KARI 한국항공우주연구원

전자광학 탑재체는 사람의 눈이 볼 수 있는 가시광선 대역을 촬영하는 카메라이다. 전자광학카메라는 지상으로부터 들어오는 빛을 반사시켜 주는 광학 반사경(Optical Mirrors), 반사경과 탑재체 구성품을 지지하는 고안정성 경통 구조체(HSTS: High Stability Telescope Structure), 반사경에서 들어온 빛을 전자신호로 변환하여 처리하는 초점면유닛 (FPU: Focal Plane Unit) 및 카메라 제어부(CEU: Camera Electronics Unit)로 구성된다.
한국항공우주연구원은 아리랑위성 1호와 2호 개발을 통해 확보한 기술력을 바탕으로 세계적인 수준의 전자광학 탑재체 AEISS (Advanced Earth Imaging Sensor System)를 독자 개발했다. AEISS는 부품 제작을 제외하고 설계부터 정밀조립, 정렬, 시험뿐 아니라 우주환경을 모사한 검증시험까지 모든 개발과정이 국내 주도로 진행되었다.

전자광학 탑재체의 핵심 부품으로 반사경은 카메라의 렌즈와 같은 역할을 수행한다. 반사경 표면을 제작하는 과정은 머리카락을 50,000분의 1 굵기로 자르는 수준의 정밀도가 요구된다. 또한 상이 뒤틀리는 것을 막기 위해 표면을 ‘비구면’으로 제작해야 한다. 표면을 고르지 않고 휘게 제작해야 하는데, 그만큼 더 고난이도의 기술을 필요로 한다. 허블 망원경의 오차(550㎚)도 이와 관련한 가공 측정 중 발생한 오차였다. 이러한 광학계 조립 및 정렬의 경우 머리카락 굵기의 5,000분의 1 이상의 초정밀기술이 요구되고 또한 사람이나 건물 주변 자동차의 움직임이 만들어 내는 미세한 진동도 차단해야 할 정도로 고난이도 기술을 필요로 한다.
또한 우주발사체에 실려 우주로 발사되는 과정에서 중력가속도의 수십 배에 달하는 하중과, 진공 환경인 우주공간에서 백도이상의 온도 차이를 견디며 수년 동안 운용되어야 한다. 미국, 프랑스 등 극소수 국가만이 최첨단 인공위성 전자광학 카메라 기술을 갖고 있는 이유가 여기에 있다. 고성능 전자광학 카메라는 기술이전이나 공동 개발과 같은 방법으로 개발이 불가능하다. 따라서 고성능 전자광학 카메라 개발 기술을 독자적으로 확보하는 것이 중요하다.

아리랑위성 3호와 3A호에는 각각 AEISS (Advanced Earth Imaging Sensor System)와 AEISS-A (Advanced Earth Imaging Sensor System-A)가 탑재되었다. 아리랑위성 3호에 탑재된 AEISS는 해상도 70cm급의 전자광학 카메라이다. AEISS는 700km 고도에서 초속 7km로 비행하며 땅 위에서 움직이는 차량을 상세하게 식별할 수 있다.
아리랑위성 3A호에 탑재된 AEISS-A는 한국항공우주연구원이 개발한 AEISS의 자매모델이다. AEISS-A의 광학해상도는 55cm 급이며, 국내 개발된 적외선 채널이 추가되어 적외선 센서를 통한 야간 촬영 및 열 감지가 가능하다.
현재 개발중인 아리랑위성 7호에는 AEISS-HR (Advanced Earth Imaging Sensor System – High Resolution)이 탑재될 예정이다. AEISS-HR은 세계 최고 수준인 30cm급의 광학성능을 자랑한다. 아리랑위성 7호는 30cm급의 초고해상도 영상 획득을 위해 광학부 크기가 0.7m 에서 약 1.5배가 커진다. 위성의 기동 및 자세 안정화 기술, 카메라 중력보정 광학계 정렬 기술, 고안정성을 갖는 복합재 광구조체 경량화 기술, 대용량 영상자료를 실시간으로 처리하고 저장하기 위한 광전송 기술과 테라비트(Terra-bit) 이상의 자료 저장기술, 그리고 제한된 시간 내에 저장된 영상을 지상으로 전송하기 위한 고속의 병렬처리 기반 실시간 압축 및 암호화 기술 등 기존 국내 광학위성 개발을 통해 한국항공우주연구원이 확보한 주요 핵심 기술들을 적용하여 독자 개발 중이다. 아리랑위성 7호가 개발되면 기존 아리랑위성 3A호에 비해 차량종류(소형차, 트럭) 식별이 가능해지는 등 판독능력이 3.4배 향상되는 것은 물론 위성의 기동성도 월등히 높아진다.
항우연은 내년 발사를 목표로 초고해상도 30cm급 아리랑 7호를 개발 중에 있다. 또한 아리랑위성 7A호에는 25cm급의 초고해상도 카메라를 탑재할 계획이다. 30cm급 초고해상도 카메라를 탑재한 위성은 세계적으로 미국, 유럽, 일본 등에 불과하다.
아리랑위성 3호까지는 반사경을 수입해서 사용해 왔다. 그러나 ‘우주핵심기술개발사업’을 통해 위성에 사용할 수 있는 반사경 제작에 성공, 차세대중형위성 1호의 50cm급 광학카메라에는 국내 독자개발 반사경이 장착된다. 차세대중형위성 1호는 광검출기(CCD)를 제외하고 그동안 해외에 전적으로 의존해왔던 탑재체 구성품 국산화에 성공, 국산화율 98.6%를 달성했다. 또한 30cm급 아리랑위성 7호에도 국내에서 개발된 반사경이 일부 사용된다.