경희대학교 천문대의 30인치 망원경을 이용하여 한반도 상공에서 관측이 가능하고 현재 운용중인 정지궤도 및 Molynia궤도 회전안정화위성 5기를 대상으로 측광관측을 시도하여 위성체의 버스모델별 자전주기를 알아보았다. 제작사별로 공개된 3기의 회전안정화위성에 대한 자전주기를 지상관측을 통하여 최초로 검증하였고 알려지지 않은 2기의 회전안정화위성에 대해서도 자전주기를 추정하였다. 공개된 자전주기는 ASIASAT 1과 THAICOM 1이 1.09초, JCSAT 2가 1.71초였고 관측결과 얻어진 자전주기는 각각 0.95, 1.06, 1.73rpm 초로 평균 0.06초의 차이를 보였다. 자전율로 환산하면 공개 된 ASIASAT 1과 THAICOM 1이 55rpm, JCSAT 2가 35rpm이고 관측결과로 구한 자전율은 각각 62.9, 56.5, 34.6rpm으로 평 균 3.3rpm의 차이 가 나타났다. 검증결과 정지궤도 회전안정화위성의 자전을 운용에 따른 허용 오차범위인 수 rpm내를 모두 만족하였다 알려지지 않은 Fengyun 2B와 Molynia 1-87 위성의 자전율은 각각 89.3rpm, 78.4rpm으로 관측되었다. 회전안정화위성의 자전주기 연구는 단주기 펄스를 갖는 우주물체에 대한 비교광원 결정에 유용하게 활용될 수 있으며 인공위성의 측광 및 분광관측과 더불어 위성 특성별 데이터 베이스를 구축하는데 도움이 될 것이라 판단된다.
경희대학교 천문대의 30인치 망원경을 이용하여 한반도 상공에서 관측이 가능하고 현재 운용중인 정지궤도 및 Molynia궤도 회전안정화위성 5기를 대상으로 측광관측을 시도하여 위성체의 버스모델별 자전주기를 알아보았다. 제작사별로 공개된 3기의 회전안정화위성에 대한 자전주기를 지상관측을 통하여 최초로 검증하였고 알려지지 않은 2기의 회전안정화위성에 대해서도 자전주기를 추정하였다. 공개된 자전주기는 ASIASAT 1과 THAICOM 1이 1.09초, JCSAT 2가 1.71초였고 관측결과 얻어진 자전주기는 각각 0.95, 1.06, 1.73rpm 초로 평균 0.06초의 차이를 보였다. 자전율로 환산하면 공개 된 ASIASAT 1과 THAICOM 1이 55rpm, JCSAT 2가 35rpm이고 관측결과로 구한 자전율은 각각 62.9, 56.5, 34.6rpm으로 평 균 3.3rpm의 차이 가 나타났다. 검증결과 정지궤도 회전안정화위성의 자전을 운용에 따른 허용 오차범위인 수 rpm내를 모두 만족하였다 알려지지 않은 Fengyun 2B와 Molynia 1-87 위성의 자전율은 각각 89.3rpm, 78.4rpm으로 관측되었다. 회전안정화위성의 자전주기 연구는 단주기 펄스를 갖는 우주물체에 대한 비교광원 결정에 유용하게 활용될 수 있으며 인공위성의 측광 및 분광관측과 더불어 위성 특성별 데이터 베이스를 구축하는데 도움이 될 것이라 판단된다.
Optical observations of Geostationary and Molynia orbit spin-stabilized satellites over the Korean peninsula have been carried out at the Kyung Hee University Observatory with a 30 inch telescope. We have observed 5 spin-stabilized satellites, and obtained 0spin periods, which can be used for deduci...
Optical observations of Geostationary and Molynia orbit spin-stabilized satellites over the Korean peninsula have been carried out at the Kyung Hee University Observatory with a 30 inch telescope. We have observed 5 spin-stabilized satellites, and obtained 0spin periods, which can be used for deducing a design for each bus model. Verifications of spin periods of 3 known satellites from manufacturer, and observations of 2 unknown satellites were made. The difference between known spin periods and observed spin periods is 0.06sec on the average and the difference of those spin rates is 3.3rpm on the average. Those results indicate that spin periods and spin rates of observed geostationary spin-stabilized satellites are within operating limits. Spin rates of unknown satellites, Fengyun 2B and Molynia 1-87 are 89.3rpm, 78.4rpm earh. It is suggested that the research of spin stabilized satellites can be used for the determinations of standard light sources for short period celestial objects and helpful for the constructions of satellite databases with photometric and/or spectroscopic satellite observations.
Optical observations of Geostationary and Molynia orbit spin-stabilized satellites over the Korean peninsula have been carried out at the Kyung Hee University Observatory with a 30 inch telescope. We have observed 5 spin-stabilized satellites, and obtained 0spin periods, which can be used for deducing a design for each bus model. Verifications of spin periods of 3 known satellites from manufacturer, and observations of 2 unknown satellites were made. The difference between known spin periods and observed spin periods is 0.06sec on the average and the difference of those spin rates is 3.3rpm on the average. Those results indicate that spin periods and spin rates of observed geostationary spin-stabilized satellites are within operating limits. Spin rates of unknown satellites, Fengyun 2B and Molynia 1-87 are 89.3rpm, 78.4rpm earh. It is suggested that the research of spin stabilized satellites can be used for the determinations of standard light sources for short period celestial objects and helpful for the constructions of satellite databases with photometric and/or spectroscopic satellite observations.
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문제 정의
이 논문에서는 현재 운용중인 Hughes사의 회전안정화위성에 대한 모델별 자전주기를 지상관측을 통해 검증하고, 이를 바탕으로 알려지지 않은 회전안정화위성의 자전주기를 알아보고자 한다.
제안 방법
경희대학교 천문대의 30인치 망원경을 이용하여 한반도 상공에서 관측이 가능하고 현재 운용중 인 정지궤도 및 Molynia 궤도 회전안정화위성 5기를 대상으로 측광관측을 시도하여 위성체의 버스 모델별 자전주기를 알아보았다. 알려지지 않은 인공위성의 궤도 및 제반 정보를 획득하기 위한 인공 위성의 측광관측은 I960년대부터 미국과 러시아를 중심으로 꾸준히 진행되어 오고 있으나 아직까지 상세한 데이터 정보의 공개는 제한되고 있는 실정이다.
노출시간은 회전안정화위성의 자전율이 평균적으로 50-100rpm 정도이고 주 망원경 화각범위 인 17' X 17'안에 머무를 수 있는 시간을 고려하여 15초에서 30초의 노출시간을 적용하였다. 짧은 노출 시간 동안 어두운 회전안정화위성의 S/N비를 높이기 위해 2회 이상 관측을 통하여 데이터 처리후 각각의 FFT(Fast Fourier Transform) 수행 결과를 합쳐 자전주기를 구하였다(OriginLab Corporation 2000).
노출시간은 회전안정화위성의 자전율이 평균적으로 50-100rpm 정도이고 주 망원경 화각범위 인 17' X 17'안에 머무를 수 있는 시간을 고려하여 15초에서 30초의 노출시간을 적용하였다. 짧은 노출 시간 동안 어두운 회전안정화위성의 S/N비를 높이기 위해 2회 이상 관측을 통하여 데이터 처리후 각각의 FFT(Fast Fourier Transform) 수행 결과를 합쳐 자전주기를 구하였다(OriginLab Corporation 2000). 데이터 처리를 위해 CCDSoft(Software Bisque 2001) 및 IRAF (Image Reduction and Analysis Facility)를 사용하였다(IRAF Programming Group 2000).
0421 초였다. 회 전안정화 위 성별로 2회 이상 관측하여 각각의 데이터 결과를 상호 비교하였다. 표 1은 관측한 인공위성의 버스 종류와 자전율을 나타낸다.
대상 데이터
본 연구에서는 30인치 망원경을 이용하여 2001년 9월에서 2002년 1월 사이에 한반도 주변상공에서 관측이 가능하고 현재 임무중인 정지궤도 회전안정화위성 총 9기와 Molynia 궤도 회전안정화위 성 M-1 시리즈 총 5기 중에서 통신위성 4기와 기상위성 1기를 대상으로 측광관측을 수행하였다. 관 측에 사용된 망원경은 f/7로서 관측가능 한계등급이 18등급이고 IK CCD 카메라를 사용하였다. 표 1에서와 같이 이번에 관측한 회전안정화위성은 제작사와 운용국에서 버스모델별로 자전주기가 공개 된 인공위성 3기와 자체 제작하여 자전주기를 공개하지 않은 중국의 기상위성과 러시아의 군용통신 위성 각 1기씩이었고 겉보기 등급은 모두 16등급 내외였다.
본 연구에서는 30인치 망원경을 이용하여 2001년 9월에서 2002년 1월 사이에 한반도 주변상공에서 관측이 가능하고 현재 임무중인 정지궤도 회전안정화위성 총 9기와 Molynia 궤도 회전안정화위 성 M-1 시리즈 총 5기 중에서 통신위성 4기와 기상위성 1기를 대상으로 측광관측을 수행하였다. 관 측에 사용된 망원경은 f/7로서 관측가능 한계등급이 18등급이고 IK CCD 카메라를 사용하였다.
인공위성 궤도자료는 NORAD (North American Aerospace Defense Command) 에서 제공하는 최 신 궤도요소자료(TLEs: Two-Line Elements)를 이용하였고 인공위성 추적을 위하여 인공위성 전용 스케줄 프로그램인 C-Sat(Dantowitz & Kozubal 1997)을 사용하였다.
이론/모형
짧은 노출 시간 동안 어두운 회전안정화위성의 S/N비를 높이기 위해 2회 이상 관측을 통하여 데이터 처리후 각각의 FFT(Fast Fourier Transform) 수행 결과를 합쳐 자전주기를 구하였다(OriginLab Corporation 2000). 데이터 처리를 위해 CCDSoft(Software Bisque 2001) 및 IRAF (Image Reduction and Analysis Facility)를 사용하였다(IRAF Programming Group 2000).
성능/효과
06초의 자전주기 차이를 보였고 자전주기 차이가 가장 큰 ASIASAT 1의 경우 공개된 자전율과 관측으로 구 한 자전율과의 차이는 약 8rpm으로 나타났다. 상호간 자전율의 평균차이는 약 3.3rpm으로 주어진 자전율에서 수 rpm 범위 내의 운용오차를 허용하는 정지궤도 회전안정화위성의 자전주기 운용범위 를 모두 만족하므로 양호한 결과를 얻었다고 판단된다.
현재 한반도 주변상 공에서 관측이 가능하고 운용 중인 회 전안정화위 성 수는 약 10여 기 정도의 정지궤도 위성과 Molynia 1 시리즈 수기에 불과하다. 이번 연구에서는 이 중 5기의 회전안정화위성을 관측하여 자전주기를 결정하였고 공개된 위성의 자전주기와 관측한 위성의 자전주기 차이는 평균 약 0.06초로 나타났고 자전율의 차이는 평균 약 3.3rpm으로 검증 결과 정지궤도 회전안정화위성의 자전주기 운용범위를 모두 만족하였다.
자전주기가 공개된 위성들에 대하여 관측결과 얻어진 자전주기를 비교한 결과 평균 약 0.06초의 자전주기 차이를 보였고 자전주기 차이가 가장 큰 ASIASAT 1의 경우 공개된 자전율과 관측으로 구 한 자전율과의 차이는 약 8rpm으로 나타났다. 상호간 자전율의 평균차이는 약 3.
표 2에서 자전주기를 T로, 자전율을 P로 표시하였다. 제작사에서 공개한 위성 자전주기에 대하여 이번 관측을 통해 얻어진 검증결과는 ASIASAT 1은 제작사에서 공개한 자료보다 자전주기가 약 0.137초 적 게, THAICOM 1은 약 0.029초 적게 나왔으나 JCSAT2는 약 0.018초 많게 나왔다.
후속연구
S/N비를 향상시킬 수 있는 좋은 관측지 기상여건도 어두운 대상을 관측시는 필 수적이다. 궁극적으로 인공위성의 전반적인 측광관측을 원활히 수행하기 위해서는 높은 공간분해능 과 함께 충분한 노출시간을 확보할 수 있는 큰 구경과 빠른 구동능력을 가진 인공위성 추적시스템을 고려해 보아야 할 것이다.
이미지 획득을 위한 노출시간이 짧고 시간분해능이 떨어질수록 회전안정화위성의 자전주기 정 확성은 떨어지므로 향후 소형망원경을 이용한 정밀한 데이터 분석을 위해서는 10여분 정도의 노출 시간을 확보할 수 있는 Video CCD 카메라를 이용한 측광관측이 요구된다. 관측한 위성 이미지의 광도곡선 그래프에서도 쉽게 자전주기 변화를 판단할 수 있고, 처음과 끝 시간 영역에서의 자전주기율 의 상호비교가 가능하여 자전주기 오차를 더욱 줄이기 위해서는 지금의 10배 정도의 시간/공간분해 능 향상이 요구된다.
정지궤도 인공위성의 경우 관측지의 경도에 따라 관측가능 대상이 제한을 받으므로 한반도 주변에서만 관측할 수 있는 정지궤도 위성에 대한 연구가 필요할 것이다. 임무중인 회전안정화위성에 대한 자전주기 연구는 중성자별이나 블랙홀과 같은 단주기 펄스를 갖는 우주물체에 대한 비교광원 결정에 유용하게 활용될 수 있고 수명이 다한 위성과 크기가 큰 우주잔해물(Space debris)의 운동상태를 추정하여 안전 대책을 세우는 데에도 응용이 가능하며 인공위성의 분광관측과 더불어 알려지지 않은 인공위성의 임무별, 특성별 데이터베이스를 구축하는데 도움이 될 것이라 판단된다.
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