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1. 개요
Deep Space Network(DSN)DSN 홈페이지
미국 항공우주국(NASA) 산하의 제트추진연구소(JPL)에서 관할하는 전 지구적 통신 시설. 지구에서 달, 화성 등의 천체나 우주 탐사선과의 양방향 통신 일체를 담당하는 초대형 안테나들이다.
What is the DSN? (NASA 공식 홈페이지 DSN 소개)
2. 상세
심우주 통신망의 시작은 제트추진연구소(JPL)가 1958년 1월에 익스플로러 위성 발사 미션의 통신을 위해 미국 캘리포니아, 나이지리아, 싱가포르에 세운 전파 추적 스테이션으로 간주된다. 같은 해 12월에 제트추진연구소가 미군 관할에서 NASA 소관으로 이전하고 우주탐사가 본격화됨에 따라 현재와 유사한 심우주 통신망의 운영 개념이 정립되고 시설 건설이 시작되었다. 심우주 통신망 시설이 공식 발표된 것은 1963년이다.3. 구성
심우주 통신망은 구체인 지구의 표면에 설치되어 있는 초대형 안테나의 모음으로, 현재 크게 3곳이 있다.NASA에서 설명하는 심우주통신망의 구성과 위치 동영상.
이들 통신단지는 지구 표면에서 대략 120도 간격에 위치해 있다. 지구본에서 미국 캘리포니아, 스페인 마드리드, 호주 캔버라의 위치를 찾아보면 이해할 수 있다. 이러한 배치는 지구의 자전/공전에 따른 위치 변화, 그리고 전파를 수신하고자 하는 우주 탐사선이 어떤 방향에 있더라도 그 전파를 최소한 한 곳 이상의 통신단지에서 감지할 수 있도록 하기 위함이다. 또한 각각의 단지는 주변에서 발생하는 전파 간섭을 막기 위해 마치 사발처럼 들어간 분지 지형을 선택하여 건설하였다.
| 북극 방향에서 바라본 심우주 통신망 위치 및 감지 범위 |
위 그림에서 보듯이, 지상에서 대략 30,000km 이상의 거리에서는 전파가 최소한 한 곳 이상의 통신단지의 감지 범위에 들어간다. 아폴로 11호 착륙 당시 닐 암스트롱의 달 착륙 장면 TV 중계 전파는 미국 골드스톤 통신단지에서도 수신하고는 있었는데 위치 문제로 감도가 낮자 수신감도가 더 높았던 호주 통신단지에서 전파를 수신하여 미국을 비롯한 세계로 중계한 적이 있다. 호주 캔버라 심우주통신망 단지는 아폴로 11호의 첫 달 착륙 중계 전파를 받은 것을 상당히 자랑스러운 업적으로 여기고 있으며, 홈페이지의 자주 물어보는 질문에도 이 내용을 당당히 올려두고 있다. 다만 실은 호주 캔버라 심우주 통신단지에서도 감도가 썩 높지는 않아서, 최종적으로는 옆 동네라 할 수 있는 호주 파크스 천문대에서 전파를 받았다.
각각의 통신단지는 최소한 4개 이상의 초대형 포물선형 지향성 접시(파라볼릭) 안테나들로 구성된다. 1개의 거대한 70미터급 안테나, 2개 또는 그 이상의 34미터급 안테나[1], 1개의 26미터급 안테나, 그리고 이들 안테나에 딸려있는 수신 시스템들이 그것이다. 제트추진연구소(JPL)에 따르면 70미터급 안테나는 가동 수명이 거의 다 되어서 앞으로 70미터급 안테나 3개를 모두 철거하고 그 대신 성능이 향상된 34미터급 안테나로 교체할 계획이라고 한다.
| 미국 캘리포니아 골드스톤 심우주 통신단지 70미터급 안테나 |
4. 기능
심우주 통신망 홈페이지에 의하면 이 시설의 핵심 기능은 다음과 같다.- 통신(Telemetry): 우주 탐사선과 신호를 주고받을 수 있도록 통신을 유지하면서 특히 우주 탐사선이 보내오는 중요 탐사정보를 수신한다.
- 우주탐사선 명령제어(Spacecraft Command): 제어엔진 가동이나 시스템 재부팅같은 명령을 내린다.
- 추적(Tracking): 우주 탐사선의 현재 위치를 추적한다.
- 전파과학(Radio Science)
- 기타 과학연구(Science)
가장 중요하면서도 용량이 큰 정보는 역시 사진자료이다. 뉴 호라이즌스 탐사선의 경우, 사진을 포함한 전체 명왕성 관측자료를 심우주 통신망을 통해 모두 다운로드받는데는 무려 15개월이 걸렸다. 지구에서 보이저 등 우주탐사선으로 보내는 전파는 아주 강력한 직진성이며, 반대로 우주탐사선에서 오는 전파는 아주 미약하므로 이 미약한 전파를 받아서 증폭시킨다.
NASA의 1975년 보고서에 따르면, 심우주 통신망은 애초부터 지구와 태양계의 가장 먼 행성사이의 통신을 가능하게 할 목적으로 설계 건설되었다.[2] 우주 탐사 분야에 대한 덜떨어진 음모론자들은 지구와 태양계 경계면의 보이저와 어떻게 통신을 하냐, 또는 심지어 지구와 달 사이 통신이 그렇게 쉽게 되냐라는 소리를 하는데,[3] 애당초 NASA가 1960년대 심우주 통신망을 갖추기 시작할 무렵부터의 설계 기준이 태양계 끝자락까지의 통신이었다.[4] 당시의 미국 과학기술이 딸려서 우주탐사는 불가능했다 운운하는 음모론의 주장이 정말로 뭘 모르는 수준이라는 것을 알 수 있다. 현재 심우주 통신망은 태양계 외곽에서 날아오는 극히 약한 전파신호도 잡아낼 수 있다. 예를 들어 현재 보이저 1호, 보이저 2호에서 날아오는 신호는 흔한 디지털 손목시계의 전력보다 약 200억분의 1 정도에 불과할 정도로 미약하지만 그걸 모두 잡아낼 수 있다고 한다.[5] DSN NOW#에서 신호의 송수신 상황을 볼 수 있는데, 보이저의 경우 수신되는 신호의 세기가 대략 10-18W 정도밖에 안 된다.
심우주 통신망은 아폴로 계획, 보이저 계획, 스피릿과 오퍼튜니티, 큐리오시티, 인사이트 등 일련의 화성탐사, 최근의 뉴 호라이즌스 등등 모든 외우주 탐사 계획에서 없어서는 안 될 필수요소이다. 심우주 통신망이 없으면 보이저고 큐리오시티고 뉴 호라이즌스고 간에 아무 쓸모 없는 쇳덩어리에 불과하다. 아무리 탐사선이 귀중한 정보를 보낸다 해도 그것을 받을 수 없다면 아무 소용이 없다.
심우주 통신망과 같은 우주 통신은 기존적으로 전자기파 중 전파(주로 S밴드 2.29 - 2.30 GHz, X밴드 8.40 - 8.50 GHz 등)를 이용하는 방식인데, 아무래도 정보 전달량이나 여러가지 한계가 뚜렷하기 때문에 최근에는 레이저 광통신을 이용하는 방식으로 진화하고 있다.# 본 문서에서 설명하는 심우주 통신망 체계에도, 미국 캘리포니아 골드스톤 통신단지에 전파 + 레이저 하이브리드 시스템이 설치되어 운용에 들어갔다.#
5. 유사품
5.1. 한국
심우주지상시스템을 갖추고 있어 다누리와 교신하고 있다. 경기도 여주시에 35m 크기 심우주지상안테나가 있고, 대전광역시에 관제센터가 있다.※한국항공우주연구원이 소개하는 심우주 통신망
[1] 34미터급 안테나는 다시 고효율 안테나와 광 도파관 안테나 2가지 유형이 있다.[2] 출처: N. A. Renzetti, "DSN Functions and Facilities", JPL, 1975. 5. 원문(PDF)[3] 사실 이건 심우주 통신망 DSN을 설명해주면서 반박할 필요도 없다. 애시당초 달착륙 음모론자들이나 지구평면설자 같은 덜떨어진 음모론자들은 통신공학, 무선공학 근처에도 못가본 무식한 자들일 뿐이므로. 학부 수준의 무선공학만 배워도 지구 곡률이 어떻게 전파의 통달에 영향을 미치는지를 배운다. 아니, 애시당초 마르코니가 대서양 횡단 무선통신 실험을 성공시키게 된 계기가 지구 곡률과 그에 따른 전리층 반사 때문이다. 참고로 마르코니가 대서양을 건너 무선통신을 성공시킨게 1901년이며 타이타닉호 침몰 사고 당시 타이타닉과 대서양을 항주하는 기선들은 서로 무선을 활발하게 주고받고 있었다.[4] 더 놀라운 것은 이것은 설계와 최초 건설 당시의 기준이고, 그동안 심우주 통신망에 대한 지속적인 업그레이드로 말미암아 지금의 통달 거리는 그것을 훨씬 넘어선다. 쉽게 말해 보이저가 태양계를 벗어나 훨씬 멀리 간다 하더라도 보이저 쪽에서 통신이 끊기지 않는 이상은 심우주 통신망에서 전파를 받는데는 별다른 지장이 없다는 얘기. 보이저 미션의 걱정거리는 전파를 못받는 것이 아니라 보이저에 탑재된 방사성 동위원소 열전기발전기(RTG)의 성능이 다되어 전파를 더이상 발신하지 못하는 것이다.[5] 출처