인공위성 영상은 어떻게 촬영되나?

구글어스가 일반화되면서, 일반인들도 쉽게 위성영상을 접할 수 있게되었습니다. 과거에는 가격이 비싸서 주로 전문가들만 사용하였죠.

구글어스에서 볼 수 있는 위성영상은 600-800km 상공, 그러니까 제주도보다 먼 곳 촬영되어 지구로 송신된 것입니다. 따라서 매우 정밀한 기계가 사용되며 원리도 상당히 까다롭습니다.

그런데, 이러한 위성영상 촬영과정을 매우 쉽게 설명한 플래시를 발견하게 되어 소개시켜드리겠습니다. 자세한 내용은 popsci에 들어가시면 보실 수 있고, 원본 플래시 파일은 여기 있습니다. 영어에 익숙하신 분은 그냥 아래 플래시를 실행시켜 보시면 됩니다.

이 플래시에서 나오는 GeoEye 사(과거 SpaceImaging 사)는 현재 1미터 해상도의 IKONOS 영상을 운영중입니다. IKONOS 영상은 구글어스에는 거의 사용되지 않습니다만(주로 버추얼어스(Virtual Earth)에 사용), 최근 2008 베이징 올림픽에 사용되었습니다. (여기 참조)

GeoEye-1 위성은 IKONOS를 대체할 0.41미터 해상도의 차세대 위성으로서, 7월 10일 현재 Vandenburg 공군기지에 도착한 상태로 8월 22일 발사될 예정이라고 합니다. 자세한 사항은 All Points Blog를 읽어보시면 됩니다.

아래는 제가 각 페이지별로 대충 번역해서 만들어 본 것입니다. 대충 한번 읽어보신 후, 위의 플래시를 다시 실행시켜 보시길 바랍니다.

====
우주에서 제작될 최고의 이미지 : 684km 상공에서 영상을 촬영하는 방법

올봄, GeoEye-1 위성이 작동을 시작하면, 최고의 광학장치를 사용하여, 지금까지의 어떠한 상업용 위성보다 자세한 영상을 제작할 수 있습니다. 야구장의 홈플레이트만한 작은 물체까지 잡아낼 수 있어 구글어스에서 흐릿한 장소를 채울 수 있을 것입니다.

1. 궤도에 올리기

1,995 kg에 달하는 GeoEye-1 위성은 델타 2 위성에 실린 채, 684km을 날아서 우주에 올라가게 됩니다. 발사장소는 미국 캘리포니아주 Lompoc인근에 있는 반덴버그(Vandenberg) 공군기지입니다. GeoEye-1의 설계수명은 7년으로, 지구를 일관성있게 촬영하기 위하여, 공기저항이나 태양풍에 의해 점점 낮아지는 위성의 고도를 100km까지 조정할 수 있습니다.

* GeoEye-1 위성의 구성

Monarch GPS units : GPS 수신기
STAR TRACKERS : 스타트래커, 항성의 좌표를 이용해 위성의 위치를 계산
DATA ANTENNA : 촬영된 영상을 지구로 송신
SOLAR PANELS : 태양전지판
DATA PROCESSING UNIT : 자료처리모듈, 영상을 조합
SOLID STATE DRIVE : 반도체 저장장치(SSD), 영상을 저장
THERMAL BLANKET : 단열재
GYROSCOPES : 자이로스코프, 위성의 자세 측정
DOOR : 광학장치 덮개판, 촬영시에만 열림

STATS : 제원
길이 : 4.2미터
무게 : 1950 kg
고도 : 684km
궤도 : 극궤도, 주기 98분
속도 : 시속 27,359km
해상도 : 40.6 cm
예산 : 5.02억 (약 5,000 억원)
상세한 정보 : http://www.geoeye.com/

2. 지상관제소의 명령 수신

GeoEye 관제사는 알라스카, 버지니아, 노르웨이, 남극에 있는 4개의 지상관제소를 통하여 언제 어느 곳을 촬영할ㅍ지에 대한 명령을 내립니다. 상업용 위성이기는 하지만, 모든 전송명령은 미 해양기상청(NOAA:National Oceanic and Atmospheric Administration)의 라이센스를 받아 암호화됩니다.

3. 위치, 자세 잡기

GeoEye-1은 군사용 GPS를 사용하는 최초의 상업용 위성입니다. 군사용 GPS를 사용하면 위성이 어디에 있는지 매우 정확하게 판별할 수 있습니다. 2개의 스타트래커는 항성의 좌표를 사용하여 카메라의 위치 및 각도를 보정하는데 사용됩니다. 이 두개의 장치를 조합하여, GeoEye-1은 지상에 있는 물체의 위치를 2.7미터 수준까지 정확히 찾아낼 수 있습니다. 이는 예전 위성보다 1.5배 정확한 수준입니다.

4. 카메라의 정렬

위성이 목표물 - 예를 들어 뉴욕시나 브라질 열대우림 등 - 에 가까이 가면 휠(wheel)을 돌려 방향을 맞춥니다. 정확한 위치에 가까이 가면 휠을 반대방향으로 돌려 위성의 회전을 정지시키고 카메라를 목표점에 조준합니다.

5. 광량 조절

지상관제소에서는 태양과 위성의 각도를 계산하여 노출시간을 결정합니다. 40.6cm 해상도를 유지시키기 위해서는 광학장비의 모양과 간격이 매우 정확해야 합니다. 따라서, GeoEye-1 위성은 광학장비를 튜브에 밀봉하고 약 22도를 유지함으로써, 급격하게 변하는 온도로 인한 변형을 방지합니다. 튜브의 뚜껑은 영상 촬영준비가 완료되었을 때만 열립니다.

6. 사진촬영

GeoEye-1 카메라는 2초에 37,500 x 1 픽셀 짜리 스트립을 20,000번 스캔함으로써, 2분에 900억 픽셀(약 15,500 km*km)의 영상을 생산합니다. 자료처리모듈(Data Processing Unit)은 이 영상파일을 압축하여, 1 TB용량의 반도체 저장장치(SSD)에 저장합니다.

광학장치 내부
뚜껑을 통해 들어온 빛은 도너츠 형태인 90cm 크기의 주반사경[A]에 반사되고, 다시 30cm 크기의 2차 반사경[B]에 반사된 후, 구멍을 통과해 세번째 반사경[C]에 반사되는 등의 과정을 거쳐 카메라[D]에서 영상을 촬영합니다.

7. 지상으로 전송

GeoEye 위성은 매일 텍사스주 면적(남한 면적의 7배)을 촬영할 수 있습니다. 이 영상은 암호화되어 하루에 40번씩 지상관제소로 송신됩니다. GeoEye 사에서는 이 스트립을 완전한 영상으로 취합한 후, 구글어스나 첩보위성이 없는 국가 또는 GeoEye사의 주요고객인 미국 지리정보국(National Geospatial-Intelligence Angency)와 같은 사용자에게 전달됩니다.

줌렌즈
좌측은 덴버를 촬영한 1미터급 영상으로, 테니스코트를 구분하기 힘들지만, 40.6cm 급 GeoEye-1 영상(우측)에서는 뚜렷하게 구분됩니다.

민, 푸른하늘(via : All Points Blog)

2007/11/19 - [RS] - 미국 스파이 위성의 역사
2007/11/25 - [구글어스] - 브라질에서 개발한 짝퉁 구글어스
2008/01/08 - [RS] - 인디아나 존스에게 구글어스가 있었다면?
2008/02/09 - [구글어스] - 구글어스에 포함된 데이터의 종류(1) - 영상
2008/04/04 - [구글어스] - 구글어스 영상추가지역 확인방법
2008/05/13 - [LatLong] - 사이클론 나르기스 관련 자료 종합
2008/05/25 - [RS] - 인디아나 존스에게 구글어스가 있었다면?
2008/06/10 - [구글어스] - 우주에서 애완견을 촬영했다고??
2008/06/27 - [구글맵] - 우리나라 인공위성은 지금 어디 있을까?
2008/07/10 - [구글맵] - 미국 정부가 공개한 미국내 군사기지 위치
2008/07/15 - [LatLong] - 구글어스 영상추가
2008/08/02 - [LatLong] - 구글어스, 북경 올림픽 지역 최신 영상으로 갱신
2008/08/03 - [구글맵] - 중국, 구글에 상세한 도로지도를 제공했다!!!