KR101877395B1 - 달 착륙선 통신 중계 장치와 이를 이용한 달 탐사 통신 중계 방법 - Google Patents

달 착륙선 통신 중계 장치와 이를 이용한 달 탐사 통신 중계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 달에 착륙하는 착륙선에 탑재되어 지상국 또는 로버와 정보를 송수신하는 달 착륙선 통신 중계 장치에 있어서, 상기 지상국 또는 상기 로버와 정보를 상기 착륙선의 Ranging 채널을 이용하여 송수신하는 통신부 및 상기 통신부의 통신방식을 선택하는 Ranging/로버 선택 모듈 을 포함하여 이루어지는 달 착륙선 통신 중계 장치이다.

Description

달 착륙선 통신 중계 장치와 이를 이용한 달 탐사 통신 중계 방법{Communication relay apparatus for moon exploration and relay method using the apparatus}
본 발명은 달을 탐사하는 착륙선에 탑재되는 통신 중계 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 지상국과 착륙선, 그리고 달에 착륙하게 되면 착륙선에서 하차하여 달 표면을 직접 돌아다니며 탐사를 수행하는 로버간의 통신 중계 장치에 관한 것이다.
2017년 발사 예정인 한국 최초 달 탐사선은 달의 궤도를 1년 이상 비행하면서, 이후에 발사될 착륙선을 위한 지형 탐사와 달 자원 탐사, 그리고 달 표면 및 주변 환경 연구를 주로 진행할 예정이다.
달 궤도선 이후에 발사될 착륙선과 통신하는 방식은 지상국과 착륙선, 그리고 착륙선에서 하차하여 달 표면을 돌아다니며 직접 탐사를 실행하는 로버간의 3자 통신방식을 채택한다. 이는 각각의 장치가 독립적으로 통신이 가능한 방식으로서, 송신과 수신을 각각 담당하는 총 6개의 디지털 데이터 통신채널이 기본적인 구성을 이루고, 이와 별도로 지상국과 착륙선 간의 거리와 속도 등을 판단하는 아날로그 신호로서 송신과 수신을 하는 Ranging 신호를 중첩하여 사용한다.
디지털 데이터 통신으로 송수신을 하게 될 경우는 각 디지털 통신 채널에 필요한 장치가 대응되어 구성되어야 한다. 즉, 지상에서 발사가 되고 예정된 궤도를 진입해야하는 착륙선은 지상국과 송수신하는 디지털 통신 장치와 로버와 송수신하는 통신 장치, 두 가지의 장치를 보유하고 있어야 된다는 뜻이다. 또한 달 표면에서 무인으로 직접 탐사를 행하는 로버에도 같은 문제점이 발생하게 된다. 비록 통신 장치가 착륙선의 전체적인 중량과 비교했을 때 높은 비율을 차지하지는 않을 수 있으나, 1kg이라도 하중을 줄이기 위해서 의자도 없애고 창문도 작게 설계되었던 최초의 미국 달 착륙선인 아폴로우주선과 상반되는 아이러니가 발생한다. 따라서 하중을 최대한 줄이고 이에 따른 비용 절감과 소모 전력 감소를 실현할 수 있는 달 착륙선 통신 중계 장치와 이를 이용한 통신 방법이 필요하다.
한국등록특허 제10-0513059호 ("지구-달계의 두 안정 궤도 및 평형 궤도를 이용한 통신위성 시스템 및 그 통신위성 추적 방법")
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 달 착륙선 내 구비된 통신 중계 장치에서 사용되는 Ranging 채널을 지구와의 Ranging 신호 송수신과 로버와의 데이터 통신 모두 공동으로 활용하고, Ranging/로버 선택 모듈을 구비하여 모듈의 선택 방법에 따라 각기 다른 통신부를 선택하여 통신할 수 있도록 한다.
본 발명은, 달에 착륙하는 착륙선에 탑재되어 지상국 또는 로버와 정보를 송수신하는 달 착륙선 통신 중계 장치에 있어서, 상기 지상국 또는 상기 로버와 정보를 상기 착륙선의 Ranging 채널을 이용하여 송수신하는 통신부 및 상기 통신부의 통신방식을 선택하는 Ranging/로버 선택 모듈을 포함한다.
상기 통신부는 상기 지상국과 상기 착륙선과의 신호를 송수신하는 Ranging 통신부 및 상기 로버와 상기 착륙선과의 신호를 송수신하는 로버 통신부를 포함하여, 상기 로버통신부(222)는 상기 착륙선(200)이 달에 착륙하였을 때, 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 이용하여 상기 로버(300)와 정보를 송수신 하는 것을 특징으로 한다.
상기 Ranging/로버 선택 모듈은 SDR을 이용하여 상기 착륙선이 달에 착륙했을 때 활성화된 Ranging 통신부를 비활성화하고 상기 로버 통신부를 활성화하는 것을 특징으로 한다.
상기 달 착륙선 통신 중계 장치는 상기 로버 통신부를 통하여 수신한 정보를 일정기간 저장하는 저장부를 더 포함한다.
상기 Ranging/로버 선택 모듈에서 처리하는 신호는 Ranging 신호로서, 아날로그 신호 또는 PN 코드를 삽입하여 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 달 착륙선 통신 중계 장치를 이용하는 달 착륙선 통신 중계 방법에 있어서, 상기 Ranging/로버 선택 모듈이 상기 통신부를 상기 Ranging 통신부로 선택하는 단계, 상기 착륙선이 상기 Ranging 통신부로 상기 지상국과 통신하는 단계, 상기 Ranging/로버 선택 모듈이 상기 통신부의 전환 여부를 판단하는 단계, 상기 Ranging/로버 선택 모듈이 상기 통신부를 상기 로버 통신부로 전환하는 단계, 상기 착륙선이 상기 로버 통신부로 상기 로버와 통신하는 단계로 구성된다.
상기 Ranging/로버 선택 모듈이 상기 통신부의 전환 여부를 판단하는 단계는 상기 착륙선의 착륙여부를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 달 착륙선이 통신을 하는 시스템 내에서 달 착륙선과 로버간의 디지털 데이터 통신방식에 따른 별도의 통신 장치를 착륙선과 로버 내에 탑재되어야하는 필요성이 사라지게 됨으로써, 착륙선과 로버의 전체적인 하중을 감소하는 효과가 있다. 이는 발사 후 궤도 진입 계산에 있어서 변수를 줄이게 되면서 오차 범위 역시 줄이는 효과가 있다.
또한, 독립된 여러 개의 통신 장치 대신 통신 주체를 변경하는 모듈을 탑재함으로써, 장치 구성이 간단해지게 된다. 이로 인하여, 소모 전력과 비용적인 측면에서도 큰 절감효과가 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 사용했을 시의 착륙선과 지상국, 그리고 로버간의 통신 채널을 표현한 예시도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 사용했을 시의 착륙선과 지상국, 그리고 로버간의 동일한 Ranging 채널을 표현한 예시도이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 이용한 달 착륙선 통신 중계 방법의 예시도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 사용했을 시의 착륙선(200)과 지상국(100), 그리고 로버(300)간의 통신 채널을 표현한 예시도이다.
상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200) 및 로버(300)와의 3자 통신 방식이 사용되어 각각의 장치가 서로 독립적으로 통신이 가능한 시스템을 취하고 있다.
A1는 f_d1인 디지털 채널로써, 상기 지상국(100)에서 상기 착륙선(200)으로 데이터를 송신하는 디지털 데이터 통신 채널이다.
B1는 f_d2인 디지털 채널로써, 상기 착륙선(200)에서 상기 지상국(100)으로 데이터를 송신하는 디지털 데이터 통신 채널이다.
A2는 f_r1인 Ranging 채널로써, 상기 지상국(100)에서 착륙선(200), 또는 상기 착륙선(200)에서 상기 로버(300)로 신호를 송신하는 Ranging 채널이다.
B2는 f_r2인 Ranging 채널로써, 상기 착륙선(200)에서 상기 지상국(100), 또는 상기 로버(300)에서 상기 착륙선(200)으로 신호를 송신하는 Ranging 채널이다.
C는 f_d3인 디지털 채널로써, 상기 지상국(100)에서 상기 로버(300)로 데이터를 송신하는 디지털 데이터 통신 채널이다.
D는 f_d4인 디지털 채널로써, 상기 로버(300)에서 상기 지상국(100)으로 데이터를 송신하는 디지털 데이터 통신 채널이다.
상기 Ranging 채널(A2, B2)는 디지털 데이터가 아닌 아날로그 신호나 PN 코드가 포함된 신호를 삽입하여 통신을 주고받는 채널이다.
상기 PN 코드는 Ranging 채널을 위한 정형화된 길이를 갖는 데이터 프레임 코드로, 기존의 아날로그 신호 대신에 디지털 정보까지 실어 보내는 방식을 말한다.
먼저, 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200)간의 통신은 디지털 데이터를 송수신하는 상기 디지털 데이터 통신(A1, B1)과 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200)간의 거리, 속도 또는 위치 등을 판단하는 Ranging 신호를 송수신하는 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 통하여 수행된다.
상기 디지털 데이터 통신(A1, B1) 및 Ranging 채널(A2, B2)은 각각 송신과 수신을 따로 수행하는 채널을 이용하여 통신한다.
또한, 상기 지상국(100)과 상기 로버(300)간의 통신은 디지털 데이터를 송수신하는 디지털 데이터 통신 채널(C, D)로 통신을 하고, 역시 송신과 수신을 따로 수행하는 채널을 이용하여 통신을 하게 된다.
종래의 3자 통신 방식과 차이점은 상기 착륙선(200)과 상기 로버(300)간의 통신 방식에서 찾을 수 있다. 상기 착륙선(200)과 상기 로버(300) 간의 통신에서도 디지털 데이터 통신 방식으로 데이터를 송수신하는 종래의 구상과 달리, 본 발명은 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 통한 데이터 송수신 방식을 채택하고 있다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 사용했을 시의 상기 착륙선(200)과 상기 지상국(100), 그리고 상기 로버(300)간의 상기 동일한 Ranging 채널(A2, B2)을 표현한 예시도이다.
상기 달 착륙선과의 통신 방식인 3자 통신 방식에서는 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200)과의 통신, 그리고 상기 착륙선(200)과 상기 로버와(300)의 통신에서 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 사용한다.
여기서 중요한 점은 상기 착륙선(200)과 상기 로버(300)간의 통신에서 사용되는 Ranging 채널은 상기 지상국과 착륙선간의 거리, 속도 또는 위치를 판단하여 전송하는 f_r1(A2), f_r2(B2)와 같은 채널을 사용한다는 것이다.
이는 종래의 디지털 통신 방식에 따른 통신 장치를 탑재 하지 않으면서도 별도의 다른 통신 장치를 상기 착륙선(200)과 상기 로버(300)에 탑재 하지 않아도 되는 이점을 구상할 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 착륙선(300)에 탑재 되는 달 착륙선 통신 중계 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
상기 착륙선(200)은 상기 지상국(100)과 정보를 주고받는 동시에, 직접 외부로 나가 달 표면을 돌아다니면서 탐사를 하는 상기 로버(300)와도 데이터를 주고받고 처리해야 한다.
여기서 상기 착륙선(200)은 상기 로버(300)와의 통신 채널과 상기 지상국(100)과의 통신 채널로 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 사용하게 되고, 이 두 채널이 중첩하게 되면 통신 장애가 올 수 있기 때문에, 이를 선택적으로 수행할 수 있는 별도의 모듈이 필요하다.
먼저, 상기 지상국(100)과 Ranging 신호를 송수신하는 Ranging 통신부(221)와 상기 로버(300)와 Ranging 신호를 송수신하는 로버 통신부(222)가 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치 내에 별도의 독립적인 구성을 이루고 있는 상기 Ranging 통신부(221) 및 로버 통신부(222)는 Ranging/로버 선택 모듈(210)의 동작 상태에 따라 상기 지상국(100)이나 상기 로버(300)와 통신할 수 있다.
단, 상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 통신부(220)를 선택함에 있어서는 소프트웨어로 변형이 가능한 SDR 기술로 상기 통신부(220)을 선택하는 방식으로써, 상기 Ranging 통신부(221)와 상기 로버 통신부(222)를 동시에 모두 선택할 수 없다.
상기 SDR은 소프트웨어적으로 송신 주파수 변화 및 데이터 혼변조 등을 소프트웨어적으로 변경이 가능한 기술이다.
이는 상기 Ranging 통신부(221)를 통하여 상기 지상국(100)과 통신을 할 때는 상기 로버 통신부(222)를 통한 상기 로버(300)와의 통신이 이루어질 수 없다는 뜻이다. 반대로, 상기 로버 통신부(222)를 통하여 상기 로버(300)와 통신을 할 때는 상기 Ranging 통신부(221)를 통한 상기 지상국(100)과의 통신은 수행할 수 없게 된다.
또한, 상기 로버(300) 및 착륙선(200)이 상기 지상국(100)과의 통신을 수행할 수 없는 위치에 도달하는 경우가 발생한다. 예를 들어, 상기 지상국이 통신하고자 하는 통신 주체가 지구와 달을 관통하여 정반대 방향에 위치해 있게 되는 경우 가 발생하게 된다.
이런 경우를 대비하여 상기 달 착륙선 통신 중계 장치 내부에는 각각의 통신을 담당하는 상기 통신부(220) 뿐 아니라, 상기 로버(300)에서 상기 지상국(100)으로 송신할 데이터의 백업용으로 상기 착륙선(200) 내에 저장을 해 놓을 수 있는 저장부(230)를 별도로 구성한다.
상기 저장부(230)는 상기 로버(300)가 상기 지상국(100)과 직접 교신할 수 없을 때, 상기 로버 통신부(222)를 통하여 상기 착륙선으로 신호를 전송하고 일정 기간 저장한 후, 상기 지상국(100)으로 송신할 수 있도록 한다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 달 착륙선 통신 중계 장치를 이용한 달 착륙선 통신 중계 방법의 예시도이다.
우선 상기 착륙선(200)이 지상에서 발사가 된 후부터 상기 착륙선(200)이 달에 착륙을 하게 되는 시간까지 상기 로버(300)는 상기 착륙선(200)에 탑승을 한 상태이기 때문에, 상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 Ranging 통신부(221)를 활성화 시킨 상태로 지정이 되는 단계(S100)를 수행하게 된다.
상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)에 의해 상기 통신부(220)는 상기 Ranging 통신부(221)가 활성화 된 상태에서 상기 지상국(100)과 Ranging 신호를 주고받으며 통신을 하게 된다. 이 때 주고받는 신호는 아날로그 신호 또는 PN코드를 삽입함으로써, 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200) 간의 거리나 속도 등을 판단하는 신호이다. 그 외의 디지털 방식으로 주고받는 신호는 별도의 디지털 채널인 f_d1(A1)과 f_d2(B1)를 통하여 통신하게 된다.
우주를 상공하며 f_r1(A2)과 f_r2(B2)를 통하여 지상국과 통신하는 상기 착륙선(200)은 상기 위치 판단부(240)에 의해서 상기 착륙선(200)과 달과의 거리를 수시로 판별하게 된다.
이 경우, 달 착륙선 통신 중계 장치 내에 상기 착륙선(200)과 달과의 거리를 측정하는 상기 위치 판단부(240)가 상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 활성화시킬 상기 통신부(220)의 통신 루트를 선택할 수 있도록 데이터를 제공하게 된다.
만약, 상기 위치 판단부(240)에서 상기 착륙선(200)이 아직 달 표면에 착륙하지 않았다고 판별했을 때는 기존에 사용하던 상기 Ranging 통신부(221)로 설정되어 상기 지상국(100)과의 통신을 유지하고, 일정 시간이 지난 후에 상기 위치 판단부(240)에서 상기 착륙선(200)의 착륙여부를 재판별하게 된다.
그러나 상기 위치 판단부(240)에서 상기 착륙선(200)이 달에 착륙을 하였다고 판별되었을 때에는 상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 활성화된 상기 Ranging 통신부(221)를 비활성화 시키고, 비활성화 되어있던 상기 로버 통신부(222)를 활성화시키는 단계에 돌입한다.
상기 로버 통신부(222)가 활성화된 상기 착륙선(200)의 통신부는 기존에 상기 지상국(100)과 통신을 하는 데에 사용되었던 f_r1(A2)과 f_r2(B2) 채널을 상기 로버(300)와 통신을 하는 데에 사용하게 된다.
상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)에 의하여 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200)간의 아날로그 신호를 통한 Ranging 통신 채널은 끊겼지만, 기존에 별도로 보유하고 있던 f_d1(A1)과 f_d2(B1)를 통한 디지털 데이터 통신은 유지되는 상태이기 때문에, 상기 지상국(100) 및 착륙선(200), 그리고 달 표면을 직접 탐사하는 상기 로버(300)와의 독립적인 3자 통신 방식이 구성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
A1 : f_d1 A2 : f_r1
B1 : f_d2 B2 : f_r2
C : f_d3 D : f_d4
100 : 지상국 200 : 착륙선
210 : Ranging/로버 선택모듈 220 : 통신부
221 : Ranging 통신부 222 : 로버 통신부
230 : 저장부 240 : 위치 판단부
300 : 로버

Claims (7)

  1. 달에 착륙하는 착륙선(200)에 탑재되어 지상국(100) 또는 로버(300)와 정보를 송수신하는 달 착륙선 통신 중계 장치에 있어서,
    상기 지상국(100) 또는 상기 로버(300)와 정보를 상기 착륙선(200)의 Ranging 채널(A2, B2)을 이용하여 송수신하는 통신부(220); 및
    상기 통신부(220)의 통신방식을 선택하는 Ranging/로버 선택 모듈(210);
    을 포함하며,
    상기 통신부(220)는 상기 지상국(100)과 상기 착륙선(200)과의 신호를 송수신하는 Ranging 통신부(221) 및 상기 로버(300)와 상기 착륙선(200)과의 신호를 송수신하는 로버 통신부(222)를 포함하되,
    상기 로버통신부(222)는 상기 착륙선(200)이 달에 착륙하였을 때, 상기 Ranging 채널(A2, B2)을 이용하여 상기 로버(300)와 정보를 송수신 하는 것을 특징으로 하는 달 착륙선 통신 중계 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)은 SDR을 이용하여 상기 착륙선(200)이 달에 착륙했을 때 활성화된 Ranging 통신부(221)를 비활성화하고 상기 로버 통신부(222)를 활성화하는 것을 특징으로 하는 달 착륙선 통신 중계 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로버 통신부(222)를 통하여 수신한 정보를 일정기간 저장하는 저장부(230)를 더 포함하는 달 착륙선 통신 중계 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신부(220)에서 처리하는 신호는 Ranging 신호로서, 아날로그 신호 또는 PN 코드를 삽입하여 처리하는 것을 특징으로 하는 달 착륙선 통신 중계 장치.
  6. 제1항의 달 착륙선 통신 중계 장치를 이용하는 달 착륙선 통신 중계 방법에 있어서,
    상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 통신부(220)를 상기 Ranging 통신부(221)로 선택하는 단계(S100);
    상기 착륙선(200)이 상기 Ranging 통신부(221)로 상기 지상국(100)과 통신하는 단계(S200);
    상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 통신부(220)의 전환 여부를 판단하는 단계(S300);
    상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 통신부(220)를 상기 로버 통신부(222)로 전환하는 단계(S400);
    상기 착륙선(200)이 상기 로버 통신부(222)로 상기 로버(300)와 통신하는 단계(S500);
    로 구성되는 달 착륙선 통신 중계 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Ranging/로버 선택 모듈(210)이 상기 통신부(220)의 전환 여부를 판단하는 단계(S300)는 상기 착륙선(200)의 착륙여부를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 하는 달 착륙선 통신 중계 방법.
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