[논문]한반도 주변상공의 정지궤도 인공위성 분광관측1

이동규; 김상준; 한원용; 박준성; 민상웅

초록
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경희대학교의 인공위성 관측용 40cm 망원경 시스템을 이용하여 한반도 주변상공에서 관측이 가능한 정지궤도위성 중 6개국의 통신위성 9기와 기상위성 1기를 선정하여 저분산 분광관측을 시도하였다. 그 결과 가시광 영역에서 인공위성 각각의 고유한 분광선 형태가 상호간 현저하게 차이가 있어 보였고 이를 분광선 패턴에 따라 4종류의 그룹으로 분류가 가능하였다 국가별, 임무별로 인공위성의 정밀한 분광선 패턴별 목록화를 위해서는 더 많은 인공위성의 분광관측 데이터가 필요하고 이를 바탕으로 지상 실험실 측정자료와 비교하여 인공위성의 외부 구조체 재질과 색깔을 식별하여야 한다.

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Low resolution spectroscopic observations of leo-stationary satellites over the Korean peninsula have been carried out at the KyungHee Optical Satellite Observing Facility (KOSOF) with a 40cm telescope. We have observed 9 telecommunication satellites and 1 weather satellite of 6 countries. The obtai...

Low resolution spectroscopic observations of leo-stationary satellites over the Korean peninsula have been carried out at the KyungHee Optical Satellite Observing Facility (KOSOF) with a 40cm telescope. We have observed 9 telecommunication satellites and 1 weather satellite of 6 countries. The obtained spectral data showed that satellites could be classified and grouped with similar basic spectral feature. We divided the 10 satellites into 4 groups based on spectral slop and reflectance. It is suggested that the material types of the satellites can be determined through spectral comparisons with the ground laboratory data. We will continuously observe additional geo-stationary satellites for the accurate classification of spectral features.

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AI 본문요약
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문제 정의

비교해 보았다. 본 연구의 주된 목적은 분광선의 패턴만으로도 상호비교 및 분류가 가능한지를파악하기 위한 것이다.
이 연구에서는 정지궤도 인공위성의 저분산 분광관측을 통해 분광유형별로 목록화 가능성 여부와 국가별, 임무별로 데이터 베이스 구축이 가능한지를 알아 보고자 한다. 궤도자료가 알려진 인공위성에 대한 분광 데이터 베이스를 구축함으로써 장차 궤도자료가 알려지지 않은 인공위성에 대하여 레이더 및 적응광학 어레이 감시시스템을 통한 인공위성의 분광관측을 수행하면 제반 정보획득도 가능하게 된다.

제안 방법

경희대학교의 인공위성 관측용 40cm 망원경을 이용하여 한반도 주변상공에서 관측이 가능한 몇기의 정지궤도 인공위성에 대한 저분산 분광관측을 시도하여 가시광 영역에서 상호간 분광선의 유형을 비교해 보았다. 본 연구의 주된 목적은 분광선의 패턴만으로도 상호비교 및 분류가 가능한지를파악하기 위한 것이다.
5°/sec의 구동속도를 가지고 있다. 본 연구의 분광 관측을 위하여 Santa Barbara Instrument Group (SBIG)의 모델 인 ST-7E Imaging CCD 카메라와 슬릿상에 인공위성을 정확히 위치시키기 위한 ST-4 Tracking CCD 카메라와 ST-6 CCD 카메라를 부착한 Autoguider를 이용하였고, 분광기로는 5500A에서 70A, 4000A및 7000A영역에서 30%의 양자효율을 갖는 SBIG를 사용하였다. 분광관측 자료는 2001년 1월부터 9월말까지 얻은 인공위성의 분광 자료 중 한반도 주변 5개국과 미국을 대상으로 총 10기를 분석에 사용했다.
프로그램인 C-Sat을 사용하였다. 인공위성의 식별은 그림 2에서 처럼 인공위성이 지나갈 위치에서 우선 망원경이 별을 추적 (Sidereal 방식) 하게 한 다음 인공위성이 선으로 식별되면 즉시 망원경이 인공위성을 추적 (Stare 방식) 할 수 있도록 가대의 추적 방식을 전환하였다.
그림 4. 5500Å에서의 인공위성의 상대적 빛의 세기를 1로 기준 하였을 때 단파장 부근의 인공위성 분광선 패턴비교.
그림 5. 5500Å에서의 인공위성의 상대적 빛의 세기를 5로 기준 하였을 때 장파장 부근의 인공위성 분광선 패턴 비교. _쯔

대상 데이터

본 연구의 분광 관측을 위하여 Santa Barbara Instrument Group (SBIG)의 모델 인 ST-7E Imaging CCD 카메라와 슬릿상에 인공위성을 정확히 위치시키기 위한 ST-4 Tracking CCD 카메라와 ST-6 CCD 카메라를 부착한 Autoguider를 이용하였고, 분광기로는 5500A에서 70A, 4000A및 7000A영역에서 30%의 양자효율을 갖는 SBIG를 사용하였다. 분광관측 자료는 2001년 1월부터 9월말까지 얻은 인공위성의 분광 자료 중 한반도 주변 5개국과 미국을 대상으로 총 10기를 분석에 사용했다. 그림 1은 관측한 정지궤도 인공위성 (궤도경사각 0.

이론/모형

인공위성의 궤도자료로는 North American Aerospace Defense Command (NORAD) 에서 제공하는 최신의 Two-Line Elements (TLE) 정보를 이용하였고 인공위성 추적을 위하여 인공위성 전용 스케줄 프로그램인 C-Sat을 사용하였다. 인공위성의 식별은 그림 2에서 처럼 인공위성이 지나갈 위치에서 우선 망원경이 별을 추적 (Sidereal 방식) 하게 한 다음 인공위성이 선으로 식별되면 즉시 망원경이 인공위성을 추적 (Stare 방식) 할 수 있도록 가대의 추적 방식을 전환하였다.
분광 소프트웨어로는 CCDSoft, Spectra 및 Origin을 사용하였다. 어두운 인공위성의 경우는 노출을 나누어주어 각각의 분광선을 비교 검토한 후에 이미지를 합쳐 S/N비를 향상시켜 최종적인 분광선을 얻었다.

성능/효과

작아 인위적으로 상을 흩트려서 파장의 이동을 방지하였다. 노출시간은 50분에서 2시간으로 인공위성의 경우 별과는 달리 Auto・guiding의 한계로 인해 1000초씩 나누어서 노출을 주어 이미지를합친 결과 좋은 S/N비를 얻을 수 있었다. 파장 분해능은 150g/mm을 사용하여 5000A에서 38A이며관측 파장범위는 3400A에서 7400A까지의 가시광 영역이었다.
노출시간은 50분에서 2시간으로 인공위성의 경우 별과는 달리 Auto・guiding의 한계로 인해 1000초씩 나누어서 노출을 주어 이미지를합친 결과 좋은 S/N비를 얻을 수 있었다. 파장 분해능은 150g/mm을 사용하여 5000A에서 38A이며관측 파장범위는 3400A에서 7400A까지의 가시광 영역이었다.
관측한 인공위성 각각의 분광선 패턴과 기울기를 비교해 볼 때 몇가지 형태의 그룹으로 나누어지며 상호간 현저한 차이를 보였다. 그림 4, 5는 태양빛에 반사되어 얻어진 인공위성의 분광형을 태양의 분광형으로'각각 나누어 준 다음 인공위성 고유의 분광선 패턴을 보다 상세히 상호간 비교하기 위해 3800A에서 7400A까지 얻어진 분광선 형태를 5500A를 기준으로 두 부분으로 나누어 비교한 것이다.
그러나 나머지 통신위성들 중에서는 그림 4에서 유사한 패턴을 보였던 것들이 다시 두 부류로 나누어 졌다. B-SAT-1B와 GE 1A는 7000A 부근에서 반사능이 증가하지 않은 반면 나머지 세 인공위성들은 반사능이 현저히 증가함을 보였다. 그림 4와 5를 종합하면 표 2와 같이 모두 4 종류로 인공위 성 분광 패 턴별 분류가 가능했다.
분광관측 결과 초기의 예상과는 달리 국가별로 분광패턴들의 특징이 뚜렷하게 차이를 보이지는 않았고 기상위성인 FENGYUN 2B와 나머지 통신위성들과의 임무별 분광선 비교에서도 현저한 차이점은 없었다. 이를 위해서는 좀더 많은 관측 데이터를 활용한 비교 분석이 필요하다고 판단된다.

후속연구

궤도자료가 알려진 인공위성에 대한 분광 데이터 베이스를 구축함으로써 장차 궤도자료가 알려지지 않은 인공위성에 대하여 레이더 및 적응광학 어레이 감시시스템을 통한 인공위성의 분광관측을 수행하면 제반 정보획득도 가능하게 된다. 인공위성의 관측기법은 우주잔해물의 물리적, 화학적 특성파악에 응용이 직접적으로 가능하므로 지구에 대한 우주잔해물의 위협율 분석과 대책수립이 가능하게 될 것이다.
관측된 인공위성 데이터는 인공위성 외부 구조계의 재질과 도금 형태에 따른 지상 실험실 측정자료를통하여 상호 비교하여 재질을 파악할 계획에 있다. 관측 파장범위를 가시광 영역뿐만 아니라 적외선영역까지 확대한다면 어두운 인공위성일수록 적외선 영역의 반사능이 뛰어나므로 인공위성 고유의분광패턴을 상호 비교하기가 훨씬 수월할 것이다.

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