위성 운영자들은 어떤 시뮬레이션을 활용하고 있는가?

1. 위성 운영에서 시뮬레이션이 필요한 이유

위성 운영은 단순히 궤도에 올려진 장비를 통제하는 수준을 넘어선다. 고도 500km 이상의 저궤도부터 수천 킬로미터 상공의 정지궤도까지 다양한 환경에서 위성을 안정적으로 운영하려면, 수많은 물리적 변수와 돌발 상황을 예측해야 한다. 위성 운영자들은 단순한 통제 시스템만으로는 이 모든 변수에 대응할 수 없기 때문에, 고도화된 시뮬레이션 시스템을 통해 사전에 다양한 시나리오를 검증하고, 실제 운영 중에 발생할 수 있는 문제를 사전에 예측하는 전략을 채택하고 있다. 예를 들어, 태양 활동 증가로 인한 대기 팽창 현상이나, 다른 위성과의 충돌 가능성, 안테나 조준 불일치 등의 문제는 시뮬레이션 없이는 사후 대응이 불가능하다. 또한 위성은 1분의 장애가 수억 원의 피해로 이어질 수 있기 때문에, 위성 운영자는 시뮬레이션을 통해 리스크를 최소화하고, 운용 효율을 극대화하는 전략을 필수적으로 마련하고 있다.

---

 

 

 

 

2. 궤도 예측 및 충돌 회피 시뮬레이션

 

위성 운영자들이 자주 활용하는 시뮬레이션 중 하나는 궤도 예측 및 충돌 회피 관련 시뮬레이션이다. 우주 공간은 광활해 보이지만, 특히 저궤도(LEO)는 수천 개의 인공위성과 우주 파편으로 포화 상태에 가까워지고 있다. 이에 따라, 위성 간 충돌 사고를 방지하기 위해 'SSA(Space Situational Awareness)' 시스템이 도입되었으며, 이와 연동된 시뮬레이션 도구가 개발되었다. 운영자는 특정 시간 간격으로 모든 근접 객체와의 상대 속도, 접근 각도, 충돌 확률 등을 시뮬레이션하여 궤도 조정 필요 여부를 판단한다. 대표적으로 사용되는 시뮬레이션 툴에는 AGI의 STK(Systems Tool Kit), NASA의 GMAT(General Mission Analysis Tool), ESA의 DRAMA(Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis) 등이 있다. 이들 도구는 실시간 위치 데이터를 입력받아 위성의 궤적을 수천 가지 시나리오로 예측하며, 필요한 경우 충돌 회피 기동(Conjunction Avoidance Maneuver)을 자동 계산하여 제시한다. 이러한 예측 기능은 대부분 고정된 궤도만 아니라 위성 추진기 가동 시의 궤도 변화까지 반영할 수 있어, 현실적인 시뮬레이션이 가능하다.

---

3. 탑재체 운용 및 통신 링크 안정화 시뮬레이션

위성 운영자들은 궤도만 아니라, 탑재체(페이로드) 운용과 지상국과의 통신 안정성 확보를 위한 시뮬레이션도 수행한다. 위성의 임무는 대부분 특정 지역 관측, 통신 중계, 전파 측정 등의 페이로드 수행에 달려 있기 때문에, 이와 관련된 시뮬레이션이 중요하다. 예를 들어, 광학 관측 위성의 경우 태양광 반사나 구름으로 인한 관측 품질 저하를 방지하기 위해 시점별 태양 고도, 지구 반사율, 카메라 노출 시간 등을 시뮬레이션한다. 또한 위성과 지상국 간 통신을 위한 링크 마친(Link Margin) 시뮬레이션도 핵심 요소이다. 통신 신호는 대기 흡수, 우주 전파 간섭, 궤도 기울기 등 다양한 원인으로 약화하기 때문에, 위성 운영자는 사전에 각 상황에 따른 링크 성능을 시뮬레이션하고, 최적의 송신 전력과 안테나 방향을 결정한다. 특히 GEO(정지궤도) 위성의 경우 동일한 위치에서 장기간 운영되므로, 계절별 기상 변화까지 반영한 시뮬레이션이 필수적이다. 이를 통해 지상국 간의 핸드오프 계획, 통신 시간 확보, 데이터 전송률 최적화 등의 전략이 구체화한다.

---

4. 장기 임무 분석 및 위성 수명 예측 시뮬레이션

위성 운영은 발사 직후 몇 달간의 초기 운용 단계뿐 아니라, 수년에서 수십 년에 걸친 장기적인 계획이 필요하다. 따라서 위성 운영자들은 장기 임무 분석과 수명 예측을 위한 시뮬레이션도 필수적으로 활용한다. 이러한 시뮬레이션은 위성의 전력 시스템, 열 제어 시스템, 추진 시스템의 열화 패턴을 반영하여 시간이 지날수록 발생할 수 있는 성능 저하를 예측한다. 예를 들어, 태양광 패널의 발전 효율은 수년이 지나면 서서히 감소하며, 이에 따라 위성의 전체 시스템 가용 전력이 감소하게 된다. 이를 예측하지 못하면 탑재체가 갑작스럽게 작동 불능 상태에 빠질 수 있다. 또한 추진 연료의 소모량 시뮬레이션을 통해, 위성이 언제까지 궤도 유지가 가능한지를 판단할 수 있다. 이 외에도 우주 방사선 환경 시뮬레이션은 위성의 전자기기 고장 가능성을 예측하며, 이는 위성 유지보수 계획 수립에 직접 활용된다. 이러한 장기 시뮬레이션 결과는 단지 기술적인 목적만 아니라, 보험 계약, 미션 연장 결정, 폐기 궤도 이행 시점 판단 등 정책적 의사결정에도 활용된다.