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통신시험위성의개발동향분석! "#$%&!'%()*+,+!-.!/01$#,2$%3()!4-225%,6(3,-%!7(3$)),3$ 박재우 (J.W. Park) 은종원 (J.W. Eun) 이성팔 (S.P. Lee) 통신위성시스템연구팀책임연구원 통신위성시스템연구팀책임연구원 통신위성시스템연구팀책임연구원, 팀장 본논문은미국, 유럽, 일본등이통신방송위성개발능력확보및위성을통한새로운통신서비스실험을위하여통신시험위성을개발하여왔는데, 어떤시험위성들이있는지, 목적은무엇인지, 어떤기관들이주관이되었는지, 시험위성의수명, 무게, 전력은어느정도되는지, 비용은얼마나되는지를살펴본다. 이는국내최초의통신시험위성이될통신해양기상위성의통신탑재체의개발방향을설정하고, 향후국내개발통신위성의방향을제시해주리라생각된다. I. 서론 우리나라가이제국내첫통신위성이될통신해양기상위성의본격개발을시작하려고한다. 한국전자통신연구원이통신위성연구를본격적으로시작한지거의 15년이흐른시점에서다. 통신해양기상위성은 2008년발사를목적으로 2003년에정통부를비롯하여과기부, 기상청, 해양수산부등범부처적으로어렵사리이루어진프로젝트이다. 비록기상관측및해양관측을탑재한복합위성이지만정지궤도에놓여지는첫번째통신위성이다. 기상및해양탑재체는외국에서구매하지만통신탑재체는순수국내기술로개발된다. 주파수자원이부족하여세계적으로각광받고있으나아직개발수준이미약한 Ka 대역 3채널짜리중계기를탑재할예정이다. 단계로보면시험위성에불과하지만개발이성공적으로이루어지면정부의재난통신망으로사용될수있도록할것이다. 우리나라는이제겨우시험통신위성을막개발하려고하지만미국은 1960년대에서부터, 일본과유럽은 1970년대에서부터벌써통신시험위성을시작하였다. 이를바탕으로미국은인텔셋을탄생시켜국제통신의대부분을담당하게되었으며, 일본은막대한자금투자로선두주자였던미국을기술적으로 앞서게되었다. 본논문은미국, 유럽, 일본등이통신방송위성개발능력확보및위성을통한새로운통신서비스실험을위하여통신시험위성을개발하여왔는데, 어떤시험위성들이있는지, 목적은무엇인지, 어떤기관들이주관이되었는지, 시험위성의수명, 무게, 전력은어느정도되는지, 비용은얼마나되는지를살펴본다. II. 일본의통신시험위성 [1] 일본은 1979년 ECS(Experimental Communication Satellite) 시리즈를시작으로 CS(Communication Satellite) 시리즈 [2], BS(Broadcasting Satellite) 시리즈, ETS(Experimental Technology Satellite) 등 16개의통신시험위성을발사하였다. < 표 1> 과 < 표 2> 에일본의통신시험위성의목적, 발사기기및간단한제원등을실었다. 일본의실험위성시리즈는그별명을붓꽃, 벗꽃, 백합및국화등꽃이름으로한것이특징이다. 첫번째시험위성은국화라는별명을가진 ETS 시리즈로서 1975년에 ETS-1, 1977년에 ETS-2 를발사하였다. 두개의위성은수명이각각 3개월, 1년으로서개발능력을확보하고확인하는목적을 88

통신시험위성의개발동향분석 < 표 1> 일본통신시험위성의목적 위성명목적발사위성명목적발사 ECS [4] - ECS-1 (Ayame 1) - ECS-2 (Ayame 2) CS - CS (Sakura) - CS-2a,b (Sakura-2) - CS-3a,b (Sakura-3) BS [4] - BSE (Yuri) ETS - ETS-1 (Kiku) - ETS-2[5] (Kiku 2) - ETS-3 (Kiku 4) 신기술실험 - 밀리미터파통신실험개발자료확보 - 통신위성발사자료획득 Ayame 1 과목적동일 실용위성개발능력확보시험위성개발체계구축 Ka-band utilization 공용통신망운용기술확보산간벽지통신망 CS-2 서비스대체성능, 비용과신뢰도향상 방송실험전파전파실험 개발능력확보및확인 - N-1 로켓성능확인 - TTC 자료획득및처리경험확보 - 국산하드웨어개발시험자료확보 - 발사및우주환경측정개발능력확보및확인 - 정지궤도발사자료획득 - 발사추적및조정 - 궤도유지및자세조정 - 통신장비에대한실험수행신기술개발 - 밀리미터파대역전파전파실험신기술개발 - 일본의첫번째 3 축제어위성개발능력확보 - 원격탐사위성개발에필요한자료확보 1979. 2. 1980. 2. 1977. 12. (Delta) 1983. 2. & 8. (N-2) 1988. 2. & 9. (H-1) 1978. 4. (Delta) 1975. 9. 1977. 2. 1982. 9. - ETS-4 (Kiku 3) - ETS-5 (Kiku 5) - ETS-6[6] (Kiku 6) 개발능력확보 - N-2 성능확인신기술개발 - 플라즈마엔진 - 스캐너타입의지구센서개발능력확보 - H-1 성능확인 - 3 축제어버스모델구축신기술개발 - 이동통신실험 - 향상된 navigation safety 구축 - 원격진료등새로운서비스실험기술능력확인 - 21C 위성통신방송의요구에대응한 2 톤급, 3 축제어위성의기술능력확인 - 고성능위성에필요한장비및기술확인통신기술실험 - 멀티빔안테나, 위성간통신기술, 광통신 버스기술실험 - 탑재체무게와전력증가실험 - 대형위성체제어기술 - 위성수명연장기술 - 신뢰도향상 - 다목적임무와서비스지지 - ETS-7 기술능력확보 (Kiku 7) - 랑데부- 도킹기술확보 - space robotics - ETS-8 기술능력확보 (( 그림 1) 참조 ) - 대용량버스개발을위한자료수집신기술시험 COMETS[7] 신기술개발 - 위성간통신기술 (OICETS와 ETS-7) - 광대역지역위성방송기술 - K 대역을이용한 HDTV 실험 OICETS 기술확인 - 위성간통신기술 (COMETS와 ARTEMIS) - 산악지형의휴대폰실험 1981. 2. (N-2) 1987. 8. (H-1) 1994. 8. 1997. 11. 2004. 예정 1998. 2. 2000. 겨울 가졌다. ETS-2호와같은해벗꽃이라는 CS 시리즈가시작되어 CS-1이발사되었다. 개발기간 6년을들여만들었으며, 수명 3년동안위성및지상시설등전분야에걸쳐막대한시험데이터를양산하였다. 그이후붓꽃이라는별명을가진 ECS는 1979년과 1980년에밀리미터파실험을위해 2회발사하였으나모두실패하였다. 그러나시험위성개발체계를확립하여개발능력 을확보한일본은본격적으로 ETS 시리즈를진행시켜신기술개발에박차를가했다. 1982년발사한 ETS-3부터는이동통신시험과같은통신분야뿐만아니라, 플라즈마엔진및센서등의위성버스체기술분야의신기술을개발하는목적으로시험위성을활용하기시작하였다. 이때중요한목적중의하나가정지궤도용발사체인 N 시리즈와 H 시리즈의개발능력확보에사용되기도하였다. 미국이기존기술을사용한상업용통신위성에 89

전자통신동향분석제 19 권제 1 호 2004 년 2 월 < 표 2> 일본통신시험위성의제원 위성명수명무게 ( 발사시 ) 전력비용비고 ECS - ECS-1(Ayame 1) - ECS-2(Ayame 2) CS - CS(Sakura) - CS-2a,b(Sakura-2) - CS-3a,b(Sakura-3) BS - BSE(Yuri) ETS - ETS-1(Kiku) - ETS-2(Kiku 2) - ETS-3(Kiku 4) - ETS-4(Kiku 3) - ETS-6(Kiku 6) COMETS OICETS 7 년 4 년 3 개월 3 개월 10 년 130kg 130kg 1,099kg 254kg 3,800kg 2 톤 570kg 100W 4.1kW 5.3kW ECS-1,2 - 전체 Yen 25B (~$125M) - Bus $48M (FACC) $56M ( 전개시로켓윗단과충돌 ) ( 원지점모터의 malfunction) 개발기간 6 년실용실용 임무중도실패 (3 개의 TWT 가 26 개월만에모두실패 ) 저궤도위성 spin-stabilized ( 발사시문제로 1999. 8. 미션종료 ) 저궤도위성 III. 미국의통신시험위성 [9] ( 그림 1) ETS-VIII의개념도 [8] 치중을하고있는동안일본은신기술개발에전력을기울였으며, 그결과일부분야에서는위성대국인미국을앞지르게되었다 [3]. COMETS이나 OICETS 위성이기획하였던위성간통신기술과 HDTV 전송실험은미국이나유럽의기술보다한발앞선기술이다. 미국은 1962년에세계최초의통신위성인 Telstar를저궤도에올리는데성공하였다. 이후많은관련기관들의반대를무릅쓰고성공시킨대표적인 high-risk governmental program 인 Syncom 시리즈, 새로운서비스를위한위성체신기술개발을위한 ATS 시리즈 [10], 새로운서비스실험을위한 CTS 위성등 1962년부터 1976년까지많은시험위성등이발사되었다 (< 표 3>, < 표 4> 참조 ). 앞서언급한대로일본은시험위성개발에총력을기울여일부기술에서미국을앞서가자이에충격을받은미국이기획한위성이 1993년 ACTS Ka 대역온보드멀티빔위성이다 [11]. CTS 이후무려 17년만이다. ACTS는주파수자원의고갈에적극적으로대비하기위해차세대대역으로떠오른 Ka 대역초고속통신서비스에대한전방위적인시험을목적으로한것이다. 강우감쇄에대비하여 On-Board Processing(OBP) 및고이득멀티빔안테나 (High- 90

통신시험위성의개발동향분석 z(north) (Nadr) West 15.2ft C-band omni antenna Dual subreflector y(east) x South Solar array 29.9ft 10.8ft, 20GHz transmitting antenna Ka-band command, ranging, and telemetry antenna Beam-forming networks 7.2ft, 30GHz receiving antenna 3.3ft steerable antenna ( 그림 2) ACTS 의개략도 Solar array 47.1ft < 표 3> 미국통신시험위성의목적 위성명목적발사 Telstar 1,2 신기술개발 - 세계최초의중계기탑재실험신기술실험 - 양방향전화, TV, 데이터, 팩스전송실험 Syncom - Syncom 1 - Syncom 2 신기술개발 - 정지궤도통신실험 - 정지궤도임무의타당성검토 - Syncom 3 신기술실험 - 도쿄올림픽방송 ATS - ATS 1~5 신기술개발 - ATS 6 CTS (Hermes) ACTS (( 그림 2) 참조 )[12] - 직접위성방송, 원격진료, 원격교육, 재난통신그리고이동통신과같은새로운서비스데모를위한플랫폼개발새로운서비스실험 - 해양통신에사용되는 L-band 사용새로운서비스실험 - Ku-band 사용신기술실험 - 고출력방송시그널실험 - 저가, 소형 (1m 이하 ) 단말기실험새로운서비스실험 - Ka-band 사용신기술실험 - High-gain Multi-beam Antenna - OBP 1962. 7. (Delta) 1963. 5. (2 호 ) 1963. 7. 1964. 8. 1966.~1970. 1974. 1976. 1. 1993. 9. (STS-51) < 표 4> 미국통신시험위성의제원 위성명수명무게전력비용비고 Telstar 1,2 Syncom - Syncom 1 - Syncom 2 - Syncom 3 ATS - ATS 1~5 CTS (Hermes) ACTS 6 개월 10 개월 6 년 171lb 39kg (after AKM) 351.5kg (On-Orbit) 2,767kg 15W 5W 175W 1,360W 1,836W $6M $4M $439M 저궤도위성 gain Multi-beam Antenna) 등을탑재하여지상국과의초고속멀티미디어통신에대한본격실험이되었다. IV. 유럽의통신시험위성 유럽은영국의 OLYMPUS(1989년발사 )[13], [14], Eutelsat의 OTS 시리즈 (1977년, 1978년발사 )[15] 등으로통신위성실험이이루어졌으나, 본격적인신기술시험및새로운서비스발굴을위한 91

전자통신동향분석제 19 권제 1 호 2004 년 2 월 < 표 5> 유럽통신시험위성의목적 위성명목적발사 ITALSAT F1 ( 이탈리아 ) ITALSAT F2 ( 이탈리아 ) OLYMPUS ( 영국 ) OTS-1, 2 ( 유텔셋 ) 새로운서비스실험 - Ka-band 사용신기술시험 - 다중빔, 글로벌빔 - OBP, Baseband switching - SS-TDMA access - EHF 대역 (40~50GHz) 전파전파실험신기술개발 - EHF 대역관련장비개발신기술시험 - EMS payload 새로운서비스실험 - Ka-band 사용통신서비스실험 - LEO 간의양방향통신 - 소형단말기네트워크구성 - 화상회의, 원격교육방송서비스실험 - DTH 실험통신방송실험 - 전화, TV 방송의본격적인활용을위한 pre-operation < 표 6> 유럽통신시험위성의제원 1991. 1. (Ariane) 1996. 1989. 7. 1977. 9. 1978. 5. (Delta 3914) 위성명수명무게전력비고 ITALSAT F1 (( 그림 3) 참조 ) ITALSAT F2 OLYMPUS OTS-1, 2 5 년 7.5 년 5 년 ( 설계수명 ) 1,867kg 1.8kW still operating 1,982kg 2.7kW 3,300kg 1993. 8. 에수명을다함 865.6kg 발사실패 3.6kW 555W 750W ( 그림 3) ITALSAT[17] 본격적인 ECS 로연결됨 시험은 ITALSAT 시리즈이다 [16]. < 표 5> 와 < 표 6> 에서보듯이 ITALSAT F1은 ACTS 보다약 2년정도빨리발사되었으며, Ka 대역및 EHF 대역을시험대상으로하고있다. ACTS 와마찬가지로 OBP 및멀티빔이실험되고있고이를운영하기위한 SS- TDMA가활용되고있다. 밀리미터파에해당하는 EHF 대역의전파전파실험은 ACTS와다른점이며여기에 EHF 대역관련장비개발도병행되고있다. ITALSAT F2는 EMS(European Mobile System) 을본격적으로시도하기위한전단계로서이를위한통신탑재체가탑재되었다. V. 기타통신시험위성 < 표 7> 에서보듯이 1981년에 Ariane 발사체의개발확인을위해위성프로그램을공모하였는데, 이때인도가통신위성개발능력확보와기초통신실험을위해여기에참여하게되었다. 이것이인도의첫번째정지통신위성이며첫시험위성이다 [18]. < 표 8> 과같이러시아는몰니아궤도로유명한몰니아위성시리즈를시작으로, 라두가시리즈, 에 < 표 7> 기타통신시험위성의목적 < 인도 > APPLE 위성명목적발사 < 러시아 > Molniya - Molniya-1 - Molniya -1s Raduga Ekran Gorizont 개발능력확보 - 인도의첫번째정지통신위성 - 기존기술 (state-of-art) 사용개발능력확인 - Ariane 발사체개발확인통신실험 - TDMA, DCMA, SSMA 실험 - Digital Echo Canceller - 팩스전송및비상통신실험등 첫통신위성 - 전화, 전신, 라디오, TV 첫정지궤도통신위성 - 정지궤도발사, 제어실험 - 정지궤도운용실험 - TV/telephone 첫직접위성방송 본격적인운용위성 1981. 6. (Ariane) 1965. 3. (Vostok) 1975. 7. 1975. 12. (Proton) 1976. 10. (Proton) 1978. 12. (Proton) 92

통신시험위성의개발동향분석 < 표 8> 기타통신시험위성의제원 위성명수명무게전력비용비고 APPLE Molniya - Molniya-1 Raduga Ekran Gorizont 2 년 3 개월 2 년 2~ 2 년 2~ 673kg 240W 210W 1,000kg ~150W 1,940kg ~300W 1,970kg 200W 2,120kg ~120W - 전체 Rs. 270M (~$9M) - 위성체 Rs. 175M (~$6M) 개발기간 (30 개월 ) 3 축제어 몰니아궤도 크란시리즈와가리존트시리즈등으로연결된통신시험위성시리즈가있다 [19]. Ⅵ. 결론 이제까지각국의통신시험위성의개발사례를조사해보고그동향을분석하여보았다. 일본은시험위성프로젝트를공격적으로진행시켜왔고향후에도신기술시험을꾸준히진행할것같다. 그결과미국과의기술격차를뛰어넘어일부기술에서는앞서게되었다. 위성기술은그특성상매우보수적으로진보해왔다. 이런면에서볼때일본의시험위성프로젝트는위성기술발전에지대한공헌을할것임에틀림없다. 우리나라는 1980년도후반부터본격적인위성연구가시작되었지만아직도통신시험위성한번발사하지못했다. 일본에비하면아직도초보수준이다. 그러나통신해양기상위성이발사되는 2008년에는우리의위성기술도한단계올라서고, 일본과의기술격차를줄이는계기가될것으로믿는다. 참고문헌 [1] Japanese Communication Satellite, Space Communication and Broadcasting 6, 1988, pp.131-138. [2] Yuichi Otsu et al., Japan s CS(Sakura) Communication Satellite Experiments, IEEE Transactions on Aerospace and Electron System, Vol. AES-22, No. 3, 1986. [3] http://itri.loyola.edu/satcom/, Satellite Communications Systems and Technology(1993, Study). [4] http://spaceboy.nasada.go.jp/ [5] Nobuyosh Gugono et al., ETS-II Experiments, IEEE Transactions on Aerospace and Electronics System, Vol. AES-16, No. 5, 1980. [6] Kunio Nakamaru et al., Technologies for Japan s Engineering Test Satellite-VI, Space Technol, Vol. 13, No. 4, 1993, pp.411-421. [7] http://yyy.tksc.nasda.go.jp/ [8] http://space.jaxa.jp/jda/ [9] http://roland.lerc.nasa.gov/, NASA Experimental Communications Satellite 1958~1995. [10] http://www.met.fsu.edu/, Explores! ATS [11] NASA Facts, Dec. 1999. [12] http://acts.grc.nasa.gov/ [13] European Satellite: OLYMPUS, Space Communication and Broadcasting 6, 1988, pp.71-77. [14] http://www.spacenet.eybe.edu.on.ca/, OLYMPUS [15] Eutelsat Satellite, Space Communication and Broadcasting 6, 1988, pp.57-64. [16] F. Carducci and M. Francesi, The Italsat Satellite System, International Journal of Satellite Communications, Vol. 13, 1995, pp.49-81. [17] http://www.alespazio.it/ [18] http://www.isro.org/ [19] Russian Satellites and the INTERSPUTNIK System, Space Communication and Broadcasting 6, 1988, pp.31-35. 93