한국천문연구원의 태양 및 우주환경 모니터링 시스템 개발: I. 실시간 자료취득과 응용 DEVELOPMENT OF KAO SPACE WEATHER MONITORING SYSTEM: I. REAL-TIME DATA ACQUISITION TOOLS AND APPLICATIONS원문보기
우주환경을 예보하거나 연구하는데 있어서 실시간 자료 취득은 점점 중요해지고 있다. 우리는 본 연구에서 실시간으로 자료를 획득하고 전시하는 방법을 개발하고 이를 우주환경 감시에 활용하였다. 이를 위해 우선 IDL과 shellscript을 사용하여 실시간으로 우주환경 자료를 얻을 수 있고 ION(IDL on the Net)을 이용하여 웹상에서 사용자 중심의 자료전시를 구현하는 기본프로그램을 개발하였다. 이를 기반으로 태양 활동영역의 다양한 관측 자료를 보여주는 Active Region Monitor(ARM)의 미러사이트를 구축하였고, GPS 자료를 이용하여 우리나라에서 운용중인 위성(우리별 3호, 아리랑 1호, 과학기술위성 1호)이 지나가는 경로상의 총 전자 함유량을 보여주는 프로그램을 개발하였다. 한국천문연구원에서 운영하고 있는 ARM 미러사이트는 (http://sun.kao.re.kr/arm) 현재 성공적으로 운영되고 있으며, 매 30분마다 업데이트 되고 있다. GPS 데이터와 위성의 궤도정보를 이용하여 만들어진 TEC 지도는 국내 위성 궤도상의 우주환경을 감시하는데 유용하게 사용될 것이다.
우주환경을 예보하거나 연구하는데 있어서 실시간 자료 취득은 점점 중요해지고 있다. 우리는 본 연구에서 실시간으로 자료를 획득하고 전시하는 방법을 개발하고 이를 우주환경 감시에 활용하였다. 이를 위해 우선 IDL과 shellscript을 사용하여 실시간으로 우주환경 자료를 얻을 수 있고 ION(IDL on the Net)을 이용하여 웹상에서 사용자 중심의 자료전시를 구현하는 기본프로그램을 개발하였다. 이를 기반으로 태양 활동영역의 다양한 관측 자료를 보여주는 Active Region Monitor(ARM)의 미러사이트를 구축하였고, GPS 자료를 이용하여 우리나라에서 운용중인 위성(우리별 3호, 아리랑 1호, 과학기술위성 1호)이 지나가는 경로상의 총 전자 함유량을 보여주는 프로그램을 개발하였다. 한국천문연구원에서 운영하고 있는 ARM 미러사이트는 (http://sun.kao.re.kr/arm) 현재 성공적으로 운영되고 있으며, 매 30분마다 업데이트 되고 있다. GPS 데이터와 위성의 궤도정보를 이용하여 만들어진 TEC 지도는 국내 위성 궤도상의 우주환경을 감시하는데 유용하게 사용될 것이다.
Recently, real time data acquisition become important for space weather forecast and research. In this work, we have developed the data acquisition tools and their applications for space weather monitoring. We have developed programs to download the space weather data using IDL as well as programs t...
Recently, real time data acquisition become important for space weather forecast and research. In this work, we have developed the data acquisition tools and their applications for space weather monitoring. We have developed programs to download the space weather data using IDL as well as programs to interactively display the image and data using ION (IDL on the Net). By using these tools, we have constructed the mirror site of Active Region Monitor (ARM) which summarizes several different solar activities, and developed ION programs to display TEC(Total Electron Contents) maps from GPS data at the passage of Korean satellites. At present, the KAO ARM mirror site (http://sun.kao.re.kr/arm) is successfully updated in every thirty minutes. The TEC maps from GPS data are expected to be used for monitoring the space environment of Korean satellites.
Recently, real time data acquisition become important for space weather forecast and research. In this work, we have developed the data acquisition tools and their applications for space weather monitoring. We have developed programs to download the space weather data using IDL as well as programs to interactively display the image and data using ION (IDL on the Net). By using these tools, we have constructed the mirror site of Active Region Monitor (ARM) which summarizes several different solar activities, and developed ION programs to display TEC(Total Electron Contents) maps from GPS data at the passage of Korean satellites. At present, the KAO ARM mirror site (http://sun.kao.re.kr/arm) is successfully updated in every thirty minutes. The TEC maps from GPS data are expected to be used for monitoring the space environment of Korean satellites.
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문제 정의
본 연구에서는 이러한 우주환경 감시를 위한 기반기술을 개발하여 이를 실제로 적용시켜 보려고 한다. 이에 필요한 선행작업으로, 하드웨어 시스템을 구축하였고, 네트워크 속도측정, 실시간 자료 취득 프로그램 개발, 자료 전시용 프로그램을 개발하였다.
우주환경 모니터링 시스템을 구축하기 위해서는 실시간으로 데이터를 받아오는 프로그램과 받 아온 데이터를 웹을 통해 보여주는 프로그램이 반드시 필요하다. 여기에서는 실시간으로 데이터를 취득하는 프로그램과, 자료전시용 프로그램 개발에 대해서 언급하고자 한다.
우리는 본 연구에서 실시간 우주환경 감시를 위한 기반기술을 개발하였다. 이를 위해, 서버 시스 템과 모니터 시스템을 구축하고, 네트워크 상태를 측정하였다.
실시간으로 자료를 받기 위해서는, 네트워크상에서 자료를 받아오는 기능과, 주기적인 간격으로 자료를 받아오도록 지시하는 기능이 필요하다. 이와 같은 기능을 모두 만족시키는 방법을 조사하였다. 자료를 얻는 방법으로는 UNIX 명령어 인 Shellscript와 IDL을 결합하여 사용하거나(Moon et 시 2000), IDL의 Socket procedure를 사용하는 방법, Wget을 쓰는 방법 등이 있고, 주기적으로 지정된 명령을 시행하는 기능으로 GUI 환경과 서버 시각동기 기능을 갖춘 IDL Widget을 사용하거나 간단히 Unix 명령어 중 하나인 Crontab을 사용하는 방법 등이 있다.
가설 설정
2. 00:42 UTC에 mmddSRS.txt 파일을 받아 이 파일에 들어있는 활동지역 번호를 읽고 오늘 날짜 의 데이터를 받아 주소를 재설정한다(get_srs.pro, latest_files_first.pro).
제안 방법
2. 지도상에 나타낼 우리나라 위성을 결정하고 궤도정보와 위치추적 프로그램(ephem)을 사용하여 3일간의 위성궤도를 계산한다(sat-track.pro).
그 결과, 우리나라 상공 전리층의 변화와 무선통신 및 GPS 신호의 영향이 있었음을 확인하였다. 또한 아리랑 위성 1호의 궤도예측 정밀도의 저하 및 고도 감쇄율의 증가를 확인하였다. 이러한 우주환경의 변화와 그 영향을 분석하고 예측하기 위해서는 독자적인 우주환경 모니터링 시스템의 구축(박소영 등 2004)과 태양 및 우주환경 실시간 자료의 취득 및 데이터베이스의 구축이 선행되어야 한다.
이러한 ION 프로그램을 사용하여 박소영 등(2004)은 Kp index, GOES, ACE 위성의 데이터, 우주환경 레포트, 데이터베이스 등을 나타내는 프로그.램을 개발하였다(http:〃sun.kao.re.kr/cgi-bin/ion-p?page=dbsearch.ion). 두 번째는 실시간으로 저장된 자료들을 주기적으로 보여주는 경우로서 이렇게 개발된 프로그램들은 우주 환경 모니터링 시스템(http:〃sun.
이러한 여러 방법들을 비교해 본 결과, 주기적으로 데이터를 받아오도록 하는 기능은 IDL Wid- get을, 자료를 얻는 기능은 GNU Wget을 사용하여 구현하기로 하였고, 보조적으로 Shellscript를 사용하기로 하였다. IDL Widgete 관리, 유지 보수가 쉬울 뿐만 아니라 태양 및 우주환경 연구에서 많이 사용되기 때문에 선택하였다.
효율적이고 안정적인 우주환경감시 서버의 구축을 위해서, 여러 곳에서 만들어내는 다양하고 방대한 자료를 저장할 공간과, 이러한 자료를 토대로 수요자에게 유용한 정보를 공급해주는 시스템, 얻어진 정보를 데이터베이스화 하는 공간을 가지는 것은 필수적이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 서버시스템과 모니터 시스템을 구축하였다. 서버시스템은 4GB의 메모리와 2TB의 저장공간을 가지고 있으며 실시간 우주환경 관련 자료들의 저장, 저장된 자료들을 이용한 웹 서비스, 데이터 베이스 구축 등에 사용되고 있다.
그러나 이 프로그램의 경우 원격서버와 미러링을 하고자 하는 서버 두 곳 모두 이 프로그램 사용을 위한 복잡한 환경 설정이 필요하고 또 조작이 까다롭다는 단점이 있다. 이러한 이유로 우리는 IDL 프로그램과 Wget을 사용하여 프로그램을 제작하였다. ARM 미러사이트 구축을 위한 다음과 같은 선행작업을 수행하였다: (1) 과거 데이터 백업, (2) 화일목록 작성과 받지 못한 화일들의 반업, (3) 화일 경로 수정.
이를 위해 우리는 NASA JPL로 부터 24시간 연속으로 GIMs를 다운받고 그 위에 위성의 실시간 궤도를 표시하여 우리나라 위성이 지나가는 경로 상에서의 전자밀도를 모니터하고자 하였다. 이러한 작업을 수행하기 위하여 IDL 프로그램, Wget, 위성궤도 추적 프로그램을 개발하였다. 위성궤도 추적 프로그램은 북미방공사령부(NORAD, http://www.
천문연구원과 외부 기관들과의 데이터 전송상태를 측정하기 위하여, 2004년 3월부터 태양 및 우주환경 자료를 다량으로 보유하고 있는 몇 곳의 기관을 선정하고(Big Bear Solar Observatory; BBSO, National Oceanic Atmospheric Administration; NOAA, SOlar and Heliospheric Observatory; SOHO, NASA) 선정된 데이터의 전송속도를 각 사이트별로 측정하였다. 이를 위해 사용자가 원하는 주소를 입력할 수 있고 데이터 전송상태 등의 결과를 그림이나 텍스트 형태로 저장하는 네트워크 측정 프로그램을 자체적으로 개발하였다. 표 1은 선정된 기관들에 대한 데이터 전송속도 측정 결과를 보여주고 있다.
이를 위해 우리는 NASA JPL로 부터 24시간 연속으로 GIMs를 다운받고 그 위에 위성의 실시간 궤도를 표시하여 우리나라 위성이 지나가는 경로 상에서의 전자밀도를 모니터하고자 하였다. 이러한 작업을 수행하기 위하여 IDL 프로그램, Wget, 위성궤도 추적 프로그램을 개발하였다.
우리는 본 연구에서 실시간 우주환경 감시를 위한 기반기술을 개발하였다. 이를 위해, 서버 시스 템과 모니터 시스템을 구축하고, 네트워크 상태를 측정하였다. 이를 토대로 실시간 자료획득 프로그램을 개발하여 ARM 미러사이트 구축이나 우리나라 위성의 궤도 상에서의 이온충 전자량 지도작성 작업에서 성공적으로 응용하였다.
이를 위해, 서버 시스 템과 모니터 시스템을 구축하고, 네트워크 상태를 측정하였다. 이를 토대로 실시간 자료획득 프로그램을 개발하여 ARM 미러사이트 구축이나 우리나라 위성의 궤도 상에서의 이온충 전자량 지도작성 작업에서 성공적으로 응용하였다.
본 연구에서는 이러한 우주환경 감시를 위한 기반기술을 개발하여 이를 실제로 적용시켜 보려고 한다. 이에 필요한 선행작업으로, 하드웨어 시스템을 구축하였고, 네트워크 속도측정, 실시간 자료 취득 프로그램 개발, 자료 전시용 프로그램을 개발하였다. 이러한 기본 작업들을 바탕으로, 태양 활동지역모니터(Active Region Monitor, ARM) 미러사이트를 구축하였으며, 국내위성 궤도상의 이온층 총 전자지도를 작성하여 웹 상에서 서비스하고 있다.
천문연구원과 외부 기관들과의 데이터 전송상태를 측정하기 위하여, 2004년 3월부터 태양 및 우주환경 자료를 다량으로 보유하고 있는 몇 곳의 기관을 선정하고(Big Bear Solar Observatory; BBSO, National Oceanic Atmospheric Administration; NOAA, SOlar and Heliospheric Observatory; SOHO, NASA) 선정된 데이터의 전송속도를 각 사이트별로 측정하였다. 이를 위해 사용자가 원하는 주소를 입력할 수 있고 데이터 전송상태 등의 결과를 그림이나 텍스트 형태로 저장하는 네트워크 측정 프로그램을 자체적으로 개발하였다.
이론/모형
이 서버는 충분한 확장성과 성능을 가지고 있는 만큼 장기적으로 Space Environment Center(SEC), National Geophysical Data Center(NGDC) 등의 미러사이트 구축과 한국천문연구원에서 관측한 데이터의 저장공간 등을 고려해 볼 때 적절한 성능이라고 생각된다. 안정된 시스템의 운용을 위해 리 눅스(Redhat 9.X) 기반의 운영체계를 채용하였다. 그리고 실시간 데이터 전송상태 확인, 서버의 운용상태 점검, 그리고 서버작업의 진행 상황 점검을 위해 멀티 모니터링이 가능한 클라이언트 PC를 사용하고 있다.
성능/효과
조경석 등(2004)은 지난 10월 말의 태양활동과 우주환경의 변화를 분석하고 국내외 위성 및 통신에 미친 영향을 조사하였다. 그 결과, 우리나라 상공 전리층의 변화와 무선통신 및 GPS 신호의 영향이 있었음을 확인하였다. 또한 아리랑 위성 1호의 궤도예측 정밀도의 저하 및 고도 감쇄율의 증가를 확인하였다.
ion). 두 번째는 실시간으로 저장된 자료들을 주기적으로 보여주는 경우로서 이렇게 개발된 프로그램들은 우주 환경 모니터링 시스템(http:〃sun.kao.re.kr/cgi-bin/ion-p?page=monitoringLion)에 성공적으로 사 용되었다.
후속연구
실제 이 기술은 한국천문연구원의 우주환경 감시 시스템의 초기 모형을 개발하는데 성공적으로 응용되었다(박소영 등 2004). 또한 ARM 미러사이트를 통하여 태양활동 주 기동안, 혹은 긴 시간에 걸쳐 발생하는 현상들을 연구할 수 있을 것이다. 장기적으로 태양-지구간 우 주환경 영향 연구에서도 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
뿐만 아니라 플레어 예측모델을 적용한 예보시스템, 일일 태양활동 레포트 등 위성과 지상의 여러 관측소에서 얻어진 여러 정보들을 제공하고 있다. 또한 원하는 날짜의 태양활동을 볼 수 있는 검색기능을 통해 장기간의 태양활동 변화나 통계적인 연구들에 유용하게 활용될 수 있다. 웹페이지는 매 30분마다 업데이트된 다(http://www.
본 연구를 통해 구축된 서버와 우주환경 진단을 위한 각종 프로그램, 그리고 축적된 개발경험은 향후 종합적인 우주환경 예 경보 시스템 개발에 활용될 것이다. 한국천문연구원은 향후 다양한 국 내외 관측 데이터를 통합하는 태양 및 우주환경 관측 데이터베이스의 구축과 미국의 NOAA/SEC와 NOAA/NGDC 등의 미러사이트 구축을 예정하고 있다.
이러한 우주환경 감시 기반 기술의 개발은 차후 우주환경 감시와 예보를 수행하는데 중요한 밑 거름이 될 것으로 기대된다. 실제 이 기술은 한국천문연구원의 우주환경 감시 시스템의 초기 모형을 개발하는데 성공적으로 응용되었다(박소영 등 2004).
장기적으로 태양-지구간 우 주환경 영향 연구에서도 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 특히 국내위성궤도상에 존재하는 이온충 총 전자량 지도는 지구 근처를 돌고 있는 우리나라 위성궤도 환경에 대한 진단 및 예보를 가능하게 하여 원할한 위성 운용에 도움이 될 것으로 기대된다.
데이터 전송속도 측정에 있어서 속도측정 프로그램의 한계와 분석할 수 없는 원인들로 인하여 속도 측정이 제대로 되지 않는 경우가 종종 발생하였다. 향후에 이러한 문제점들에 대한 분석과 함께 프로그램을 보완하여 네트워크 상태를 지속적으로 측정해 볼 예정이다.
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