지구의관측위성들

 

 지구대기권의 이산화탄소를 측정

 복합위성 주변해역에서의 해수면 고도변화와 해수면 온도의 상관성 관측

  지구표면의 도로및건물등표면 측정 레이더

  환경변수 시스템측정 관측

 landsat 7 위성은 1999년 4월 15일 미국 vandenburg 공군기지에서 성공적으로 발사되었다. Delta II 발사선은 그림에 묘사된 5000파운드급의 위성을 16일 주기를 가진 705km 높이 궤도에 완벽하게 올렸다. 원래 landsat은 육상의 연구를 목적으로 제작되어서 그 자료의 해양의 응용에는 제한이 따른다. 고 해상도의 다중 채널 그리고 panchromatic data는 대양의 관측에는 적절하지 않지만 30m의 고해상도 영상은 탁도가 높은 연안의 관측에는 아주 적절하게 이용되고 있다.
Landsat 7위성은 고정적인 비행자세 수정이 가능한 세 개의 축을 가지며 또한 NASA의 표준 원격측정법과 소폭 통신 대역을 위한 명령어들 그리고 대역폭의 데이터를 저장하고 전달하는 기능을 제공한다. 이 위성에는 단일 궤적을 가진 ETM+(Enhanced Thematic Mapper Plus) 장비가 탑재되어있다. ETM+는 8bands 의 전자기장 스펙트럼의 각기 다른 영역으로부터 복사에너지를 수집한다. S-band는 뛰어나고 섬세한 원격측정방법에 사용되고, X-band는 측량 데이터의 정보의 송신에 사용된다. 378 gigabit SSR(Solid State Recorder)는 42분 동안 측량 데이터를 저장하고 동시에 발생하는 원격 측량데이터를 29시간동안 저장할 수 있다. 전력은 하나의 태양추적 전지판과 두개의 50 amp-hour 니켈-수소 합성전지에서 공급받는다. 비행자세 조정은 네개의 반동수차(pitch, yaw, roll, skewed)에 의해 조정된다.
최근에 발사된 LANDSAT 7 위성은 LANDSAT Series의 일환으로 발사되어 현재 지구 관측을 하고 있으며 TM 센서를 보다 발전시킨 ETM+(Enhanced Thermal Mapper Plus) 센서를 탑재하고 있는데 TM과 비교할 때 Thermal Band의 해상도가 120m에서 60m로 향상되어 보다 정밀한 지구 관측이 용이해졌고 15m 해상도의 Panchromatic Band (전파장 영역)가 추가되어 다양한 방법에 의한 지구 관측이 용이하고 더 좋은 영상을 제공 할 수 있게 되었다.

 EO-1은 NASA의 새 천년 프로그램(NMP : New Millenium Program)
의 일환으로 계획된 위성으로 2000년 11월 21일에 발사되었다. 이는 21
세기의 지구자원탐사위성에 적용하기 위한 실험으로서, 외형적으로는 소
형화와 경량화를 이루어 보다 경제성을 높이고, 내적으로는 보다 광범위
한 응용을 추구하기 위한 신기술들의 개발과 실험이 주된 목표이다.
EO-1 위성은 계획수명을 1년으로 하고 있으며, 이 기간 동안 Landsat
7호와 거의 같은 궤도를 1분의 시차로 같이 관측하는 방법으로 200～300
개의 동일지역 영상을 촬영할 예정이며, 이를 비교함으로써 그 성능을
평가할 계획이다. EO-1은 하루에 한두번 정도 Landsat 7호와 동일지역
의 영상을 취득하게 된다.

 

TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission : 열대강우관측위성)은 저위도를 중심으로 한 궤도를 갖는 위성으로, 강우레이더, 가시적외복사계, 마이크로파 복사계, 낙뢰관측장치를 탑재하고 우주로부터 열대 및 아열대의 강우현상을 관측한다.
TRMM 위성은 일본과 미국이 공동개발한 것으로 1997년 11월 27일 발사되었고 위성의 설계수명은 3년이다.

이 위성의 주요 목적은 대기대순환에 중요한 역할을 하는 열대지방의 응결열의 분포를 3차원적으로 취득함으로써, 전지구적인 기후변동의 메카니즘을 해명하는 것이다.

TRMM 위성은 기후연구를 위해 설계된 위성이지만, 위성에 탑재된 강우 레이더를 이용하여 저위도 지방의 강수현상을 우주로부터 관측한다. 관측자료는 준 realtime(자료동화와 예보모델의 초기치로 이용 가능한 정도, 관측 후 1-6시간 이내)으로 취득 가능하므로 수치예보, 태풍 모니터링, 장마기의 중규

 태양복사열과 기후실험

 

2002년 3월에 발사 된 GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)는 미국과 독일합작으로 개발된 최초의 지구중력장 측정 전용 위성으로 동일한 궤도를 비행하는 두 개의 위성 사이 거리 변화를 측정하여 지구 중력장을 추정하는 사업이다. 위성 발사 후 이전 보다 수 십배 정확한 지구중력장 모델을 생성하였으며, 지구중력장 변화도 30일마다 추정하고 있다. GRACE 위성의 핵심 관측기인 위성간 거리측정기의 원리에 대해 소개하고, 운용 결과 및 성능에 대해 소개 하였다. 발사 전 성능 분석 단계에서 고려되지 못했던 거리측정기 오차 요인에 대해 분석하고, 향후 연구  

미국 항공우주국 나사(NASA)의 ICESat(Ice, Cloud, land Elevation) 인공위성은 11월 18일 지상과 바다, 대기중에 존재하는 물체의 고도를 파악하기 위해 10억 번째의 레이저 신호를 쐈다.

ICESat 위성은 장착된 3대의 레이저를 사용해서 극지의 얼음층과 구름, 산맥과 숲을 측정했다. 이 위성은 시속 1만 7천 마일의 속도로 지구 위를 비행하면서 지구의 수직적 특성을 정밀하게 파악함으로써 과학자들이 지구상의 물체를 3차원적으로 볼 수 있도록 한다.

ICESat 인공위성의 주 임무는 남극과 그린란드를 덮고 있는 대규모 얼음층의 지표면 고도를 측정하는 것이다. 시간에 따른 얼음층의 고도 변화를 측정함으로써 자연적이거나 인간에 의해 발생한 기후변화로 인해 남극과 그린란드의 얼음층이 줄어드는지 아니면 늘어나는지를 알 수 있게 된다.

ICESat 위성에는 Geoscience Laser Altimeter System(GLAS)이라는 장비가 실려있는데, 이 장비가 11월 18일 아침 십억 번째의 레이더 신호를 쏜 것이다. 나사의 고다드 우주비행센터의 W. Abdalati는 “10억 번이라는 것은 지상과 바다, 구름에 대한 10억 번의 고도 측정과 동일한 의미이다. 이는 현재 화성 주위를 돌고 있는 Mars Orbiter Laser Altimeter가 측정한 650만 번의 측정보다 많은 것”이라고 밝혔다.

GLAS는 녹색과 적외선 신호로 초당 40번씩 지구상에 쏜 뒤 반사되는 빛을 1미터의 망원경으로 잡아낸다. 지표면에 도달하면 직경이 약 65m로 퍼지는 미세한 레이저 빔을 쏘는데 이렇게 발사된 광자는 구름이나 에어로졸, 얼음, 잎사귀, 바다, 땅에서 반사되면서 지구의 수직 구조에 대한 상세한 정보를 얻는데 이용된다.

ICESat 위성은 2003년 1월 3일 캘리포니아주 반덴버그 공군기지에서 발사됐다.
 

 

 구름 형성에 대한 3차원적 연구를 수행하는 기상관측 위성 클라우드 샛(CloudSat)과 대기 에어로졸을 분석하는 적외선 위성인 칼립소(Calipso)가 성공적으로 테스트되었다고 금요일 나사의 대변인 Chris Rink는 전했다.

Chris Rink는 "이 두 개의 위성이 완벽하게 작동하고 있다"고 확인했다. 막강한 성능의 기구들이 장착된 클라우드 샛과 칼립소는 기상과 그의 변화에 대한 전례 없는 이해를 가능하게 해줄 것이다. 이들은 캘리포니아 Vandenberg 공군 기지에서 미국의 로켓 Delta-II 의 일곱 번의 발사 시도 끝에 4월 28일 궤도에 올려졌다.

"처음으로 우리는 구름의 안쪽에서 볼 수 있었다"고 콜로라도 대학의 대기 과학 교수이자, 미국과 캐나다의 협력의 열매인 클라우드 샛 프로젝트의 과학 책임자인 Grame Stephen은 선언했다.

"우리는 수천 km에 걸쳐서 펼쳐진 열대 폭풍(tropical storm)의 내부에서 15km에 대한 내려다보이는 이미지를 얻었다"고 나사는 홈페이지(http://www.nasa.gov/cloudsat)를 통해 전했다. 이들 이미지는 나사의 홈페이지에서 볼 수 있다.

클라우드 샛의 초단파 레이더가 활성화된 30초 후에 나타난 첫 이미지는 북해 위에서 온난 전선(warm front)의 수직 단면을 보여주었다. 이에 이어서 클라우드 샛은 남극으로 떨어지는 눈의 이미지와 동부 아프리카 위에 몰아치는 폭풍을 포착했다.

"우리는 구름 형성의 모든 주요 타입들을 관측할 수 있었고, 클라우드 샛의 레이더는 극심한 강수에도 불구하고 이들을 뚫고 들어갈 수 있었다"고 Graeme Stephen은 확인했다.

그는 앞서, "클라우드 샛이 제공할 새로운 정보들은 비와 구름의 형성과, 지구 주변에서의 비와 구름의 분포에 대한, 그리고 구름의 형성이 지구 기상에 어떤 식으로 영향을 끼치는 지에 대한 근본적인 의문점들에 답을 줄 수 있을 것"이라고 설명했었다.

칼립소 위성(Calipso, Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations)은 미국의 나사와 프랑스의 국립우주 과학 연구소(CNES)에 의해 개발되었다. 위성이 수행한 측정과 잡힌 이미지들은 다음 주 이전까지는 배포되지 않을 것이라고 Chris Rink는 전했다.

컴퓨터에 의한 처리를 위해 시간이 걸릴 것이고, 이미지의 공개 이전에 칼립소 임무를 담당한 과학자들이 먼저 보기를 원하기 때문이라는 설명이었다.

클라우드 샛과 칼립소는 프랑스와 미국의 대기 연구 위성 기차 A-Train에 합류할 것이다. 2008년으로 예정된 나사의 Oco 위성이 발사되면, 우주 기차는 총 6기의 위성을 헤아리게 될 것이다.

해발 705km의 궤도는 이들 위성들이 태양 시로 같은 시간에 같은 지역을 근접 비행하게 할 수 있도록 산출되었다

 2004년 미국 캘리포니아 Vandenberg 공군기지에서 보잉社의 델타 로켓에 실려 ‘CloudSat’ 위성 발사, 이 위성은 고성능 레이더 시스템을 갖추고 있어 이것을 이용해 최초로 전지구적 규모의 구름의 두께, 구름의 높이, 구름내의 수분 및 얼음 함유량 그리고 구름발달과 관련한 강수량을 밝힐 계획이다. 이 프로젝트는 고다드 비행센터에서 제트 추진 연구소의 주관으로 이뤄진다.

이 프로젝트의 주요 연구원인 콜로라도 주립대학 대기과학부 Graeme Stephens은 “ 지구의 기후와 기상에 미치는 구름의 영향이 지대함에도 불구하고, 우리는 많은 부분을 알지 못하고 있으며, 이 때문에 우리가 기후 변화 예측에 대해 논의할 때 어려움을 겪고 있다.” 고 지적하면서 그는 “CloudSat 프로젝트의 목적은 기후 문제 이해에 요구되는 각종 정보의 제공이다” 고 언급했다.

연구팀의 일원인 제트추진연구소의 Deborah Vane은 지구 구름의 수직단면 정보의 제공은 구름이 기후에 어떻게 영향을 미치는 지의 이해에서 나타나고 있는 핵심 정보 부족을 충족시켜 줄 것으로 기대하고 있으며, 구름과 강우량 분야에서 새로운 사실을 밝혀줄 것으로 보고 있다. 이외에도 지구 대기의 대규모 이동과 구름과의 관계성도 밝혀 줄 것으로 기대하고 있다.

CloudSat 프로젝트는 구름의 지구 에너지 균형 결정 방법, 태양에너지에 대한 지구의 대응방법 등에서도 새로운 사실을 밝혀줄 것으로 기대되기 때문에 다수의 학문분야의 연구자들에게 도움을 줄 것으로 보인다.

이 프로젝트는 대기 최상층부에서 하층까지의 구름 특성을 측정하기 때문에 기후예측 모델을 개선시킬 것으로 보이며, 현재 존재하는 정보부족을 충족시키고, 향후 우주관측 계획에 필요한 정보를 제공해 줄 것으로 기대된다.

이 위성에 탑재될 최신 레이더 시스템은 두꺼운 구름을 뚫을 수 있어, 폭풍 세기의 증가 예측의 정확성을 높이고, 허리케인 발생이나 홍수 감시, 기타 수자원관리에도 도움이 될 것으로 보인다.

CloudSat 위성은 NASA의 Aqua 위성과 Aura위성, 프랑스우주국의 Parasol 위성, NASA와 프랑스우주국의 합작품인 Calipso 위성과 같이 지구 궤도를 선회하면서 측정 영역을 다른 위성의 측정 영역과 중첩 시킬 계획이다. 다섯 위성이 같이 비행하기는 이번이 처음 시도되는 것이다.

측정의 겹침은 독특한 다중 위성 측정시스템을 만들어 내어 기상과 기후에 있어서의 구름의 역할에 대한 탁월한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

이 위성 발사 계획의 착상은 콜로라도 주립대학의 Stephens에 의해 이뤄졌으며, 탑재될 레이더의 제작은 제트추진연구소와 캐나다우주국이 그리고 위성체 제작은 콜로라도 Boulder소재의 Ball Aerospace社가 담당했다. 미공군이 CloudSat를 운영하며 데이터를 수집하여 관련 연구기관이나 정보 요구기관에 제공할 것이다. 미국 에너지부와 국제 과학자 그룹은 자체 ‘대기 복사에너지 측정 프로그램’을 통해 CloudSat 위성 레이더 측정자료의 정확성을 독자적으로 비교 증명할 계획이다.

  Aqua 위성은 Terra 지구관측위성의 후속위성으로 지구대기 시스템의 변화를 가져오는 대기, 해양 및 지구표면의 상호작용의 이해와 원인 규명을 위한 지구환경관측을 목적으로 한다. Aqua 위성은 2002년 5월에 발사된 태양동기 극궤도 위성으로 705 km 고도에 위치하며, 설계수명은 6년으로 매일 2～4회 한반도 주변상공을 통과한다.

   Aqua 위성에는 Terra 위성에 탑재된 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서 외에도 전천후 대기연직구조 탐측기인 AIRS(Atmospheric Infrared Sounder), AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit), HSB(Humidity Sounder for Brazil )와 해상풍속, 해상강수강도 탐측을 위한 AMSR-E(Advanced Microwave Sounding Radiometer  for EOS) 및 지구총열복사 수지를 관측하는 CERES(Clouds and the Earth Radiant Energy System) 등 6개의 첨단 기상관측센서를 탑재하고 있으며 이들 첨단 센서들의 관측자료 전량은 무상으로 공개되고 있다. 그러나 Aqua 위성에 탑재된 HSB 센서는 2003년 2월부터 제한적으로 운영됨에 따라 관측자료를 활용할 수 없다.

   원격탐사과에서는 Aqua 위성에 처음으로 탑재된 최첨단 신센서 자료인 적외 및 마이크로파 사운더(AIRS/AMSU)와 마이크로파 영상관측기(AMSR-E) 자료를 예보업무에 활용하기 위하여 관측센서의 원시자료로부터 level 1B 자료를 생산하는 전처리 시스템을 2003년에 구현하였다. level 1B 전처리 시스템이란 Aqua 위성에서 수신된 위성 원시신호(level 0) 정보를 해독하여 지리 및 복사계 보정 처리과정을 통해 복사량 또는 복사휘도온도 값(level 1B)으로 전환하는 것이다. 전처리시스템에서 산출되는 level 1B 자료는 대기온도와 습도 프로파일, 구름, 강수 및 복사평형, 내륙의 눈, 해상의 얼음, 해수면온도 및 해양 생산물, 토양수분 등의 level 2 분석정보를 생산할 수 있는 입력 자료가 된다.

 미국의 항공우주국(National Aeronautical and Space Agency, NASA)을 중심으로 다국적 프로젝트인 지구관측시스템 (Earth Observing System, EOS) 프로젝트가 수행 중에 있다. 그 첫 번째 다용도 목적 위성인 Terra가 1999년 12월 19일 미국 Vandenberg 공군기지에서 성공적으로 발사되어 지금까지 다양한 자료를 수집, 활용 중에 있다.

 델타(Delta) II 로켓에 실린 AURA 위성은 약 3톤의 중량으로, 캘리포니아주의 Vandenberg 공군 기지로부터 그리니치 표준시 (GMT) 오전 10시2분에 발사되었다. 발사 후 채 30분도 되지않아서 위성은 로켓으로부터 이탈하여 해발 705km지점 극 궤도(polar orbit)에 도달하였다. AURA 위성의 수명은 6년이다.

AURA 위성의 도움으로 과학자들은 대기의 성분이 어떻게 기후 변화에 영향을 끼치는지, 한 지역의 대기의 질과 다른 지역들의 대기의 질 간의 관계는 어떤지, 또한 오존층이 어떻게 변화하고 있는 지 등의 문제를 탐구할 수 있을 것이다.

과학자들은 특히, 지구 위의 생명체를 보호하는 오존층이 대기 오염이나 다른 기후 현상들의 영향으로 상태가 악화되어가고 있는지 아니면 다시 회복되어가기 시작한 것인지를 규명하고자 한다.

AURA위성은 대류권 (해 수위)로부터 성층권에 이르기 까지 대기권 연구를 가능하게 해줄 4개의 장비를 싣고있다: High Resolution Limb Sounder, MLS (Microwave Limb Sounder), 오존 측정기 그리고 적외선 영상 분광계인 TES (Tropospheric Emission Spectrometer).

영국, 네덜란드와 핀란드는 이들 장비의 제조에 참여 함으로써 7억 8500만 달러가 투입된 미국의 위성임무에 기여했다.

AURA위성은 이미 쏘아 올려진 TERRA 위성 (지질 연구), AQUA위성 (물의 순환 연구)와 함께 나사(NASA)의 지구 관측 위성 망을 보완하게 된다.