위성 레이저 거리측정을 통한 지구 중력장 및 우주물체 궤도 정밀화

그라츠 공과대학의 연구원들은 위성 레이저 거리측정(SLR) 기술을 활용하여 지구 중력장과 우주 물체의 궤도를 보다 정확하게 예측할 수 있는 방법을 개발했습니다.

지구의 중력장은 우주에 있는 인공위성이나 우주 쓰레기의 궤도에 영향을 미칩니다.

반대로, 이러한 궤도의 변화를 관측하면 중력장의 변화, 나아가 지구 내부의 물 분포 변화에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

COVER 프로젝트에서 그라츠 공과대학 지구측량학 연구소는 위성을 이용한 중력장 측정과 SLR 기술을 결합하여 중력장 계산과 우주 물체의 관측 및 궤도 예측을 지속적으로 개선했습니다.

연구 결과는 GROOPS 소프트웨어에 통합되었으며, 이 소프트웨어는 지구측량학 연구소에서 GitHub을 통해 무료로 제공됩니다.

 

 

정밀한 지구 관측 및 우주 안전

그라츠 공과대학 지구측량학 연구소의 Sandro Krauss는 Grace, Grace Follow-on, GOCE 등의 위성 임무는 지구 중력장을 계산하는 데 매우 중요한 데이터를 제공하지만, 대륙 규모의 장파장 중력장을 정확하게 해석하는 데는 한계가 있다고 설명합니다.

반면, SLR 기술은 장파장 영역을 매우 정밀하게 해석할 수 있습니다.

SLR은 레이저를 위성에 발사하고 반사된 빛을 측정하여 위성의 위치를 센티미터 단위로 정확하게 결정합니다.

여러 번의 측정을 통해 지구 표면의 질량 변화로 인한 궤도 변화도 감지할 수 있습니다.

 

SLR 기술을 다른 위성 측정 방법과 결합하면 모든 파장의 중력장을 정밀하게 해석할 수 있어 지구의 물 분포를 더 상세하게 파악할 수 있습니다.

또한, 측정 데이터를 활용하여 인공위성과 우주 쓰레기의 위치를 더 정확하게 예측하고 추적할 수 있어 우주 안전에 기여합니다.

 

현재 지구 궤도에는 10cm 이상의 우주 쓰레기가 약 4만 개, 1cm 이상의 우주 쓰레기가 약 100만 개나 존재합니다.

이들은 시속 3만 km의 속도로 이동하며, 충돌 시 위성 파괴와 우주 정거장 등 유인 우주선의 위험을 초래할 수 있습니다.

따라서 모든 물체의 궤도를 정확하게 파악하고 미래 궤도를 예측하는 것이 매우 중요합니다.

 

위성 레이저를 통한 정밀한 우주 쓰레기 추적

현재 레이더 측정은 모든 우주 쓰레기를 모니터링하는 데 사용되지만, 정확도는 제한적입니다.

또한, 기존의 궤도 예측은 수 킬로미터의 오차 범위를 가지고 있어 정확한 위치 파악이 어려웠습니다.

그라츠 공과대학 지구측량학 연구소는 오스트리아 과학 아카데미 우주 연구소의 Lustbühel 천문대와 협력하여 이 문제를 해결하기 위해 노력했습니다.

연구소는 자체적인 힘 모델을 개발하여 위성이나 우주 쓰레기의 위치를 약 100m의 정확도로 결정할 수 있게 되었습니다.

이를 통해 레이저 측량을 이용하여 더 정확하게 추적하고 기록할 수 있게 되었습니다.

그라츠 공과대학 지구측량학 연구소의 Torsten Mayer-Gürr는 "궤도 예측을 위해서는 위성에 작용하는 모든 힘을 모델링해야 한다.

 

여기에는 물의 존재에 의해 영향을 받는 지구의 중력도 포함된다.

우리의 궤도 모델링과 SLR 측정을 결합하면 GROOPS 소프트웨어에서 훨씬 더 정확한 계산이 가능하다.

이 소프트웨어는 누구나 무료로 사용할 수 있다.

우리는 중력장 결정, 궤도 결정, SLR 처리를 위한 포괄적인 패키지를 무료로 제공하는 유일한 기관으로 알고 있다.

이러한 오픈 소스 접근 방식은 개선이 필요한 경우 빠르게 피드백을 받을 수 있다는 장점이 있다."라고 말했습니다.