[칼럼] 이미지 센서를 이용한 위성 설계

미국의 철학자 존 듀이(John Dewey)는 ’해봐야 알게 된다’는 신념을 지지했던 것으로 유명한 사람이었다. 즉, 뭔가를 이해하는데 가장 좋은 방법은 직접 해보는 것이다. 무언가가 어떻게 작동하는지에 대한 개념을 이해하는 것은 매우 중요하지만 그래도 그건 스포츠를 하거나 언어를 배울 때 또는 차를 고칠 때처럼 소매를 걷어 올리고 손을 더럽히면서 새로운 일을 하는 것과는 매우 다른 일이다.

또는 우주에서 사용할 위성을 구축하거나.

이 명제는 (독일) 스투드가르트 대학교 우주 시스템 연구소(IRS)가 택한 접근법이다. 이곳의 학사, 석사 및 박사 학위 과정 학생들은 우주 궤도 위성의 설계, 개발 및 구축에 직접 참여한다. 우주에서 한 번 작동하는 위성에 사용되는 하드웨어부터 소프트웨어까지의 모든 것에 관여를 한다. 이미 아주 최근에 이 프로그램의 일환으로 완성될 첫 번째 위성인 ’Flying Laptop’이 발사되었다.

궤도에 진입한 Flying Laptop은 지구 관측과 우주 날씨 모니터링에 참여하게 된다. 그러나 그것보다 더 중요한 것은 이 미션을 지원하기 위해 필요한 모든 인프라와 위성 작동의 궤도 검증을 증명할 모든 시스템 등 직접적인 위성 개발 프로젝트 경험을 통해 대학 교육의 질을 향상시키는 일이다.

이 Flying Laptop의 개발 과정 동안 120개 이상의 학생 논문과 20개 이상의 박사 학위 논문이 동원되었으며 발사 이후에도 이 프로젝트에 참여했던 학생들은 연구소의 자체 지상 기지국에서 위성의 운영에 관여하고 있다.
온세미컨덕터의 KAI-1003 이미지 센서가 이 위성의 주요 탑재물인 다중 스펙트럼 이미징 카메라 시스템 (MICS)에 채택되었다. 이 시스템은 녹색 (530 – 580 nm), 적색 (620 – 670 nm) 및 근적외선 (835 – 885 nm)과 같이 서로 다른 스펙트럼 밴드에서 작동하는 3개의 카메라로 구성되어 있는데 개별적으로 또는 서로 결합되어 관찰되는 물체에 대해 매우 상세한 스펙트럼 정보를 제공한다.

이 시스템에 사용되는 이미지 센서를 선택할 때에는 다음과 같은 여러 가지 특징이 필수적으로 확인, 채택되었다. 프로젝트 팀은 (1)전체 이미지를 한 번에 캡쳐 할 수 있는 영역 어레이 이미저, (2)우수한 신호대 잡음비를 제공하는 매우 높은 감도, (3)대상 스펙트럼 대역의 양호한 감도, (4)전자 셔터를 필요로 했다. 1 메가 픽셀 화소 당 대형 12.8 µm 픽셀, 170 ke 충전 용량 및 72 dB 다이내믹 레인지를 사용하는 KAI-1003은 이러한 모든 요구 사항을 충족시키면서 이 시스템에 채택된 이후에는 지속적으로 기능하고 있다.

위성 시스템이 완전히 작동을 개시하기까지는 발사 후 몇 주가 걸리기 때문에 Flying Laptop의 카메라 시스템이 첫 번째 이미지를 포착해서 전송하는 시기는 8월 이후에나 가능할 것으로 보인다. 그러나 위성은 트위터를 통해 이미 발사까지의 과정을 업데이트해오고 있으며 이후에도 계속 이 위성의 미션 수행 과정을 공유할 예정이다.

온세미컨덕터는 그 동안 오랜 기간에 걸쳐 이 프로젝트에 많은 노력을 기울인 모든 교수진 및 학생들에게 축하를 전한다. 이 발사를 통해, 프로젝트의 첫 단계가 마무리되었으며, 이는 또 다른 새로운 시작을 의미하게 된다. 이미 스투드가르트 대학은 차세대 학생들에게 ‘직접 하면서 배우는’ 기회를 제공하는 위성 시스템 설계 및 개발 프로그램을 이어갈 다음 미션을 찾기 시작했다.

글_ 마이클 델루카 (Michael DeLuca), 온세미컨덕터