유성 파열 통신

3. 역사

1929년 일본의 나가오카 한타로는 유성과 전파 전파 간의 상호 작용에 대한 최초의 직접적인 관찰을 보고했다.^[17] 1931년, 그린리프 피카드는 장거리 전파의 급증이 주요 유성우 시기에 발생한다는 것을 알아차렸다. 동시에, 벨 연구소의 연구원 A. M. 스켈렛은 야간 전파 전파를 개선하는 방법을 연구하고 있었으며, 많은 연구자들이 관찰한 특이 현상이 유성 때문이라고 제안했다. 이듬해 샤퍼와 굿달은 그 해의 사자자리 유성우 동안 대기가 교란되었다는 것을 언급하면서 스켈렛은 그 메커니즘이 유성 궤적의 전자로부터의 반사 또는 산란이라고 가정했다. 1944년, 런던에 떨어지는 V-2 미사일을 감지하기 위해 "위로 향하는" 레이더 시스템을 연구하는 동안 제임스 스탠리 헤이는 유성 궤적이 실제로 전파 신호를 반사한다는 것을 확인했다.

1946년 미국 연방 통신 위원회(FCC)는 VHF 라디오 신호의 향상과 개별 유성 간의 직접적인 상관 관계를 발견했다. 국립 표준국과 스탠퍼드 연구소가 1950년대 초에 수행한 연구는 이를 실제로 매체로 사용하는 데 제한적인 성공을 거두었다.

이 기술을 활용하려는 최초의 진지한 노력은 1950년대 초 캐나다 국방 연구 개발국에 의해 수행되었다. 그들의 프로젝트 "JANET"(양쪽을 모두 바라보는 야누스의 이름을 따서 명명됨)은 프린스앨버트 (서스캐처원 주)의 레이더 연구 기지에서 토론토까지 자기 테이프에 미리 녹음된 데이터의 버스트를 전송했으며, 그 거리는 2000km를 초과했다. 90MHz "반송파" 신호는 신호 강도의 갑작스러운 증가를 감시하여 유성을 신호로 보내 데이터의 버스트를 트리거했다. 이 시스템은 1952년부터 운영되었으며, 레이더 프로젝트가 1960년경에 종료될 때까지 유용한 통신을 제공했다.

• 1953년 유성 산란에 아마추어 무선가의 관심이 높아졌다.^[18]
• 1960년대 로켓으로 산화 알루미늄과 질산 세슘을 살포하여 반사파로 전파 정보를 얻는 실험이 미국 남서부에서 실시되어 1시간의 반사를 얻었다.^[19][20][21]
• 1969년 아마추어 무선국 JA5EMM등에 의해 유성 산란을 이용한 통신 방법을 제안. 일본을 남북으로 나누어 매분의 1 - 30초 송신, 31 - 0초 수신하는 것이었다.
• 1971년 8월 26일 가고시마 우주 센터에서 질산 세슘, 알루미늄 입자, 질산 나트륨 총 8.1kg이 K-9 M-33 로켓에 의해 고도 117km에, 또한 바륨이 고도 240km에 살포되었다. 광학 관측에서는 구름이 300초, 단파(HF)의 반사는 13분간 관측되었다.^[22]
• 1977년 8월 12일 아마추어 무선국 상호 (웨일스 GW4CQT - 우크라이나 UW6MA)에 의한 432 MHz에서의 3101km 통신^[18]
• 2001년부터 3년간, 남극 관측대에 의해 통신 실험이 실시되었다.^{[23][24][25][26]}
• 2006년 도쿄도립 항공 공업 고등 전문학교에 의한 유성 버스트 생성 분진 살포 위성 제안^[27][28]

4. 군사적 이용

유성 파열 통신은 도청이 어렵고 보안성이 높다는 장점 때문에 군사적 목적으로 활용된다. 북대서양 조약 기구(NATO)는 "COMET"(유성 파열 통신) 시스템을 통해 연합군 최고 사령부 유럽 본부와의 장거리 통신을 구축했다. COMET는 1965년에 가동되었으며, 네덜란드, 프랑스, 이탈리아, 서독, 영국, 노르웨이에 기지가 설치되었다. COMET는 연중 시간에 따라 초당 평균 115~310비트의 처리량을 유지했다.

1960년대 후반부터 위성 통신 시스템의 사용이 증가하면서 유성 파열 통신에 대한 관심은 줄어들었다. 그러나 1970년대 후반, 위성이 고위도나 신호 보안이 문제되는 지역에서는 생각만큼 유용하지 않다는 것이 분명해졌다. 미국 공군은 1970년대에 알래스카 항공 사령부 MBC 시스템을 설치했지만, 이 시스템이 여전히 작동하는지는 공개적으로 알려져 있지 않다.^[1]

최근 방위고등연구계획국(DARPA)의 자금 지원을 받아 Science Applications International Corporation에서 설치한 ''첨단 유성 파열 통신 시스템''(AMBCS)에 대한 연구가 진행되었다. AMBCS는 지구의 "전진" 방향으로, 하루 중 특정 시간에 하늘의 적절한 영역을 향하도록 위상 조향 안테나를 사용하여 평균 4kbit/s의 데이터 속도를 크게 향상시킬 수 있었다. 위성은 이론적으로 약 14배 더 큰 공칭 처리량을 가질 수 있지만 운영 비용이 훨씬 더 많이 든다.^[2]

실시간 조향을 사용하면 처리량을 더 늘릴 수 있다. 기본 개념은 후방 산란 신호를 사용하여 이온 궤적의 정확한 위치를 파악하고, 안테나를 해당 지점 또는 경우에 따라 여러 궤적으로 동시에 향하게 하는 것이다. 이렇게 하면 이득이 개선되어 데이터 속도가 크게 향상된다. 현재까지 이 접근 방식은 실험적으로 시도된 적이 없는 것으로 알려져 있다.^[3]

5. 과학적 이용

미국 농무부(USDA)는 40년 이상 유성 파열 통신을 SNOTEL 시스템에 광범위하게 사용했지만, 2023년에 이 사용을 중단했다. 미국 서부 지역의 900개 이상의 적설 수분 함량 측정소에는 유성 파열 통신을 사용하여 측정값을 데이터 센터로 전송하는 무선 송신기가 장착되어 있었다.^[4][5]

텔레메트리 수집 시스템은 오키노토리 섬의 기상 관측^[11], 미국의 SNOTEL^[12] 기상 데이터 수집 시스템 등 다수의 구축 사례가 있다.^[13]

6. 아마추어 무선 이용

6. 1. 프로토콜

7. 기술적 과제 및 전망

유성 파열 통신은 전송 지연이 발생하고 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않다는 단점이 있다.^[9] 또한, 짧은 시간이지만 100W 정도의 비교적 큰 송신 출력이 필요한 경우가 있다.

사용 주파수는 유성과 관련된 반사 효율 때문에 40-50 MHz가 선택되는 경우가 많다. 아마추어 무선에서는 50 MHz 대역에서 이루어지는 경우가 많다. 유럽의 아마추어 무선에서 144 MHz를 주로 사용하는 것은 주파수 규제와 역사적인 이유 때문이다.^[10]

디지털 신호를 사용하는 경우에는 반사를 이용할 수 있는 시간이 짧기 때문에 월면 반사 통신과 마찬가지로 신호 처리 소프트웨어에 대한 연구가 필요하다.^[14][15]

High Speed Meteor Scatter(HSMS)로서 SSB 음성 또는 고속의 모스 부호 통신 HS-(CW)이 이루어졌으며, 유럽에서는 144 MHz 대역의 HS-CW가 활발했던 시기가 있었다.^[10] 그 후 K1JT에 의해 개발된 WSJT 소프트웨어의 보급으로 북미에서 디지털 신호 교신이 주류가 되었다.^[16]

참조

_[1] 간행물 Meteor scatter communication: A new understanding Wiley, New York 1993
_[2] 논문 Development of MBC System Using Software Modem 2000-06
_[3] 웹사이트 ITU - The Meteor Burst Communication Network System http://www.itu.int/I[...]
_[4] 웹사이트 Telemetry and Data Transmission https://www.nrcs.usd[...] 2024-08-19
_[5] 웹사이트 Automated Snow Monitoring https://www.nrcs.usd[...] 2024-08-19
_[6] 문서 スポラディックE層の発生原因が流星であるという説があるが現在広い支持は得ていない。
_[7] 웹사이트 中村卓司の研究紹介 https://web.archive.[...] 2008-11-04
_[8] 웹사이트 What is 流星バースト通信？ https://web.archive.[...] 2008-11-04
_[9] 웹사이트 流星バースト通信 https://web.archive.[...] ハイテクリサーチ株式会社 2008-11-04
_[10] 웹사이트 高速CWによる流星散乱通信の概要 http://jf3mxu.g-7.ne[...]
_[11] 웹사이트 沖ノ鳥島の気象観測 http://hightech-rese[...]
_[12] 웹사이트 NRCS National Water and Climate Center | SNOTEL Data & Products http://www.wcc.nrcs.[...]
_[13] 웹사이트 沼津高専 長澤研究室 http://www2.denshi.n[...]
_[14] 웹사이트 オンライン・ソフトウェア集 http://www.cqpub.co.[...]
_[15] 웹사이트 WSJT - FSK Meteorscatter by K1JT http://www.vhfdx.de/[...]
_[16] 뉴스 Digital Meteor Scatter Equals Maximum Fun 2007-04
_[17] 웹사이트 METEOR BURST COMMUNICATIONS: AN ADDITIONAL MEANS OF LONG-HAUL COMMUNICATIONS http://www.globalsec[...]
_[18] 웹사이트 Meteor Scatter http://www.astrosurf[...]
_[19] 서적 Body of Secrets: Anatomy of the Ultra-Secret National Security Agency
_[20] 문서 初めて人工電子雲がロケットで作成されたのは米国の[[1956年]]の実験による（ http://www.dtic.mil/[...]
_[21] 문서 1960年代にはカナダでも硝酸セシウム散布が''7 inch HARP gun''ロケットシステムで行われた（ http://www.astronaut[...]
_[22] 논문 搭載用セシウム雲発生弾の開発とそのロケット実験 (宇宙科学研究(特集)) http://id.nii.ac.jp/[...] 東京大学宇宙航空研究所 1972-03
_[23] 논문 南極における流星バースト通信実験 電子情報通信学会 2004-01
_[24] 논문 南極における流星バースト通信を用いたデータ伝送実験について 電子情報通信学会 2004-01
_[25] 논문 トーン信号伝送による南極大陸の流星バースト通信路の観測実験について 電子情報通信学会 2004-01
_[26] 논문 第45次南極地域観測隊における流星バースト通信によるデータ伝送実験 https://hdl.handle.n[...] 電子情報通信学会 2007-02
_[27] 웹사이트 流星バースト生成粉塵散布衛星の提案 https://web.archive.[...]
_[28] 문서 スペースシャトルSTS-60、STS-63ではODERACS実験で直径2・4・6インチのアルミニウム球と1.74および5.255インチの金属ワイヤが地上のHaystack X-bandレーダー校正のためヒッチハイカー装置から放出されたが再突入の観測は行われていない。
_[29] 간행물 Meteor scatter communication: A new understanding Wiley, New York 1993