아르테미스 II, 달 궤도에서 4K 영상 실시간 송출을…

지난 4월 1일 발사에 성공한 미국항공우주국(NASA) 아르테미스 II 미션은 반세기 만에 인류를 지구 궤도에서 벗어나 달을 근접 통과하는 계획. 아르테미스 II 미션에는 달을 공전하는 오리온(Orion) 우주선에서 촬영한 달 영상을 고해상도 4K 영상으로 송신한다는 임무도 포함되어 있다.

이번 영상 송신 임무는 오리온 아르테미스 II 광통신 시스템(O2O)이라 불리는 미션이다. 지구상 먼 거리에서는 기본적으로 전파를 이용해 데이터를 송수신하지만 O2O는 전파 대신 적외선을 사용해 데이터를 송수신한다.

현재 아르테미스 II 미션에 참가하는 우주비행사 4명이 오리온 우주선 내에서 실시간 방송을 진행하고 있으며 최대 4K 화질로 시청할 수 있다.

나사 미션이 고도화되면서 우주공간에서 지구로 송신할 수 있는 데이터양도 급속도로 증가하고 있다. 이런 필요성에 대응하기 위해 나사는 더 광대역 무선주파수(RF) 스펙트럼을 사용하게 됐다. 하지만 무선주파수 통신으로 높은 데이터 전송률을 달성하려면 안테나 크기를 확대하거나 무선 송신기 출력을 증대시켜야 하며 크기와 출력 증대에는 한계가 있다. 따라서 나사는 무선주파수 통신의 한계 그러니까 대역폭, 스펙트럼, 주파수 패킷 전체 규모 및 사용 전력 등 과제에 대처하기 위해 광통신 개발을 진행하고 있다.

나사는 미션 장비가 진화하고 방대한 과학 데이터와 탐사 데이터를 수집하게 됨에 따라 우주선은 지구로의 정보 전송 수단을 강화할 필요에 직면하게 될 것이라며 기존 나사 미션에서는 우주와의 데이터 송수신을 위해 무선주파수 통신을 사용해왔다. 레이저 통신은 전파 대신 적외선을 사용하며, 한 번의 통신으로 더 많은 데이터를 전송할 수 있다”고 설명했다.

오리온 우주선에 탑재되는 O2O 모듈은 초당 260메가비트 데이터 전송률을 구현할 수 있으며 달 영상을 4K 고화질로 송신할 뿐 아니라 비행 계획서와 사진 데이터 등의 송수신에도 사용될 예정이라고 한다.

적외선을 이용한 레이저 통신 시스템은 동등한 무선 통신 시스템에 비해 부피, 무게, 소비 전력이 적다는 장점이 있다. 이에 반해 구름이나 난기류 같은 요인으로 인해 레이저 통신이 방해받을 가능성이 있다.

O2O 모듈과 레이저 통신을 수행하는 지상국은 미국 뉴멕시코 주 라스크루세스, 캘리포니아 주 테이블마운틴, 하와이 주 할레알라에 설치되어 있다. 나사에 따르면 이들 지상국 위치는 표고가 높으며 고속 및 신뢰성 높은 레이저 통신에 필수적인 맑은 날씨가 풍부하다는 이유로 선정됐다고 한다.

한편 오리온 우주선이 달을 공전할 때 달 뒷면으로 돌아가면 레이저 통신과 심우주 통신망(DSN) 모두 차단된다고 한다. 나사에 따르면 이 두 통신이 모두 차단되는 암흑 시간은 41분에 이른다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.