밑에 우주레이저 이야기 하다가 나온 이야기인데, 마치 우주 적외선 관측을 하면 바로 적이 어디있는지 스캔이 가능한 것처럼 이야기를 하는 오류가 많아서 정정해줌.
1. 우주적외선 관측의 문제점
우주적외선 관측의 문제점은 하나의 카메라로 찍을 수 있는 적외선 영역의 크기가 매우 작다는거다.
우리가 천구라 부르는 천체영역의 넓이는 41,252 평방도(square degree, deg^2)로 계산되는데 이는 좀 쉽게 설명해서 우주의 모든 천체가 여기 안에 다 들어간다고 보면 된다.(물론 깊게 들어가면 좀 다르긴 한데 나도 설명할 능력은 부족하다.)
그러면 이 우주 전체를 관측하는데 그럼 어떤 카메라로 어떻게 사진을 찍는가? 우리가 보는 적외선 망원경의 적외선 사진은 동영상처럼 쭉 이동하면서 찍는 게 아니라 사진한번 찍고 > 옮겨서 또 찍고 > 또 옮겨서 또 찍는 과정을 반복한다. 이런 사진들을 붙이고 붙여서 거대한 한장의 사진을 만드는거다.
그럼 한장당 사진이 얼마나 크게 확인이 가능한지가 중요한데, 이를 POV로 칭하며 이 POV가 넓을수록 한 장의 사진에 많은 영역을 담을 수 있다.
현재 소행성 탐사프로젝트 중 근지구관측 프로젝트(NEOO)에 활용하는 천체망원경의 시야각 정보는 다음과 같은 링크글에서 확인 가능하다.
그중 제일 성과가 좋은 CSS 프로그램의 탐사전용망원경의 스펙을 보면
1) 레몬산 천문대 망원경 : 5평방도의 시야각, 하루에 1000평방도를 관측
2) 비글로우산 망원경 : 슈미트 망원경(광각 망원경으로 인식하면 됨)으로 19.5평방도의 시야각, 하루에 4000평방도를 관측
즉 가장 광각망원경이 19.5 평방도 수준이고 이런 광각망원경으로 하루에 관찰할 수 있는 평방도는 4000평방도이다.
내 뒤쪽으론 적이 안 온다고 가정하고 하루죙일 망원경(그것도 0.7미터짜리)으로 찍어서 고작 4000평방도를 찍는데 내 뒤쪽 포기하고 전방 반구 20000평방도를 언제 스캔하는가? 만약 계속해서 사진을 실시간으로 찍는다고 계산하면 20000평방도를 커버하기 위해선 19.5도 평방도 망원경을(직경 0.7미터짜리) 1000개 설치해야하는데 망원경 렌즈 직경 면적만 하더라도 700미터다.
그러니까 컴샛 스테이션처럼 찍으면 나오는게 아니라 찍고 움직여서 또 찍고 찍고 찍고 이걸 무한반복해서 천체을 관측한다. 집광렌즈와 CCD의 크기 등으로 인해 현재 쓰이고 있는 기술이 이정도다.
2. 우주적외선 망원경이라면 어떨까??
들어보니까 뭐 제임스 웹 망원경 이야기를 하면서 뭔가 우주망원경이 성능이 좋은거 같아서 이거로는 뭔가 해결이 가능한가 싶겠지만, 사실 우주 적외선 망원경도 쉽지 않다.
지구 소행성 접근을 확인하기 위해 NASA에서 2027년에 쏘아올릴 NEO Surveyor 인공위성이란게 있는데 이게 바로 소행성 탐색을 위한 제임스웹 망원경으로 보면 된다. 제임스웹 망원경과 똑같이 라그랑주점(물론 위치는 다르지만) 위에 띄워놓고 외부에서 지구 궤도로 침범하는 소행성을 찾기 위한 적외선 망원경을 장착한 위성이다.
이 위성에 장착될 적외선 망원경이 NEOcam 인데, 이 NEOCAM 의 스펙은 다음과 같다.
보면 시야각(FOV)는 11.56 평방도, 해상도는 2048 × 2048, 그리고 천체관측영역(sky coverage)는 4500 평방도/하루다.
이 적외선 망원경의 직경(Aperture size)가 50cm인것을 고려해보면 50cm 망원경으로 하루 관측가능한 평방도가 4500이라고 보면 되고, 만약 전면 반구인 20000평방도를 커버하려면 5일을 내내 찍어야 영역 커버가 된다. 실시간 감시를 위해선 11.56 평방도의 50cm 카메라를 1730개 달아야 하고 망원경 직경만 865
m 가 된다. 이게 가능한가?
물론 미래기술이 발전하면 모르겠는데(실제로 나사쪽에서 빠르게 광역스캔하는 기술을 개발중으로 안다) 태양빛을 받아서 가열된 지름 100m 이하의 소행성을 충돌 3주전(충돌 3주전이다. 저 멀리서 감지하는게 아니라 충돌 3주전.) 감지한다는 현재 ATLAS 프로그램을 봐도 이게 실시간으로 빠르게 레이저포를 쏠지 말지 결정하는데 과연 사용할수 있냐는 미지수다.
3. 결론
현재 개발중인 기술로도 실시간 적외선 스캔은 불가하고, 겨우 12~20평방도로 사진을 찍어서 확인하는 과정을 거쳐야 한다. 이건 우주의 범위에 대한 문제고, 단순히 적외선으로 감지가능한 것을 찾는게 되는게 아니라 기본적인 광학과 CCD의 조합 문제이다.
실제로 개발중인 최첨단 적외선 망원경(50cm)의 목표가 140m 미만의 소행성 75퍼센트를 '5년내에' 찾고 90퍼센트를 '10년내에' 찾는게 목표다.
그래서 적외선으로 전방위 감시를 한다는 건 현 기술수준으로(가까운 근미래에도) 쉽지 않다.
- dc official App
소행성은 애초에 온도가 우주랑 비슷해서 탐지가 힘들다니까..... - dc App
소행성도 열 뿜뿜 했으면 탐지 존나 쉽지 - dc App
열뿜뿜이 중요헌게 아니라 전방 스캔시간이 오래걸린다는 이야기임... 우주전함이 열뿜뿜을 할지 안할지도 모르고 소행성이 태양빛을 받아 온도가 올라가는 것도 가정해야지. - dc App
적외선 망원경으로 영역 스캔(레이더로 치면 탐지레이더)을 해야 열을 뿜던 뭘 하던 찾는데 그 스캔이 현재 기술로 굉장히 어렵다는거야. - dc App
저 pov는 상이 깨끗해야 하는 망원경이라 생기는 문제 아닐까? 센서 앞에 어안렌즈처럼 상의 왜곡은 있어도 시야각은 극적으로 넓혀주는 렌즈를 끼우면 pov도 꽤 넓힐 수 있을거고, 상의 위치로 물체의 위치를 역산할 수 있으니 무언가 반응이 있으면 그 때 상의 왜곡이 없는 센서를 이용해서 탐색할 수 있을 거 같은데. 탐지레이더랑 추적레이더처럼 분리 운용하면.
것보다 먼거리에서 들어오는 '빛'이 너무 감쇠가 심한게 원인임. 말한것처럼 스캔식으로 시야각이 넓은 망원경이 대략 20~30 제곱도 수준임. 결국 빛이 충분해야 사진이 잘 찍히는데 너무 멀면 노출시간을 늘릴 수 밖에 없음. - dc App
마 촬영시간은 노출시간따라 달라지는거고..레이저 선원같은건 밝은거라 노출 길게 줄 필요가 없음.그리고 구경크다고 빠른게 아니에여. 오히려 구경크면 초점거리도 늘어나서 fov가 줄어듬. 애초에 색적 용은 광시야카메라로 긁으면 됨. 긁다가 뭐밝은거 튀어나오면 그때 거기다 고배율 카메라를 갖다대든 뭘하든 하는거고..
레이저가 아니라 적 함정을 적외선으로 찾아야 한다니까 하는 이야기임. 함정이 추진기관 작동 안하고 관성항해 하는 도중이면 다른 열원이랑 비교가 어렵단것임. - dc App
또 제대로 알지도 못하고 헛소리 시작하는데, 심우주나 소행성 목록화를 위한 관측과 접근 물체 관측을 구분하지 않으니 이런 소리를 하고 있네.
ATLAS같은 경우, 광시야각 망원경으로 하늘 전체를 스캔해서 그 중 배경천체 대비 빠르게 이동하는 물체를 골라내는 방식으로 지구 접근 천체를 경보한다. 이 방식으로 얻을 수 있는 탐지거리는 최대 4,000만km(1/4AU)의 100m급 소행성 혹은 400만km의 10m급 소행성 정도 된다. 이런 경보체계가 광역 스캔 정보를 제공한다면, 이후 협시야각 망원경이 목표를 스캔해서 정밀추적 및 식별정보를 획득할 수 있고.
아틀라스도 관측 가능한 부분(북반구)의 하루동안 1/4면적을 4대로 훑는건데 놓치는것도 꽤 있어서 빠르기나 정확도나 레이더로 방공하는 수준은 아님
대형 망원경을 여러개 설치해서 하늘을 훑는데도 이정도니까 행성, 위성 수준이 아니라 우주선 수준에서는 상대를 찾는게 엄청나게 제한되지
공부좀 하시고 이야기합시다. ATLAS 카메라 스펙 올려드려요? 그냥 스캔이라 하니까 실시간 스캔으로 아시네...쩝. 하룻밤 내내 하루 20000 제곱각 만큼 서칭한다는 의미임. 24시간 감시란것도 전 구역을 실시간으로 검색한다는게 아니라 FOV 30 제곱각만큼 30초씩 계속 움직여서 사진찍은 다음 합쳐서 변동한 천체가 있는지 마지막에 합성한다고. 이게 무슨 레이더 대신 쓸수 있는 열영상임? - dc App
그렇게 천구 영역 찍고 나서 차이점 발생하는거 확인해서 차이점 나는 것들에 대해서 확인이 되야 각각의 변동점에 대해서 자세한 스펙의 상세 카메라를 들이밀지... 이게 어떻게 레이더를 대체할만큼 즉응성이 있음? - dc App
초장거리 교전이라는 모호한 단어를 떠올릴때, 대체 어느정도의 거리를 염두에 두고 이런 과격한 주장을 당당하게 던지는건지 모르겠는데 당연히 지구-달 간 거리를 넘어서는 물체를 탐지하고 식별하는 문제에선 상대도 나를 향해 다가오는데 짧게는 며칠, 길게는 몇십일 이상이 걸리므로 수십rpm으로 전체 영역을 "탐색"하는 센서가 필요한게 아니지.
아니 이보세요 그니까 연속해서 정보를 얻는 레이더 두고 IRST로 적 색적하겠다는 헛소리를 하니까 이야기를 하잖습니까. 님이 지식이 딸리시면 인정하고 넘어가시면 되지 왜 헛소리를 하세요? ATLAS 스펙시트까지 다 확인하고 이야기 하는건데 뭔;; - dc App
천문관측범위 정도로 멀리 있는 걸 찍을 때 그렇다는 것
내 생각에는 촬영 대상과 요구되는 사진의 품질 특성이 다른것을 고려해야 될거 같은데, 일단 탐지 거리가 너무 다를거 같고, 적외선 특성, 그리고 적성국과 탄도를 그리고 날아올때 방향이나 각도가 제한적이어서 유성 탐사와는 비교가 적절하지 않은거 같은데.. 당장 탄도 미사일 발사를 감시하는 위성만 해도 거의 실시간으로 발사를 탐지하잖아..
ㅇㅇ 그래서 우주라고 탐지거리가 무한대로 늘진 못하고 천키로~만키로 사이가 될 가능성이 높다는게 주장입니다. - dc App
우주에서 각잡고 숨으면 찾는거 빡세다니까 그러네 당연히 처박을라고 날아오면 들키겠지마는
이분은 어디서 정보는 잘만 찾아서 가져오는데 왜이렇게 구분이랑 적용을 못하시는지 깝깝하네요
탐색 대상의 특성이 다른데 기존 방식을 일률적으로 대입해서 안된다고 하고 있으니. 소행성이랑 우주선이랑 운동궤적이나 특성이 똑같음?
휴... 이해를 전혀 못하신거 같은데 이동속도 이동 패턴 이런게 아니라 그냥 멀리서 오는지 마는지 어느방향에서 오는지 기본적인 확인이 안된다니까? 그리고 그 함선이 엔진 가동해서 가속중이 아니고(=관성항행) 알베도 낮은 함선이면 관측에 더 오래 걸린다니까? 그래서 레이더가 더 나은 색적방식인데 레이더 또한 역제곱 법칙에 따른 감쇠로 초장거리 탐색에 제한이 생긴다는 이야기 자체를 이해를 못하시네. 결국 교전거리는 1천키로, 많아도 수천키로 정도로 제한되고 이 경우라면 회절과 감쇠로 파괴력이 거리에 따라 떡락하는 광학병기보단 운동에너지나 파괴력은 거리와 상관없는 우주 미사일이나 질량병기가 더 유리할수도 있단 이야기에요...예? - dc App
찾기 힘들다는것 이거는 레이저나 미사일 선택 이전의 팩트임 이거는 전제로 두고 얘기해야함 그다음 나는 좀 생각이 다른게 발견이 힘든만큼 다시 놓치기 전에 즉응성 빠른 광학무기를 쓰는게 주가 될거라고 생각함 광학,입자무기들은 현재의 레이저 이상의 밀집도,정밀도를 가지도록 연구중인것도 있음 지금이야 어렵지만 가능성 자체는 확인됏다고 봐야지 당연히 물리적 미사일같은게 쓰일수는 있는데 지금 발전상을 생각하면 단순한 자폭 폭탄이 아니라 색적과 경보를 해주는 정찰드론 수준의 물건을 쓸것이고 그다음에 광학무기가 쓰일거라고 추측함 이런 부분은 물리적 팩트가 아니니까 발전상 따라서 달라지겠지만 말야
예를들어 공격이 확인되는 순간 적 우주선은 연막치고 날아오는 미사일에 대해 힛투킬로 대응해버리면 그만임 그럼 공격과 동시에 데미지를 주는 에너지 무기계열이 데미지가 적더라도 상당히 효과가 좋음 대기도 없고 말이지
그리고 서로 궤도가 비슷하지 않으면 상대를 따라가기 위해 미사일에 필요한 에너지와 시간이 엄청나다는 점에서 미사일로 요격이 주가 되기는 어려울거
암튼 지식이 늘었다
FOV하고 광학계의 직경(aperature)는 1:1 대응되는 것이 아닌 것 같습니다. 이론적으로 초점 거리르 매우 짧게하면 FOV를 늘리는 것이 그렇게 힘들지 않고, 센서의 크기가 FOV에 더 큰 한계가 될 것 같네요. 그리고 과학용으로 설계된 망원경의 스캐닝 속도를 비교하는 것이 그렇게 좋지 않은 것 같습니다. 언급하신 NEO Surveyor는 이미징 방식이 연속적으로 이루어지는 것이 아니라, 이미지를 촬영하고, 다시 이동하는 방식입니다. 과학적인 목적이 아니라 조기경보와 같은 군사적인 목적으로 하면 천구 전체를 촬영하는 속도를 더 빠르게 가능할 것 같습니다. 또한, 이러한 위성을 마련한다면 위성 한개가 아니라 여러개를 마련해서 동시에 모니터링 하는 방식을 쓰면 업데이트 속도가 더 빨라집니다.
해외에서 이러한 비슷한 토론에서 가상의 구경 2m 망원경을 제시했는데, 초점비는 f/2, FOV가 0.8도 정도 되는 망원경에서도 천구 전체를 스캐닝하는데 대략적으로 1시간 정도 걸린다는 계산을 했습니다. 이 성능만 해도 우주왕복선의 보조 추력기를 명왕성에서 감지가 가능할 정도이라는 결론을 내렸습니다. 이러한 점을 고려하면 적외선으로 우주선을 감지하는 것은 매우 쉬운 편입니다.
https://groups.google.com/g/rec.arts.sf.science/c/-E6r2F8rgnQ/m/Ueui6xzQ9FQJ
언급하신 NEO Surveyor 는 Step and stare 스캐닝 방식을 사용하는데, 이는 신속한 스캐닝 속도에 최적화된 방식이 아닙니다. 이는 한 구역씩 촬영하는 방식이지 연속적으로 스캐닝하는 방식이 아닙니다. 사실 속도에 최적화 된 방식은 push-whisk 나 push-broom인데 이는 지구를 관측하는 위성에 흔히 사용되고 있습니다. 예를 들자면 HyspIRI mission (지구를 IR로 촬영하는 방식) 제안에서의 스캐닝 방식은 51도 정도 되는 각도를 2.1초마다 관측할 수 있습니다. 거울이 일정한 속도로 회전하면서 넓은 각도를 빠르게 커버할 수 있습니다.
https://phytir.jpl.nasa.gov/scanning-approach
NEO Surveyor는 사실 민감도가 더 중요하지 빠르게 스캐닝을 할 필요성은 적은 미션이라서 스캐닝 방식이 속도에 특화되지 않은점을 고려하지 않은 것 같습니다. 차라리 지구 관측에서 빠른 속도를 위하여 사용되는 스캐닝 방식이 이 목적에 더 부합합니다.