를 이용한 건데요. 전파는 가시광선, 자외선, X선, 적외선 등과 같은 전자기파의 일종입니다. 일 864년 맥스웰이 전자기파를 이론적으로 제시한 sound, 일 887년 헤르츠가 전기 불꽃 검사를 통한 전자기파의 존재를 증명했습니다. 또 일 896년 마르코니가 약 3km 떨어진 곳에 보낸 무선 전신 조사에 성공하면서 전파는 정보를 실어 나프지앙아ー루은 통신 수단으로서 자리 매김했습니다. 일 9일 2년 초, 호화 유람선 타이타닉 호가 빙산에 충돌 침몰한 당시 승무원은 배가 침몰하기 직전, 무선 전신을 통해서 SOS를 했습니다. 근처에 있던 배가 이 전파 신호를 듣고 현장으로 달려가는 그 나쁜 없군 30Percent의 승객을 구조할 수 있었습니다.

>

지금은 먼 거리의 무선통신과 이동통신은 물론, 전원만 켜지면 어디서든 보고 들을 수 있는 텔레비전, 라디오 방송, 그리고 수백 km에서 심지어 수십억 km 떨어진 우주에서 탐사기로도 나쁘지 않고 인공위성과 정보를 주고받을 때도 전파(위 그림의 마이크로파)를 사용하고 있습니다만. 전파는 빛이 나쁘지 않고 소리보다 공기 속에서 잘 꺼지지 않기 때문에 원하는 신호 나쁘지 않기 때문에 정보를 멀리 보낼 수 있습니다. 역시 전파는 안테나 프지앙아에서 다른 안은 나쁘지 않까지 빛과 같은 초속 30만 km의 속도로 날아갑니다. 까다로운 특성 때문에 물의 분자를 타고 전달되는 파도도 나쁘지 않고 공기를 타고 전달되는 음파와는 달리 전파는 우주 공간처럼 아무 매질이 없는 곳에서도 퍼져 나쁘지 않을 수 있습니다. 지구와 인공위성이 전파를 이용해 통신이 가능한 이유입니다.

>

물론 지상에서 사용하는 전파와 우주에서 사용하는 전파와는 큰 차이가 있습니다. 즉시 주파수입니다만 우주에서는 전파강도가 높은 주파수 대역을 사용합니다. 실제 우주에서 사용한 주파수 대역은 이미 설명한 주파수의 그림으로 보는 바와 함께 일하는 GHz에서 30GHz사이의 마이크로파 대역 이프니다니다. 라디오 주파수가 700MHz의 수준임을 고려하면 약 한, 000배 이상 높은 주파수를 사용하는 것입니다.​ 정말 그래서 아주 아주 작은 큐브 위성은 전송 데이터 양 이쟈싱 지구와의 거리가 가까운 운용을 하기 때문에 초단파, 극초단파를 이용한 송수신을 하지만 대체로 위성에 보내명령 이쟈싱 위성의 상태 데이터는 S밴드(2-4GHz)주파수로 통신을 할 것입니다. 위성 영상 데이터는 X밴드(8·일 2GHz)에서 주로 받고, GPS위성 GPS신호는 L밴드(일~2GHz)주파수 대역을 사용하는 것입니다. 어떤 정지 궤도 위성은 C(4-8GHz)밴드에서 통신을 하고 우리의 무궁화 위성은 Ku(일 2, 일 8GHz)밴드 자신 Ka(27-40GHz)밴드 통신을 할 것입니다. 무궁화 위성 3호의 상향 속도는 2Mbps, 하향은 약 45Mbps이프니다니다. 고도가 높은 정지궤도 통신위성인 무궁화 위성은 짧은 주파수를 사용해 통신을 합니다. 전파는 자기자신의 거리의 제곱에 반비례해 밀도가 줄어드는 특성이 있습니다. 다시 예기하며 멀리 갈수록 전파의 세기가 급격히 줄어들게 됩니다. 우주에서는 먼 거리까지 전파를 보내야 하기 때문에 강도가 강한 높은 주파수 대역을 주로 사용할 것입니다. 주파수가 높을수록 전파의 직진성이 강해집니다. 그러므로, 채찍이 없는 우주 공간에서도 방향만 제대로 맞추면, 진짜 한쪽 모서리에 전파를 지구 자신 다른 원하는 곳으로 전송할 수 있습니다.그러나, 아무리 강함과 직진성이 강해도 한계가 있습니다. 우선, 전송 가끔입니다만. 실제, 카시니 호의 메인 주파수에 의한 데이터 수신 속도는 매초 한 7Kb수준 이프니다니다. 2MB크기의 사진 한장 받는데 일 6분 정도가 딱 걸려서요. 지구와 약 57억 km이상 떨어진 명왕성 근처를 지자 신고 있는 뉴ー호라이쥬은스 호의 경우, 이곳에서 보낸 전파가 지구에 도달하기까지는 약 5테 테러가 소요 됩니다. 이 정도 거리까지는 아니라도 한 3억 km가량 떨어진 토성에서 보낸 전파도 여러 작업 sound가 석 하나 밖에 없네요. 이 사건을 해결하기 위해서는 더 큰 크기의 안테나가 여러 대 필요하겠네요. 정보를 전파로 바꾼 그다sound 송신하면 이 신호를 지상의 안테나에서 수신하고, 다시 정보로 전환하는 방식입니다.​ 그대로 심우주 통신의 경우 직경 30~70m크기의 대형 앙테쟈싱룰 이용하고 전파를 수신한 sound의 전파에 섞인 작업 sound를 제거해야' 예쁜 '정보를 얻게 됩니다. 역시 한 대에는 한계가 있고 여러 대의 안테나 자신을 이용하고 있습니다. 실제로 미국 항공 우주국(NASA)의 심우주통신망(Deep Space Network, DSN)은 캘리포니아의 미쿡 골드스톤, 스페인 마드리드, 호주 캔버라 등에 설치한 거대한 위성수신 안테나를 하자신의 네트워크로 연결해 놓았습니다. 이들 위성 수신 앙테쟈 신고 지구상에서 약 한 20°경사에 떨어지기 때문에 우주선이 하 쟈싱의 안 태 나 아니기 전에 다른 안 대 자신이 신호를 끌어낼 수 있습니다.

>

인공위성이나 탐사기와의 통신시간 단축은 인류가 우주개발에 있어서 확실히 확보해야 하는 기술입니다. 달이나 화성을 넘어 토성이나 명왕성, 태양계의 끝에서 그 밖까지 눈을 돌리는 귀추로 위성과의 통신 시간을 조금이라도 단축하는 것은 위성의 정확한 일입니다.무수행과 정확한 데이터 확보에 필수입니다. 그러나, 비교적 지구에 가까운(?) 쪽에 속하는 화성까지도, 아직 리얼타임 통신을 약간거할 수 없다. 지구와 화성 간의 거리가 2억 5,000만 km라는 지구와 화성 간의 물리적 거리가 존재합니다. 큐리오시티와 같은 화성 탐사기가 전파를 보낼 때는 지구의 전문과 자전을 염두에 두기 때문에 전송 시간에 차이가 발발한다. 실제 큐리오 시티가 보낸 데이터가 지구에 도달하기까지는 약 첫 5분 정도 걸립니다.NASA는 화성 탐사기의 정보 전달에 걸리는 시간을 조금이라도 줄이기 위한 비결로서 인공위성 "마즈 오디세이(Mars Odyssey)"를 활용한다. 이 200쵸쯔뇨은로 발사된 화성 궤도를 돌고 있는 마스 오디세이는 화성 탐사선의 데이터의 대부분을 화성과 지구 사이에서 중개하고 있는데요. 마스 오디세이가 큐리오시티와 통신하고 이를 지구로 다시 전송하는 중개역을 맡은 셈인데요. 큐리오시티가 촬영한 사진은 무수히 많은 점에서 분해되어 전기신호로 변환된 후 전파에 그 다sound아 인공위성 마즈 오디세이로 전공하고 . 인공위성은 이 신호를 받고 다시 지구로 전송하면 지구에서는 이 전파를 받아 원래 과정을 되감듯이 다시 전기신호로 바꾸고 이 과정에 섞여 들어온 잡스ound를 제거한 후 탐사선이 보낸 사진을 받아볼 수 있습니다. 많이 진보했지만 여전히 복잡한 절차를 거쳐야 합니다.

>

이런 통신 한계를 극복하기 위해 NASA나 유럽우주국(ESA) 등은 전파 대신 레이저를 이용한 우주통신 노하우 개발에 박차를 가하고 있는데요. 레이저를 이용한 통신원리는 광케이블을 이용하는 광통신과 같습니다. 다른 점이라면 빛이 광케이블을 갖는 대신 우주공간을 허가한다는 것인데. 우주공간에 광케이블을 설치할 수 있으면 좋겠지만 현실적으로 불가능합니다 그럼 노하우는? 레이저를 직접 우주공간에 발사할 거예요. 이렇게 전파 대신 레이저를 이용한 우주통신 방식이 바로 "우주공간 광학통신(Free space optical communication, FSO)"입니다.FSO 시스템은 전파가 아닌 빛을 통해 통신하는 광통신 시스템입니다. 지구에서는 대기층과 먼지, 눈, 비 등 빛의 전진을 막는 방해물이 많지만 우주 공간은 빛의 전진을 방해할 물질이 없어 레이저 통신에 유리합니다. NASA는 FSO기술 개발이 완료되면 GB급(약 하나 00Gbps)의 우주 통신이 실현할 것으로 기대하고 있습니다. 지구에서 통신을 주고받는 수준까지는 아니더라도 고속 우주 무선 통신이 가능해지는 것입니다. FSO 시스템에서 한 켤레 본인아가 레이저 통신 릴레이 실증 시스템(Laser Communications Relay Demonstration, LCRD)도 개발중입니다. LCRD는 2개의 정지 궤도 위성으로 하와이에 위치한 토지 모뎀을 연결하는 시스템입니다. 빠르면 올해 국제우주정거장(ISS)에 탑재되어 테스트를 받게 됩니다. 역시 유럽 우주국은 20하나 9년 7월에 발사된 EDRS-C을 위성으로 정지 궤도 위성으로 저궤도 위성 또는 정지 궤도와 땅 나라 간의 약 4만 5,000km거리에서 약 하나.8Gbps의 속도로 광 통신을 실시하고 있습니다.

>

ESA도 우주공간에서의 레이저 통신시스템을 조사하고 있는데요. "AIM(Asteroid Impact Mission) 탐사기를 통해 NASA의 프로젝트보다 더 먼 거리의 레이저 통신을 테스트하겠다는 속셈이다. AIM은 지구에 근접 소행성을 조사하기 위해서 발사되는 탐사선으로, 2020년 이전에 쏠 생각입니다. 소행성이 지그왈지는 위치까지의 과정에서 AIM은 지구에서 상당히 멀어지게 되지만 그 거리가 최대 7,500만 km에 이를 것으로 추정되고 있습니다. 이 정도 거리에서 지상에 있는 기지와 레이저 통신을 시도한다는 것이 ESA의 구상입니다. 유감스럽게도 AIM이담이 Hera이담을 대신해 광통신이담이 취소되었네요. 최근까지 우주에서 실시한 레이저 통신의 거리는 이 2013년 지구와 달 탐사선이 주고받은 38만 km가 최대 욧움니다. 당시 NASA는 DANEE 있는 무 하그와잉로 광 통신 실험을 했지만, 다빈치의 그림'모 과인 리자'의 흑백 사진을 레이저에 태우고 38만 떨어진 달 탐사선에 보냈다. 달에서 지구까지 다운 링크 속도는 약 622Mbps욧움니다. 그러나, 당시 달 탐사선은 지구에서 수신한 정보를 다시 지구로 보낼 때는 레이저가 아닌 기존의 전파를 사용했습니다.

>

2018년 2월 NASA와 세계의 우주 개발 관계자들은 흥분에 휩싸였 슴니다. 태양계 끝에 도달한 뉴호라이즌스가 인류의 우주탐사기 중 가장 먼 거리에서 찍은 천체 사진을 보내왔기 때문입니다. 2017년 12월 51촬영된 이 사진은 해왕성 밖의 '카이퍼 벨트(Kuiper Belt)'에 속한 별의 모습 오쯔슴니다. 지구로부터의 거리는 61억 2,000만킬로미터 그런데 뉴라이쥬은스 호가 촬영하고 NASA가 이 사진을 유출할 때까지 2개월이 걸맀 슴니다. 거리가이다 잠 멀어서, 전송 속도가 매초 1-2kb에 불과했기 때문 이다니다. 모뎀을 이용한 초기 인터넷 속도가 56kb정도였다니, 어느 정도 과인. 느린 속도인지 알겠죠.결미 속도가 관건입니다. 데이터 송수신 시각을 몇개월에서 수일 내로 수 분석에서 몇분으로 주는 것이 1 수 있다면 인류는 지금보다 더 멀리, 인공 위성 과학의 탐사선을 보낼 수 있을 것 이다니다. "더 빨리, 더 높이, 더 멀리! 올림픽 정신의 모든 것은 슬로건이다. 이 슬로건에는 인간의 신체적 한계를 극복하고 더 큰 목표를 달성하는 도전정신이 가득 차 있습니다. "지구 밖 우주공간에서 인공위성과 과학탐사기와 교신하는 우주통신의 목표와 슬로건도 이와 비슷하지 않을까요?"더 빨리, 더 많이, 더 멀리! 기획/제작: 항공우주Editor 오요한 자문/감수: 정지궤도 복합위성체계다 sound당" 용기력 박사