↑↑↑베이더우 최종 별이 성공적으로 발사되었습니다! 상하이의 지혜로 빛나는 "베이더우 별자리"

6월 23일 아침, 마지막 베이더우-3 글로벌 네트워크 위성이 성공적으로 발사되었습니다.

2009년 발사부터 오늘 30번째 위성 발사에 이르기까지, 베이더우-3 시스템의 완성은 우리나라가 1980년대부터 모색해 온 국가적 실정에 맞는 위성항법 시스템 개발을 위한 "3단계" 개발 전략의 성공적인 마무리를 의미합니다.

현재 지구 중궤도에 24개의 베이더우 위성이 있으며, 이 중 3개는 정지궤도에, 나머지 3개는 경사지구동기궤도에 있습니다. 하늘을 수놓은 거의 모든 베이더우 위성은 상하이 과학 연구진의 노고와 공헌을 상징합니다.

"별 하나가 연결되어 있으면 모든 별이 연결되어 있다."

인공위성도 "하늘과 소통"할 수 있게 해주세요.

중국과학원 북경항법위성개발팀은 푸둥 장장 소재 북경항법위성 개발센터에서 북경항법3호 시스템의 위성 12기 개발 및 발사를 완료했습니다. 이 위성들은 2018년에 북경항법 시스템의 기본 기반을 구축하고 전 세계에 서비스를 제공할 예정입니다. 2020년에는 시스템 전체 구축이 완료되어 중국의 북경항법 글로벌 위성항법 시스템 구축에 새로운 해법을 제시할 것입니다.

올해로 창단 10주년을 맞이하는 이 팀은 팀원들의 평균 연령이 30대 초반에 불과해 항공우주 분야의 신예라고 할 수 있습니다. 바로 이러한 '강력한' 역량이 안정적이고 선도적인 위성 연구 개발에 혁신적인 영감을 불어넣고 있습니다. 베이더우-3 개발 과정에서 이들은 위성 응용 분야를 위한 수백 건의 핵심 기술 연구 프로젝트를 성공적으로 수행했습니다.

▲연구원들이 베이더우-3 위성에서 정밀 측정을 진행하고 있다 (사진 제공: 중국과학원 마이크로위성혁신연구소)

우주항공 분야에는 각 위성에 사용되는 신기술의 비율이 일반적으로 30%를 넘지 않아야 한다는 불문율이 있지만, 이 연구팀은 첫 번째 시험 위성에 거의 80%에 달하는 신기술을 적용했습니다.

혁신을 추구하는 이 젊은 팀은 위성 설계 개념과 관리 방식을 근본적으로 바꾸고자 과감하게 도전하고 있습니다. 프레임 패널 구조, 독립적인 항성 센서 위치 결정, 고밀도 통합 전자 아키텍처 등의 기술을 활용하여 "중국과학원 항법위성 전용 플랫폼"을 개발함으로써 위성의 적응성과 확장성을 효과적으로 향상시켰습니다.

그들은 위성의 내부 자원을 최대한 최적화하고 통합하기 위해 독창적인 "기능 체인" 설계 개념을 제안했습니다. 제어에 사용되던 20대 이상의 컴퓨터를 고성능 컴퓨터 한 대로 대체함으로써 비용을 크게 절감하는 동시에 기능 밀도를 높였습니다.

더욱 언급할 가치가 있는 것은 다음과 같습니다.그들은 위성 간 연결 기술에서 획기적인 발전을 이루어 "별 하나 간 연결, 별과 별 간 연결"을 구현함으로써 위성들이 "하늘에서 서로 대화"할 수 있도록 하고, 베이더우의 글로벌 네트워크를 제한했던 병목 현상을 해결했습니다.

▲베이더우-3호가 발사장에서 최종 조립 중입니다 (사진 제공: 중국과학원 마이크로위성혁신연구소)

첫 번째 시험 위성에 이어, 연구팀은 후속 개발 중인 베이더우-3 글로벌 네트워크 위성에서 위성 자율 진단 및 복구 기술에 획기적인 발전을 이루어 위성이 "자가 진단 및 자가 복구" 기능을 갖출 수 있도록 했습니다. 위성은 지상 개입 없이 자율적으로 상태 진단, 고장 분리 및 복구를 수행할 수 있어 위성 가용성이 크게 향상됩니다.

또한, 베이더우-3는 최초로 고출력 질화갈륨 기반 고체 증폭기를 사용하여 신호 품질을 효과적으로 향상시켰고, 고정밀 시간-주파수 무중단 스위칭 기술을 혁신하여 글로벌 시스템 신호의 높은 연속성을 구현하는 기반을 마련했습니다. 또한, 국내 Loongson + FLASH 아키텍처를 채택하여 국내 항공우주 프로세서 분야의 공백을 메우고 모든 핵심 장치의 국산화를 실현함으로써 전체 산업 사슬의 발전을 견인했습니다.

마지막 베이더우-3 글로벌 네트워크 위성이 성공적으로 궤도에 진입하는 모습을 지켜보면서, 이 팀은 새로운 여정을 시작했습니다. 우리나라의 항법 전략적 요구에 따라, 2035년까지 더욱 보편적이고, 더욱 통합적이며, 더욱 지능적인 통합 위치, 항법 및 시간 시스템을 구축할 것입니다. 우리는 차세대 항법 위성을 위해 계속해서 노력할 것입니다.

베이더우의 강력한 "심장"을 만들어라

1초의 오차가 발생하는 데는 6만 년이 걸립니다.

시간과 공간적 위치 정보는 국가의 중요한 전략적 자원입니다. 위성 위치 정보와 위성에서 얻는 정확한 시간 정보는 항법 위성의 두 가지 핵심 매개변수이며, 10억분의 1초(1나노초)의 시간 차이는 0.3미터의 거리 오차를 유발할 수 있습니다.

데시미터급 및 센티미터급 항법 및 위치 정확도를 달성하기 위해 베이더우 위성은 강력하고 신뢰할 수 있는 "심장"인 우주 탑재 원자 시계와 예리하고 명확한 "두뇌"인 정보 처리 시스템을 갖춰야 합니다.

2002년, 중국과학원 상하이 천문대는 수년간 개발해 온 지상 기반 능동형 수소 원자 시계를 바탕으로 수동형 우주 탑재 수소 원자 시계 연구에 착수했습니다. 그리고 2015년, 그들이 완성한 우리나라 최초의 우주 탑재 수소 원자 시계가 차세대 베이더우 항법 위성에 탑재되어 발사되었습니다.

▲베이더우-3에 탑재된 우주 수소 원자 시계 시제품 (사진 제공: 상하이 천문대)

지난 5년간 베이더우 위성을 따라 우주로 발사된 수소 시계의 성능은 지속적으로 향상되었으며, 구성 요소, 원자재 및 핵심 기술은 모두 자체적으로 완벽하게 관리되었습니다.이번에는 상하이 천문대에서 제공한 수소 시계가 '최후의 별'을 따라 우주로 향했습니다. 이 시계의 정확도는 하루 1나노초 미만의 오차에 도달했는데, 이는 600만 년에 1초의 오차에 해당합니다. 현재 하늘에서 가장 성능이 뛰어난 원자 시계 중 하나입니다.

베이더우 네트워크의 운영이 종료되는 시점에 맞춰 상하이 천문대의 연구진이 베이더우의 핵심 부품인 수소 시계의 무게를 23kg에서 13kg으로 줄이는 데 성공했습니다. 이 수소 시계 3대는 올해 말까지 사용자들에게 전달되어 내년에 베이더우 네트워크 위성에 탑재될 예정입니다.

▲상하이 천문대 연구원들이 개발 중인 수소 시계를 시험하고 있다 (사진 제공: 상하이 천문대)

강한 '심장'과 더불어 예리한 '두뇌'도 필요합니다. 상하이 천문대는 베이더우 시스템을 위해 실시간으로 오류를 수정하고 다중 백업 시스템을 갖춰 '빠르고 정확하며 안정적인' 위치 측정을 구현하는 '최강의 두뇌'를 개발했습니다.

중국과학원 상하이 천문대 정보처리시스템 기술책임자인 후샤오궁은 '최강의 두뇌'를 구축하기 위해 팀을 이끌고 고통스러운 '과학자에서 엔지니어'로의 변신을 감행했다.

뉴턴과 아인슈타인이 자연 천체의 궤도를 계산하기 위해 남긴 공식을 인공위성과 같은 인공 천체의 궤도 계산에 적용하려 할 때, 예상치 못한 상황에 너무 많이 부딪혔다.그들은 여러 가지 불리한 조건을 극복하고 세계 최초로 "지역 모니터링 네트워크 + 위성 간 링크" 위성-지상-위성 공동 정밀 궤도 결정 기술을 제안하고 구현했습니다. 또한 특별히 설계된 알고리즘을 개발하여 최종적으로 베이더우-3의 정밀 위치 결정 성능 지표를 달성했습니다.

상하이 천문대는 베이더우 위성 항법 시스템의 정확도를 더욱 높이기 위해 특수 레이저 "스카이 룰러"를 개발했습니다. 이는 중국 최초의 이동식 주간 위성 레이저 거리 측정 시스템으로, 최대 측정 거리가 38,800km에 달하며 베이더우 위성의 센티미터급 정밀 레이저 거리 측정에 성공적으로 사용되었습니다. 이러한 노력은 우리나라 베이더우 위성 항법 시스템의 글로벌 서비스 구현에 없어서는 안 될 핵심적인 기여를 했습니다.

기초 보강

위치 정보 서비스를 인터넷처럼 편리하게 제공하세요

마이크로스타 연구소와 상하이 천문대가 모두 베이더우 항법 시스템 구축에 매진하고 있는 가운데, 상하이의 첨단 기술 기업인 첸쉰 포지션은 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 처리, 그리고 자체 개발한 고성능 알고리즘을 활용하여 "베이더우 신호"를 모바일 인터넷처럼 편리한 서비스 경험으로 제공하고 있습니다.

첸쉰 포지셔닝(Qianxun Positioning)이 지난 5년간 글로벌 위성 항법 분야를 위해 개발한 새로운 시스템은 센티미터 수준의 위치 측정, 밀리미터 수준의 감지, 나노초 수준의 시간 측정이라는 성과를 달성했습니다.2019년 기준으로 이 시스템의 고정밀 서비스는 무인 지역을 제외한 전국 대부분 지역을 커버할 수 있습니다.

▲첸쉰 위치측정 시스템으로 구현한 농작물 방제 드론 운용 시연 사진. 센티미터 수준의 정확도로 위치를 파악하여 농약 살포량을 효과적으로 줄일 수 있다(사진 제공: 첸쉰 위치측정 시스템).

"베이더우(Beidou)는 글로벌 네트워크 구축을 완료했습니다. 올해 안에 전 세계적으로 향상된 서비스를 동시에 제공할 예정이며, 전체 연결망은 베이더우-3의 최신 신호를 지원할 것입니다." 첸쉰 포지션(Qianxun Position)의 CEO인 천진페이(Chen Jinpei)는 자사의 핵심 제품 두 가지 모두 현재 최신 신호를 지원한다고 밝혔습니다.

2019년 11월부터 첸쉰 포지션(Qianxun Position)은 베이더우 위성 지상 증강소의 핵심 장비를 자체 개발한 "첸룽(Qianlong)" 시공간 서버로 교체하여 베이더우-3를 포함한 모든 위성 항법 공공 서비스 신호의 처리 능력을 향상시켰습니다. 교체 작업은 거의 완료 단계에 있습니다.

베이더우 글로벌 네트워크 위성의 성공적인 발사로 더 넓은 시장이 곧 형성될 것이라고 천진페이는 확신합니다. "향후 3년 안에 베이더우는 입지를 더욱 강화하여 10억 명이 넘는 사용자에게 서비스를 제공할 것입니다."

지난 5년간 첸쉰 포지셔닝은 글로벌 주요 칩 제조업체 및 업계 파트너와 협력하여 베이더우 고정밀 위치 측정 기술을 5G 및 인공지능과 결합하여 자율주행, 산업 고도화, 측량 및 지도 제작, 스마트 시티, 공공 서비스 등 다양한 분야에 적용하고 베이더우 애플리케이션의 활용을 촉진해 왔습니다. 올해 베이더우 고정밀 위치 측정 기술이 탑재된 자율주행차 6개 모델이 공식적으로 양산 및 출시될 예정입니다.

▲첸쉰 위치 추적 시스템의 현장 시연 사진입니다. 향후 각 차량에는 정확한 시간과 공간 정보가 기록되어 차량과 도로의 협업이 더욱 효과적으로 이루어질 것입니다. (사진 제공: 첸쉰 위치 추적 시스템)

베이더우 내비게이션은 매우 광대한 세계를 열어주었습니다. 2019년, 첸쉰 포지셔닝은 "베이더우 인텔리전트 메이커" 경진대회를 개최하여 관련 기술 플랫폼을 개방하고 다양한 혁신 기업과 개인들이 고정밀 위치 측정 기능의 응용 개발에 참여할 수 있도록 했습니다. 그 결과, 참가자의 40%가 1995년 이후 출생자였고, 70%는 35세 미만이었습니다.

6월 23일은 베이더우 시스템의 글로벌 네트워크 서비스가 종료되는 마지막 날이자, 베이더우 내비게이션 애플리케이션의 새로운 시대가 시작되는 날이기도 합니다.

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