근래 우주 과학 및 연구의 가장 뜨거운 뉴스 또는 성과는 2013년 NASA의 화성 로버인 Curiosity, 2013년 중국의 달 착륙선/로버인 Chang'e 3 호, 2014년 ESA의 67P/Churyumov-Gerasimenko 소행성 탐사선 Rosetta, 그리고 2015년 NASA의 명왕성 탐사선 New Horizons 일 것이다. 이와 같은 장거리 심우주 탐사가 현 기술로 가능하다는 것에 매우 고무될 수밖에 없다. 하지만 이런 놀라운 심우주 항행 기술의 발전에도 불구하고 심우주 데이터 통신 기술 영역은 이렇다 할 변화가 없었다. 이 영역은 큰 변화를 현재까지 거부해 왔으나 최근 들어 지상의 우수한 통신 기술들을 심우주 탐사에 적용하려는 움직임이 관찰되고 있음에 주목할 필요가 있다. 그중에 하나가 본 논문에서 다루려고 하는 태양계 인터넷 기술이다. 본 논문에서 심우주 탐사에 태양계 인터넷이 미치는 영향을 분석하여 발표하고자 한다.
근래 우주 과학 및 연구의 가장 뜨거운 뉴스 또는 성과는 2013년 NASA의 화성 로버인 Curiosity, 2013년 중국의 달 착륙선/로버인 Chang'e 3 호, 2014년 ESA의 67P/Churyumov-Gerasimenko 소행성 탐사선 Rosetta, 그리고 2015년 NASA의 명왕성 탐사선 New Horizons 일 것이다. 이와 같은 장거리 심우주 탐사가 현 기술로 가능하다는 것에 매우 고무될 수밖에 없다. 하지만 이런 놀라운 심우주 항행 기술의 발전에도 불구하고 심우주 데이터 통신 기술 영역은 이렇다 할 변화가 없었다. 이 영역은 큰 변화를 현재까지 거부해 왔으나 최근 들어 지상의 우수한 통신 기술들을 심우주 탐사에 적용하려는 움직임이 관찰되고 있음에 주목할 필요가 있다. 그중에 하나가 본 논문에서 다루려고 하는 태양계 인터넷 기술이다. 본 논문에서 심우주 탐사에 태양계 인터넷이 미치는 영향을 분석하여 발표하고자 한다.
The hottest news and achievements of space science and research in recent years may be NASA Curiosity rover's exploration (2013) of Mars, China Chang'e 3's exploration (2013) of Moon, ESA Rosetta's exploration (2014) of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, and NASA New Horizons' exploration (2015) of Pl...
The hottest news and achievements of space science and research in recent years may be NASA Curiosity rover's exploration (2013) of Mars, China Chang'e 3's exploration (2013) of Moon, ESA Rosetta's exploration (2014) of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, and NASA New Horizons' exploration (2015) of Pluto, which are very astonishing achievement since such a deep space journey was possible with current technology. In contrast the wonderful cruise and navigation technologies evolution of explorer in deep space, there are no remarkable changes in deep space data communication, it is still in conservative area, of which much changes are reluctantly accepted so far. But there are some movements of deep space exploration in order to allow ground brilliant technologies to deep space. One of those experiments is internet, whose main topic of this paper. In this paper, we will present the analysis of effectiveness of solar system internet to deep space exploration.
The hottest news and achievements of space science and research in recent years may be NASA Curiosity rover's exploration (2013) of Mars, China Chang'e 3's exploration (2013) of Moon, ESA Rosetta's exploration (2014) of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, and NASA New Horizons' exploration (2015) of Pluto, which are very astonishing achievement since such a deep space journey was possible with current technology. In contrast the wonderful cruise and navigation technologies evolution of explorer in deep space, there are no remarkable changes in deep space data communication, it is still in conservative area, of which much changes are reluctantly accepted so far. But there are some movements of deep space exploration in order to allow ground brilliant technologies to deep space. One of those experiments is internet, whose main topic of this paper. In this paper, we will present the analysis of effectiveness of solar system internet to deep space exploration.
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문제 정의
이 느린 통신 속도가 심우주 탐사선 탑재체의 운용에 어떤 영향을 끼치는지에 대해서 분석하는 것이 본 논문의 주요 주제 중 하나이다. 탑재체 데이터를 초조하게 기다리는 우주 과학계의 염원에 보답할 해결책이 나오지 않는다면 관련 과학계의 활동이 위축되는 것은 자명한 결과이다.
성능/효과
또한 DTN 기술을 적용함으로써 데이터 송수신 과정을 자동화(automotive)하는 것이 가능하다. DTN 알고리즘은 데이터 송수신시 연결 실패를 자동으로 처리하고 있는 로직을 포함하고 있기 때문에 지상국에서 이를 관리하는데 상대적으로 적은 인력으로도 가능하다.
후속연구
DTN 인터넷 프로토콜은 2~3년 내에 개발이 완료될 것으로 예상되며 달에서 시험한 레이저 광통신 기술이 성숙되고 상용화되면 앞으로 화성 탐사에 획기적인 전환점을 가져올 것이라고 기대해 볼 수 있는 시점이다. 광통신 기술을 통해서 심우주 탐사선의 통신 탑재체가 소형화/저전력화되고, DTN 인터넷기술을 통해 장거리 통신 장애 문제가 해결될 수 있는 만큼 고성능의 신개념 과학 탑재체가 탑재되어 놀라운 우주의 비밀을 밝혀 줄 도구가 될 것을 기대해 본다. 앞서 기술하였듯이 한국항공우주연구원에서는 전자통신연구원과 같이 한국형 달탐사 개발 사업을 통해 태양계 인터넷 기술을 달탐사에서 시험할 계획이며 이 결과가 태양계인터넷 기술의 확산에 도움이 되기를 희망한다.
현재 화성에서 Ka-band로 얻을 수 있는 속도는 약 5 Mbps 인데 현재MRO의 HiRISE(High Resolution Imaging Science Experiment) 탑재체 해상도(30 cm)로 전화성 표면을 관측했을 때 지상으로 모두 전송하려면 9년 가까이 소요된다. 그러나 광학 통신을 이용하면 9주면 전송이 가능해지기 때문에 임무수명 안에 전 화성을 촬영하는 것이 가능해지고 또는 더욱 획기적인 성능의 탑재체를 싣는 것이 가능해 진다. ESA 로제타(Rosetta) 소행성 탐사선의 다운링크속도는 22 kbps 이었고, NASA 뉴 호라이즌(New Horizons) 탐사선이 명왕성을 스쳐 지나갈 때 다운링크 속도는 불과 1 kbps에 지나지 않는다.
현재 한국항공우주연구원과 한국전자통신연구원은 미국 NASA와 ION을 이용하여 NASA DEN(DTN Experiment Network) 지상 환경에서의 DTN 프로토콜 국제공동시험을 수행중이며, 향후 시험용 달 궤도선을 통해 국내의 뛰어난 인터넷 기술이 우주로 확장되기를 희망하고 있다. 시험용 달 궤도선이 하나의 인터넷 노드가 되어 영상, 이메일 등 지상인터넷 신호를 입수, 처리하고 지상으로 되돌려 보내는 기술이 시험될 예정이다.
향후 달 및 화성 유인 관광 및 유인 탐사가 본격화되면 데이터 중계 위성으로서 수요가 많아지게 될 것이고, 상용 위성 개발회사도 상용 서비스를 목표로 한 DTN 중계 위성 개발 및 서비스에 관심을 가지게 될 것으로 예측된다. 현재NASA는 ISS에 장착되어 있는 SCaN (Space Communication and Navigation) 테스트 베드를 이용해 심우주 통신을 DTN을 이용해 수행하는 시험을 진행 중이다[5].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 우주 탐사 경쟁은 무엇에 초점이 맞춰져 있는가?
최근 우주 탐사의 경쟁은 누가 얼마나 멀리있는 우주를 탐험했는지에 초점이 맞추어져 있다. Rosetta는 2004년에 발사하여 10년 동안 동면을 하고 있다가 깨어나 2014년 역사적인 67p 소행성 탐사에 성공했고, New Horizons는 2006년에 발사하여 2014년에 명왕성을 스쳐 지나갔다.
한 국가의 우주 개발 과정은 어떻게 되는가?
30년 국내 저궤도, 정지궤도 위성개발을 통해 확보된 경험과 기술이 마침내 우주탐사 영역까지 확대될 기로에 있다. 이 흐름은 해외 우주 선진국의 경우와 유사한데, 한 국가의 우주 개발 과정을 살펴보면 처음에는 근지구 위성을 개발하는데 집중하다가 어느 정도 위성 개발 기술이 안정적 궤도에 들어서게 되면 그 다음은 발사체, 달탐사를 비롯한우주탐사를 착수하게 되기 때문이다. 따라서 발사체 및 우주 탐사를 하고 있다는 것은 그만큼 기술력과 국력이 있음을 반증하고 있다고 볼 수 있다.
지연허용네크워크의 핵심은 무엇인가?
LTP (LickliderTransmission Protocol)과 BP (Bundle Protocol)가 대표적인 DTN 프로토콜이며 현재 미 NASA의 ION (Interplanetary Overlay Network) 및DTNRG의 DTN2 오픈 소스로 DTN 프로토콜이 공개되고 있다. DTN의 핵심은 송신 노드와 최종수신 노드가 연결이 되지 않을 때에도 송신 노드가 송신을 개시할 수 있고, 중간에 중계 노드를 두어 노드간 거리를 단축함으로써 최종 노드간통신 속도를 증가시키는 것에 있다. 이는 지상송수신국과 24시간 가시성을 확보하기가 불가능한 지구외의 심우주 탐사선과의 통신에 필수적으로 요구된다.
참고문헌 (13)
Forrest Warthman, "Delay-Tolerant Networks (DTNs) A Tutorial," March. 2003.
Dave Israel., Don Cornwell, "Disruption Tolerant Networking Demonstrations over LLCD's Optical Links," IPNSIG Space Technology Innovations Conference, Jan. 2014.
NASA, "space launch system," NASA GSFC Fact sheet, 2012
Yeoul Hwangbo, et al, "Internet based National Science and Technology Innovation System," STEPI Report, 2001
Richard Reinhart, "Space Communication and Navigation Testbed: Comunications Technology for Exploration," ISS Research and Development Conference, 2013
Athanasios Vasilakos, et al, "Delay Tolerant Networks - Protocols and Applications," CRC Press, 2012
Don M. Boroson, "Overview of the Lunar Laser Communication Demonstration," ICSOS, May. 2014
Taijie Jiang, Lijuan Gao, "Research on Space Optical Communication and Resolving Problems of Deep Space Communication," pp 166-172, ICECA, 2014
D.M. Boroson, et al, "MLCD: Overview of NASA's Mars Laser Communications Demonstration System," SPIE, 2004
D.M. Boroson, et al, "The Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD)," pp23-28, SMC-IT, 2009
NASA Ames, "LADEE PDS Spacecraft Description," March. 2013
Cheol H. Koo, et al, "Conceptual Design of Data Encapsulation Layer on CCSDS Space Link for Lunar Explorer DTN Data Transmitting," pp 604-607, KSAS Fall Conference, Nov, 2015
Dae-Soo Oh, et al, "Conceptual Design of High Speed Data Processing Unit for Next Generation Satellite," pp 616-620, KSAS, Vol.36 No.6, 2008
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