신규연구사업

---

 

달 궤도선 영상의 초정밀 수치 표고 모델 추출기법 및 단계별 영상생성을 위한 시뮬레이터 개발

한국연구재단, NRF (National Research Foundation of Korea) 산하 거대과학팀이 추진하는 2016년도 우주핵심기술개발사업 중 우주기초연구선정과제에 해당하는 과제로써, KAIST 항공우주공학과의 최한림 교수 연구팀이 연구 진행팀으로 선정되었다. 과제 기간은 2016년 5월부터 2019년도 4월까지이며 사업비는 연간 2억원씩, 3년간 총 6억원을 지원받는다.
 

 

 

수치 표고 모델이란 3차원 지형 지도를 일컫는 것으로 지구의 미지 영역 탐사 또는 달, 행성, 위성 등에 보내지는 착륙선의 안전한 착륙을 위해 사전에 필수적으로 구축되어야 한다. 일반적으로 우주 탐사에서는 착륙선 이전에 발사되는 궤도선에 탑재된 각종 센서들을 이용해서 수치 표고 모델을 구축하는데, 지구에서의 수치 표고 모델 구축과 달리 우주 탐사를 위한 수치 표고 모델을 제작하기 위한 데이터의 양이 절대적으로 부족하기 때문에 적은 데이터를 이용하여 완성도 높은 모델을 만들기 위한 심도 깊은 연구가 필요하다. 이 과제를 통해 달 표면의 고정밀도 수치 표고 모델 추출 기법을 정립하고 이를 기반으로 달, 이미지 센서의 위치와 태양각 등의 환경 조건에 따라 달 표면 영상을 생성하는 영상 생성 시뮬레이터를 제작한 후 달 지형 데이터베이스 구축하고자 한다.

 

 

 

2013년 초 나로호의 성공 이후, 우리나라는 국가우주개발계획에 따라 달 궤도선과 달 탐사선을 쏘아 올리기 위한 연구들을 추진 중에 있다. 정부 계획에 따르면 2018년에 시험용 달 궤도선을 발사하고 2020년 초에 달 탐사선을 착륙시킬 예정이다. 선진국의 우주 탐사 사례를 보았을 때, 달 탐사선을 달에 정확하고 안전하게 착륙시키기 위해서는 정확한 달 표면 지도 형성 기술 및 이를 기반으로 한 착륙지 선정 기술이 확보되어야 한다. 현재로부터 우리나라의 달 탐사 예정 시기인 2020년까지의 5년 남짓한 기간은 우주 탐사 선진국의 연구 개발 사례 비해 매우 짧은 시간이다. 따라서 이 기간 안에 달 궤도선부터 착륙선, 로버에 이르기까지 모든 기술이 완성도를 가지고 동시 다발적으로 완성되어야 한다. 따라서 궤도선 발사 예정 시기인 2018년 전에 기존의 달 관측 데이터를 이용해 달의 수치 표고 모델과 표면 영상을 생성하는 연구와 이를 바탕으로 위험 요소가 적다고 판단되는 지역을 착륙 후보지로 선정하는 기술을 확보해둔 후, 2018년에 발사될 달 궤도선을 통해 획득한 데이터로 업데이트하고 기존에 정보가 부족한 지역에 대한 자료를 확보할 필요가 있다.

 

 

이 과제는 크게 한국형 달 탐사선의 착륙지 선정을 위한 정밀한 지형도를 만들고자 기존의 달 영상을 이용한 고정밀도 수치 표고 추출 기법을 개발하는 부분과 이를 바탕으로 달 영상 생성 시뮬레이터를 만들고 달 지형 데이터베이스를 구축하는 부분으로 나눌 수 있다. 정확한 3D 지도를 구축하고 표면 이미지를 생성한 후 달 지형 데이터베이스를 구축해야 하기 때문에 각각의 주제는 시간적으로 긴밀한 연결성을 가지며, 따라서 과제의 1차년도, 2차년도, 3차년도에 순차적으로 진행될 예정이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 달의 광학 이미지와 SAR 이미지 및 고도 정보를 융합한 수치 표고 모델 구축 기법, 달의 광학 이미지 및 SAR 이미지의 해상도를 강화하는 영상 처리 기법 및 통계적 보간 기법, 생성된 달 지형 및 표면 지도를 기반으로 위험 요소를 자동으로 분석하는 기법 등의 핵심적인 요소 기술들을 확립하고자 한다. 또한, 확립된 알고리즘과 시뮬레이션을 기존 달 탐사를 통해 획득된 지형 모델 및 지형 분석 결과 등의 데이터, 다른 관련 시뮬레이션을 이용해 정밀도를 검증할 예정이다. 밑의 모식도는 본 연구의 전체적인 내용을 간단하게 표현한다.
 

 

본 연구를 통해 개발하는 달 표면 지형 모델 및 영상 구축 기술은 우리나라가 발사할 달 궤도선으로부터의 데이터를 이용한 착륙지 선정에 기초자료로 활용되어 달 탐사의 위험성을 최소화하는 연구의 밑거름이 될 수 있다. 달 탐사의 성공을 기반으로 우주 개발 범위가 행성 탐사, 심 우주 탐사 등으로 확장될 때에도 개발된 기술이 기반 기술로써 활용될 것을 기대할 수 있다. 또한 국내의 대학 인력이 주축이 되어 우주 탐사의 기반 기술을 연구함으로써, 이 과제를 통해 양성된 인력이 이후의 우주 탐사에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로, 선행 연구를 기반으로 과제가 목표로 하는 정도의 기술 수준을 확보한다면 아직 표준화되지 않은 수치 표고 모델 기술의 표준화에도 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구팀은 과제 진행 초반에 필요한 지식과 기술을 빠르게 습득하고 이후에도 과제를 성공적으로 수행해나가기 위해 행성 탐사 지도 제작 분야에서 세계적인 수준을 지닌 NASA (National Aeronautics and Space Administration) Ames research center의 IRG (Intelligent Robotics Group) 및 달 탐사 임무의 성공을 위해 관련 연구에 박차를 가하고 있는 KARI (Korea Aerospace Research Institute)의 달탐사임무팀과 협력 관계를 구축 중에 있다. 특히 미국 서부 현지 시간으로 9월 19일과 20일에 California 주 Mountain view에 위치한 NASA Ames research center에 방문하여 IRG와의 회의를 통해 본 연구팀이 제안한 연구 방향의 타당성을 검토했으며 질의응답을 통해 초기 연구 진행에 필요한 수준의 지식을 전수받는 시간을 가졌다. 또한 이후의 협력 내용 및 일정에 대해서도 논의하였다.

 

편집         현종민 [jmhyun08@kaist.ac.kr]