달 표면에서 활동하는 우주비행사에게 안정적인 무선 통신은 선택이 아닌 필수입니다. 지형뿐만 아니라 우주복의 복잡한 소재, 안테나 위치, 우주비행사의 움직임 등 다양한 조건이 실제 통신 성능에 영향을 줄 수 있기 때문입니다.
전자기 및 무선 전파 시뮬레이션 전문기업 Remcom은 NASA의 SBIR(Small Business Innovation Research) Phase I 과제를 수주하고, 아르테미스 임무에서 활용될 우주복과 달 탐사 차량의 안테나를 위한 무선 채널 모델링 기술 개발에 나섰습니다.
해당 과제는 NASA의 Lunar 3GPP Technologies 분야에 선정됐으며, 우주복 및 달 탐사 차량에 장착된 안테나의 통신 환경을 보다 현실적으로 예측하는 것이 핵심입니다.
NASA 아르테미스 임무의 무선 통신을 어떻게 지원할까?
Remcom은 이전부터 NASA의 SCaN(Space Communications and Navigation) 프로그램과 아르테미스 달 탐사 임무를 위한 무선 시뮬레이션 기술을 개발해 왔습니다.
기존 연구가 달 표면 전체를 대상으로 한 대규모 네트워크 계획에 중점을 뒀다면, 이번 프로젝트는 한 단계 더 구체적입니다.
실제 달 표면에서 움직이는 우주비행사와 탐사 차량 사이에 안정적인 통신 링크를 설계하고 검증하는 것이 주요 목표입니다.
특히 우주복은 단순한 하나의 재료로 구성되지 않습니다. 여러 기능성 소재와 층이 결합된 복잡한 구조이기 때문에 안테나의 방사 특성과 신호 전달 성능에도 영향을 줄 수 있습니다.
NASA의 SBIR 기술 개요에서도 이러한 우주복 소재와 근접장 효과가 기존 시뮬레이션에서 해결해야 할 중요한 과제로 제시됐습니다.
Wireless InSite로 달 표면 무선 채널을 시뮬레이션
이번 연구의 핵심에는 Remcom의 Wireless InSite® 3D Wireless Prediction Software가 있습니다.
Wireless InSite는 실제 환경을 3D로 구성하고 RF 신호의 전파 특성과 통신 성능을 분석할 수 있는 무선 전파 예측 소프트웨어입니다.
Remcom은 이번 프로젝트를 통해 우주복과 달 탐사 차량 주변의 복잡한 전파 환경을 분석할 수 있도록 Wireless InSite의 기능을 고도화할 계획입니다.
근거리와 원거리 안테나 특성을 하나의 모델로
우주복에 장착된 안테나는 주변 구조물과 매우 가까이 위치하기 때문에 일반적인 원거리 전파 분석만으로는 실제 성능을 충분히 예측하기 어렵습니다.
이를 해결하기 위해 Remcom은 Huygens Surface(휴젠스 표면) 기법을 활용합니다.
근거리와 원거리 영역의 안테나 거동을 연결해 우주비행사의 신체와 우주복, 주변 구조물이 무선 신호에 미치는 영향을 보다 현실적으로 모델링하는 방식입니다.
우주비행사 간 D2D 통신까지 분석
달 탐사 과정에서는 모든 우주비행사가 항상 기지국이나 네트워크에 직접 연결될 수 있다는 보장이 없습니다.
분화구처럼 시야가 제한되는 곳을 탐사하거나 네트워크 범위를 벗어난 상황에서는 우주비행사 간 직접 통신(Device-to-Device, D2D)이 중요해질 수 있습니다.
이번 연구에서는 3GPP Sidelink를 비롯한 다양한 통신 방식을 대상으로 안테나 위치와 구성에 따른 성능 변화를 분석할 예정입니다.
이를 통해 우주비행사 간 직접 통신이나 네트워크 릴레이와 같은 실제 아르테미스 임무 시나리오를 시뮬레이션할 수 있습니다.
시뮬레이션 속도도 최대 100배 수준으로 개선
정확성만큼 중요한 요소가 시뮬레이션 시간입니다.
달 표면에서 우주비행사와 탐사 차량은 계속 이동하기 때문에 다양한 위치와 자세, 통신 조건을 반복적으로 분석해야 합니다. 기존 방식으로 계산 시간이 지나치게 길어진다면 실제 설계 과정에서 활용하기 어렵습니다.
Remcom은 계산 가속 기술을 적용해 시뮬레이션 시간을 1~2 orders of magnitude, 즉 약 10배에서 100배 수준까지 단축하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 통해 움직이는 우주비행사와 차량을 포함한 동적인 달 표면 전파 환경을 보다 빠르게 분석할 수 있을 것으로 기대됩니다.
우주 기술을 넘어 웨어러블 무선 설계에도 활용
이번 기술 개발은 NASA 아르테미스 임무만을 위한 것은 아닙니다.
사람의 신체 가까이에 안테나가 위치하는 스마트 웨어러블, 착용형 센서 등에서도 인체와 주변 구조물이 안테나 및 무선 통신 성능에 미치는 영향을 정확히 예측해야 합니다.
따라서 이번 SBIR 프로젝트에서 개발되는 무선 채널 모델링 기술은 향후 복잡한 환경에서 사용되는 상용 웨어러블·온바디 무선 시스템 설계에도 활용될 가능성이 있습니다. Remcom 역시 이러한 상용 분야로의 확장 가능성을 공식적으로 제시하고 있습니다.
Remcom과 Wireless InSite가 만드는 달 통신의 미래
이번 NASA SBIR 과제는 단순히 달 표면의 전파를 예측하는 것을 넘어, 실제 우주비행사의 이동과 우주복 구조, 안테나 배치, 달 지형 및 통신 방식까지 함께 고려하는 무선 시뮬레이션 기술을 구축하는 데 의미가 있습니다.
Remcom의 Wireless InSite를 통해 이러한 요소들을 사전에 가상 환경에서 분석할 수 있다면 실제 장비 제작과 시험에 앞서 통신 취약 구간을 확인하고 안테나 위치와 통신 방식을 최적화하는 데 활용할 수 있습니다.
NASA의 공식 SBIR 선정 자료에서도 해당 연구는 달 환경에서의 채널 모델링과 통신 커버리지 분석 기능을 확장하는 것을 주요 목적으로 제시하고 있습니다.
Remcom과 Wireless InSite가 아르테미스 임무의 안정적인 달 표면 통신을 어떻게 지원할지 앞으로의 기술 개발이 주목됩니다.
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