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히마와리 (기상위성)

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목차

1. 개요

히마와리(ひまわり)는 일본의 정지 기상 위성 시리즈로, 1977년 GMS-1을 시작으로 현재는 8호와 9호가 운용 중이다. 히마와리 위성은 일본 기상청이 주도하여 개발 및 운영하며, 지구 관측 기능을 강화하여 해상도와 관측 빈도를 높였다. 2023년에는 히마와리 10호 제작 계약이 체결되어 2028년 발사 및 2029년 운용 개시를 목표로 하고 있다. 히마와리 위성은 대한민국 기상청의 기상 예보에도 활용되며, 위성 관제는 민간 사업자에게 위탁된다.

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히마와리 (기상위성)
히마와리 기상 위성 정보
히마와리 8호가 촬영한 지구 사진
히마와리 8호가 촬영한 지구의 첫 번째 사진
종류기상 위성
운용 주체일본 기상청 (JMA)
위치정지 궤도 상공
경도동경 140.7도 (1977-1995), 동경 140.0도 (1995-2015), 동경 140.5도 (2015-)
임무 기간1977년 7월 14일 - 현재
국제 식별 부호 (COSPAR ID)1977-064A (GMS-1)
1981-075A (GMS-2)
1984-084A (GMS-3)
1989-061A (GMS-4)
1993-059A (GMS-5)
2014-059A (Himawari-8)
2016-090A (Himawari-9)
위성 제조사휴즈 항공 (Hughes Aircraft) (GMS-1 ~ GMS-5), 미쓰비시 전기 (Himawari-8, 9)
발사체델타, H-IIA
웹사이트기상 위성 센터
위성 목록
히마와리 1호 (GMS-1)발사일: 1977년 7월 14일
발사체: 델타 2914
상태: 운용 종료
히마와리 2호 (GMS-2)발사일: 1981년 8월 11일
발사체: 델타 3914
상태: 운용 종료
히마와리 3호 (GMS-3)발사일: 1984년 9월 3일
발사체: 델타 3914
상태: 운용 종료
히마와리 4호 (GMS-4)발사일: 1989년 9월 6일
발사체: 델타 II 6925
상태: 운용 종료
히마와리 5호 (GMS-5)발사일: 1995년 3월 18일
발사체: 델타 II 7925
상태: 운용 종료
히마와리 6호 (MTSAT-1)발사일: 1999년 11월 29일
발사체: H-IIA
상태: 발사 실패
히마와리 7호 (MTSAT-1R)발사일: 2005년 2월 18일
발사체: H-IIA
상태: 운용 종료
히마와리 8호발사일: 2014년 10월 7일
발사체: H-IIA
상태: 운용 중
히마와리 9호발사일: 2016년 11월 2일
발사체: H-IIA
상태: 운용 중

2. 역사

"히마와리"는 세계 기상 기구(WMO)와 국제 과학 회의(ICSU)가 공동으로 진행한 지구 대기 개발 계획(GARP)의 일환으로 시작되었다. 여기서 얻어진 기상 영상은 일본뿐만 아니라 촬영 지역 내의 다른 나라에도 제공하고 있다.

초기 히마와리 1호부터 5호까지는 '''GMS'''(Geostationary Meteorological Satellite)라는 정식 명칭을 가졌으며, 6호와 7호는 '''MTSAT'''(Multi-functional Transport Satellite)라는 운수 다목적 위성이었다.

GMS 시리즈는 미국의 정지 기상 위성 GOES-4 - GOES-7과 유사한 기종으로, NEC가 주 계약자로 개발을 담당하고, 휴즈(현재는 보잉 우주 시스템즈)가 제조했지만, 점차 관측 기기를 국산화했다.

MTSAT 시리즈는 예산 문제로 항공 교통 관제 위성에 함께 탑재되는 형태를 취했다. 슈퍼 301조의 적용을 받아, "히마와리 5호"의 후속인 '''운수 다목적 위성 1호''' ('''MTSAT-1''')는 미국의 스페이스 시스템즈/로라사로부터 완제품을 구매하게 되었다. 그러나 MTSAT-1을 탑재한 H-II 로켓 8호기가 발사에 실패하면서, 히마와리 5호는 설계 수명을 넘겨 관측을 계속했다. 이후 미국 해양대기청의 기상 위성 GOES-9에 의한 대체 운용이 시작되었다.

MTSAT-1의 대체기인 '''히마와리 6호'''(MTSAT-1R)는 2005년에 발사되어 기상 위성으로서의 운용을 GOES-9에서 인계받았다. 국산 위성이 된 '''히마와리 7호'''(MTSAT-2)는 2006년에 발사되어 히마와리 6호의 백업 체제를 갖추었다.

히마와리 8호와 9호는 해상도, 관측 빈도, 채널 수가 크게 늘어난 최신형 기상위성으로, '''정지 지구 환경 관측 위성'''이라고도 불린다.[19] 히마와리 8호는 2014년에 발사되어 2015년부터 운용을 시작했고, 히마와리 9호는 2016년에 발사되어 2017년에 대기 운용을 시작했다.

2018년에는 대한민국의 기상 위성 천리안의 주 컴퓨터가 일시 고장났을 때, 대한민국 기상청은 복구될 때까지 히마와리 영상을 사용하여 기상 예보를 실시하기도 했다.[20]

히마와리 6, 7호의 경비를 70% 부담하던 국토교통성 항공국이 계획에서 제외되면서 예산 문제가 발생하기도 했다. 결국 기상청은 단독으로 후속기를 발사하기로 결정하고, 2009년도 예산으로 770억엔을 요구했다.

미쓰비시 전기는 2023년 3월 히마와리 10호 제작 계약을 체결했다고 발표했다.[4] 히마와리 10호는 2028년에 발사될 예정이다.[5]

2. 1. 초기 GMS 시리즈

히마와리 1호부터 5호까지의 GMS 시리즈 위성 본체는 휴즈의 스핀 위성버스 HS-335 (GMS-1) 및 HS-378 (GMS-2 - GMS-5)에 관측 기기 및 통신 기기를 탑재한 것이다.

기본적으로 미국의 정지 기상 위성 GOES-4 - GOES-7과 유사한 기종으로, NEC가 주 계약자로서 개발을 담당하고, 주로 휴즈 (현재는 보잉 우주 시스템즈)가 제조했지만, 점차 관측 기기를 국산화해 왔다.

2. 2. MTSAT 시리즈

GMS 시리즈의 후속으로 계획된 것은 '''운수 다목적 위성'''(MTSAT)으로, 예산 문제로 항공 교통 관제 위성에 함께 탑재되는 형태를 취하고 있다. 슈퍼 301조의 적용을 받아, "히마와리 5호"의 후속이 될 '''운수 다목적 위성 1호''' ('''MTSAT-1''')는 미국의 스페이스 시스템즈/로라사로부터 완제품을 구매하게 되었다.

운수 다목적 위성 1호 (MTSAT-1)


하지만, MTSAT-1을 탑재한 H-II 로켓 8호기가 발사에 실패하면서, 히마와리 5호는 설계 수명인 5년을 넘겨 관측을 계속했다. 그러나 정지 궤도를 유지하기 위한 자세 제어용 연료가 부족해져 2003년 5월 22일부로 기상 위성으로서의 운용을 종료하고 미국 해양대기청의 기상 위성 GOES-9 (GOES 9호)에 의한 대체 운용이 시작되었다。기상청은 이 GOES-9의 애칭을 "'''퍼시픽 GOES'''"로 정했지만, "'''히마와리'''"만큼 널리 알려지지는 못했다.

히마와리 5호는 GOES-9에 의한 대체 기상 관측 업무 중, 지상에서 처리된 기상 데이터를 이용자에게 중계 송신하는 업무를 수행하기 위해, 후속기인 "히마와리 6호" 가동까지 그대로의 위치 (동경 140도)에 머물러야 했다. 한편 GOES-9는 알래스카 주페어뱅크스에 있는 위성 통신소를 사용하는 관계상, 일본에서 볼 때 동쪽에 가까운 동경 155도에 위치했다. 이는 위성 추적 시야 한계에 가깝지만, 기상청에서는 "관측에는 큰 지장이 없다"고 했다.

MTSAT-1의 대체기인 '''운수 다목적 위성 신 1호''' ('''MTSAT-1R''')는 2005년 2월 26일 H-IIA 로켓 7호기에 의해 발사되어, 3월 8일에는 무사히 정지 궤도에 진입했다. 국토교통성은 "히마와리 5호"의 후속으로 "'''히마와리 6호'''"로 명명했다。해당 기기는 영상 전송 테스트 등을 실시한 후, 2005년 6월 28일 정오부터 기상 위성으로서의 운용을 GOES-9에서 인계받았으며, 2006년 7월 6일부터 항공 교통 관제의 통신 업무의 운용을 시작했다. 기상 위성으로는 2010년 7월 1일까지 운용되었으며, 이후에는 히마와리 7호의 백업으로서의 대기 운용, 그리고 이미지 데이터의 중계 송신 업무를 수행하고 있다。

국산 위성이 된 '''운수 다목적 위성 신 2호''' ('''MTSAT-2''')는 2006년 2월 21일 H-IIA 로켓 9호기에 의해 발사되어, 2월 24일에 정지 궤도에 진입한 것이 확인되었으며, "'''히마와리 7호'''"로 명명되었다。2006년 9월 4일에는 정지 궤도상에서 기상 위성으로서의 대기 운용이 시작되어, 히마와리 6호의 백업 체제가 갖춰졌다. 2007년 9월에는 항공기의 항법 정보 제공을 시작했다. 2010년 7월 1일 정오부터 기상 위성으로서의 운용을 히마와리 6호로부터 인계받아, 기상 관측을 시작했다。후속기인 히마와리 8호의 운용이 2015년 7월 7일 오전 11시부터 시작되었기 때문에, 이후에는 대기 운용이 되고 있다.

2. 3. HIMAWARI 시리즈

히마와리 8호와 9호는 해상도, 관측 빈도, 채널 수가 크게 늘어난 최신형 기상위성이다. 이전의 히마와리 위성들에 비해 관측 밴드 수가 대폭 증가하여 '''정지 지구 환경 관측 위성'''이라고도 불린다.[19] 수명은 운용 8년, 대기 7년을 합쳐 총 15년으로, 히마와리 6, 7호의 10년(운용, 대기 모두 5년)보다 길다.

현재 운용 중인 히마와리 8·9호의 일러스트 이미지 (기상청 제공)


히마와리 8호는 2014년 10월 7일에 발사되어[17] 2015년 7월 7일부터 운용을 시작했다. 히마와리 9호는 2016년 11월 2일에 발사되어[18] 2017년 3월 10일에 대기 운용을 시작했다.[6]

2018년 2월 11일, 대한민국의 기상 위성 천리안의 주 컴퓨터가 일시 고장났을 때, 대한민국 기상청은 복구될 때까지 히마와리 영상을 사용하여 기상 예보를 실시하기도 했다.[20]

히마와리 6, 7호의 경비를 70% 부담하던 국토교통성 항공국이 계획에서 제외되면서 예산 문제가 발생하기도 했다. 이 때문에 다른 기관이나 민간 위성과의 동반 탑승, 위성 영상 유료화 등도 검토되었으나 모두 보류되었다. 결국 기상청은 단독으로 후속기를 발사하기로 결정하고, 2009년도 예산으로 770억엔을 요구했다. 기상청 단독 예산으로 기상 위성이 제작되는 것은 처음이었다.

미쓰비시 전기(Mitsubishi Electric)는 2023년 3월 히마와리 10호 제작 계약을 체결했다고 발표했다.[4] 히마와리 10호는 2028년에 발사될 예정이며,[5] 2029년 운용 개시를 목표로 하고 있다.[21]

3. 위성 목록

이름발사일 (UTC)사용 종료일발사체발사 장소위성 버스
GMS-1 (히마와리 1호)1977년 7월 14일1989년 6월 30일델타 2914케이프커내버럴 공군 기지HS-335
GMS-2 (히마와리 2호)1981년 8월 11일1987년 11월 20일N-II (N8F)다네가시마 우주 센터HS-378
GMS-3 (히마와리 3호)1984년 8월 3일1995년 6월 23일N-II (N13F)
GMS-4 (히마와리 4호)1989년 9월 6일2000년 2월 24일H-I (H20F)
GMS-5 (히마와리 5호)1995년 3월 18일2003년 5월 22일 본 운용 종료
2005년 7월 21일 대기 운용 종료		H-II (F3)
MTSAT-1 (미라이 1호)1999년 11월 15일발사 실패H-II (F8)다네가시마 우주 센터LS-1300
MTSAT-1R (히마와리 6호)2005년 2월 26일2010년 7월 1일 본 운용 종료
2015년 7월 7일 대기 운용 종료		H-IIA (F7)
MTSAT-2 (히마와리 7호)2006년 2월 18일2015년 7월 7일 본 운용 종료
2017년 3월 10일 대기 운용 종료		H-IIA (F9)DS2000
히마와리 8호2014년 10월 7일2022년 12월 13일 대기 운용H-IIA (F25)
히마와리 9호2016년 11월 2일운용 중[10] (2022년 12월 13일부터 본 운용 개시[11][12])H-IIA (F31)
히마와리 10호2028년 (예정)2045년 (예정)[3]H3


  • 히마와리 5호 (GMS-5)와 히마와리 6호 (MTSAT-1R) 사이의 관측 공백은 GOES-9 (퍼시픽 고어스)[14]가 담당했다.

4. 명칭 유래

"히마와리"라는 이름은 1호부터 7호까지는 애칭이었고, 8호부터는 정식 명칭으로 사용되고 있다. 우주개발사업단(NASDA)의 초기 위성들은 초대 이사장 시마 히데오의 뜻에 따라 꽃 이름을 붙였는데, 기상 위성 '히마와리'도 해바라기에서 이름을 따왔다.[15]

해바라기는 항상 태양을 향해 꽃을 피우고, 시간에 따라 태양을 따라가는 것으로 알려져 있다. 이러한 특성 때문에 항상 지구를 같은 방향에서 바라본다는 의미와 하루에 한 번 지구를 돈다는 의미를 담아 '히마와리'라는 애칭이 붙여졌다. 도쿄도 기요세시의 기상청 기상위성센터 앞 도로는 '히마와리 거리'로 불린다. 2015년 운용을 시작한 8호부터는 '히마와리'가 위성의 정식 명칭이 되었다.

MTSAT-1은 공모를 통해 '미라이'라는 애칭을 얻었지만, 발사에 실패하면서 사용되지 못했다.

5. 기술적 특징

히마와리 위성은 레이세온의 가시 적외선 주사 방사계(VISSR)와 ITT 인더스트리(현 Exelis)의 AHI(Advanced Himawari Imager) 등 관측 장비를 탑재하고 있다.[16] 위성은 지구와의 통신을 위해 다양한 주파수와 변조 방식을 활용하는 통신 장치를 갖추고 있으며, 이를 통해 관측 자료를 지상으로 전송한다.

5. 1. 관측 장비

레이세온의 가시 적외선 주사 방사계(VISSR)는 지구를 가시광선 및 적외선으로 촬영하는 광학 센서이다.[16] 위성의 자전에 의해 지구를 동서 방향으로 주사하면서, 반사경에 의해 남북 방향으로도 주사하여 지구의 반구 전체를 2,500개의 주사선으로 영상화한다. 필터를 사용하여 IR1, IR2, IR3을 각각 검출한다.

채널파장대센서
가시0.55 - 0.90umPMT(광전자 증배관), 포토 다이오드
적외선 110.5 - 11.5um수은 카드뮴 텔루르
적외선 211.5 - 12.5um
적외선 36.5 - 7.0um



현재 MTSAT에서 사용되는 광학 센서를 발전시킨 센서인 "AHI(Advanced Himawari Imager)"가 탑재된다. 이 센서는 미국의 정지 기상 위성용 관측 장치를 1994년 이후 독점 공급해 온 ITT 인더스트리(2011년 10월에 Exelis로 사명 변경)가 제조했다. 이 센서는 미국의 차기 기상 위성 GOES-R 시리즈에 탑재될 ABI(Advanced Baseline Imager)를 기본으로 하고 있다.

채널파장대 (um)분해능 (km)참고
10.43 - 0.481VIS_Blue
20.50 - 0.52VIS_Green
30.63 - 0.660.5VIS_Red MTSAT의 VIS 상당
40.85 - 0.871 
51.60 - 1.622
62.25 - 2.27
7MTSAT IR-4 상당
86.06 - 6.43WV_1 MTSAT IR-3 (WV) 상당
96.89 - 7.01WV_2 MTSAT IR-3 (WV) 상당
107.26 - 7.43
118.44 - 8.76SO2
129.54 - 9.72O3
1310.3 - 10.6IR1_1 MTSAT IR-1 상당
1411.1 - 11.3IR1_2 MTSAT IR1 상당
1511.5 - 12.5IR2 MTSAT IR-2 상당
1613.2 - 13.4


5. 2. 통신 장치

위성과 지구 간의 통신 장치는 다음과 같은 제원을 갖는다. 이 외에 삼점 측거, 원격 측정 등의 통신이 있다.

관측된 위성 영상은 기상 위성 통신소에서 S-VISSR용으로 늘린 후 위성으로 반송하여 위성에서 이용자에게 배포하는 형식으로 거의 지연 없이 배포되었다. 영상이 사용된 각종 분석은 기상 위성 센터에서 데이터 처리를 수행하고, 지상 회선으로 이용자에게 배포하는 동시에 히마와리의 통신 위성 기능을 이용하여 서비스 구역의 각국 이용자에게 배포했다.

통신 내용방향주파수변조 방식
VISSR하강1681.60MHzQPSK
S-VISSR상승2029.1MHzBPSK
하강1687.10MHz
WEFAX (LR-FAX)상승2033.00MHzAM/FM
하강1691.00MHz
DCPI상승468.875~468.924MHzPCM/PSK
하강2034.80~2035.00MHz
DCPR상승402.0~402.4MHz
하강1694.3~1694.7MHz


6. 운용 시스템

히마와리 위성은 육상에서는 TCP/IP 통신망을, 무선 통신은 상업용 통신 위성인 JCSAT-2 시리즈를 이용하여 데이터를 전송한다.[1] 지상 설비는 사이타마현 하토야마정에 있는 기상 위성 통신소와 홋카이도 에베츠시에 설치된 비상시 대체 시설인 부국이 있다.[22][23][24] 위성 운용 지시는 1일 최대 576회까지 가능하다.[22]

위성 관제(제어)는 PFI 방식을 통해 민간 사업자인 기상 위성 히마와리 운용 사업(HOPE)이 수행한다.[25][24]

통신 계통 제원은 다음과 같다.

통신 종류방향주파수참고
관측 데이터 (Raw Data)하강18.1 - 18.4GHz66Mbps (TBD)
DCS국제상승402.0 - 402.1MHz0.1 - 0.6kbps
국내402.1 - 402.4MHz0.3 - 0.6kbps
하강18.1 - 18.4GHz0.1 - 0.6kbps


6. 1. 데이터 전송

AHI 채널 수 증가로 인해 기술적 제약이 발생하여 히마와리를 통한 HRIT/LRIT 전송이 불가능해졌다. 이에 따라 2015년 7월 3일부터 새로운 데이터 전송 방식이 본격적으로 시작되었다. 육상에서는 TCP/IP 통신망을 사용하고, 무선 통신은 상업용 통신 위성인 JCSAT-2 시리즈를 이용하여 데이터를 전송한다.[1]

6. 2. 지상 설비

과거에는 송수신을 위한 지상 설비가 사이타마현 하토야마정에 있는 기상 위성 통신소 한 곳뿐이었지만, 태풍 등 악천후에 영향을 받기 어려운 홋카이도 에베츠시에 비상시 대체 시설이 될 부국을 처음으로 설치했다.[22][23][24] 위성 운용 지시 횟수는 지금까지 원칙적으로 1일 1회였지만, 2.5분 간격으로 최대 1일 576회로 즉응성이 강화되었다.[22]

경비 절감을 위해 위성 관제(제어)를 민간 사업자에게 위탁하는 PFI 방식이 도입되었고, 관제 업무는 특수 목적 회사인 기상 위성 히마와리 운용 사업(HOPE)이 수행한다.[25][24]

통신 계통의 제원은 다음과 같다.

통신 종류방향주파수참고
관측 데이터 (Raw Data)하강18.1 - 18.4GHz66Mbps (TBD)
DCS국제상승402.0 - 402.1MHz0.1 - 0.6kbps
국내402.1 - 402.4MHz0.3 - 0.6kbps
하강18.1 - 18.4GHz0.1 - 0.6kbps


참조

[1] 웹사이트 "Exchange of Letters constituting an Agreement between the Government of Australia and the Government of Japan concerning Co-operation on the Project for the Geostationary Meteorological Satellite-4 System ATS 28 of 1990” http://www3.austlii.[...] 2017-04-15
[2] 문서 Usually excluded from Himawari series
[3] 웹사이트 WMO OSCAR Details for Satellite Programme: Himawari 4th Generation https://space.oscar.[...] 2023-10-12
[4] 웹사이트 Mitsubishi Electric Wins New Japanese Meteorological Satellite Contract https://www.business[...] 2023-03-14
[5] 간행물 Status of Himawari-8/9 and their follow-on satellite Himawari-10 https://www.cgms-inf[...] 2023-04-26
[6] 보도자료 「ひまわり９号」の待機運用の開始について https://www.jma.go.j[...] 気象庁 2017-03-09
[7] 웹사이트 静止気象衛星　「ひまわり8号」から「ひまわり9号」にバトンタッチ https://tenki.jp/for[...] 日本気象協会 2022-12-13
[8] 웹사이트 ひまわり https://web.archive.[...]
[9] 문서 （ひまわり9号のバックアップ）
[10] 문서 （ひまわり8号のバックアップ）
[11] 웹사이트 気象衛星がバトンタッチ　ひまわり８号から９号に―気象庁 https://www.jiji.com[...] jiji.com
[12] 웹사이트 衛星観測は「ひまわり８号」から「ひまわり９号」へ https://www.jma.go.j[...] 気象庁
[13] 웹사이트 三菱電機が「ひまわり10号」受注　次期気象衛星 https://www.nikkei.c[...] 日経新聞
[14] 문서 1995年5月23日、ケープカナベラル空軍基地よりアトラスIロケット (AC-73)にち打ち上げ。2005年11月19日気象観測終了、2007年6月14日運用終了。
[15] 웹사이트 なぜ静止気象衛星（せいしきしょうえいせい）の愛称は「ひまわり」になっているの？ https://www.jma.go.j[...]
[16] 웹사이트 我が国における主な衛星・センサ一覧表,文部科学省 http://www.mext.go.j[...]
[17] 보도자료 Ｈ－ⅡＡロケット25号機による「ひまわり８号」の打上げ結果について https://www.jma.go.j[...] 気象庁 2014-10-07
[18] 보도자료 Ｈ－ⅡＡロケット31 号機による「ひまわり９号」の打上げ結果について https://www.jma.go.j[...] 気象庁 2016-11-02
[19] 보도자료 静止地球環境観測衛星「ひまわり8 号及び9 号」の紹介 https://www.data.jma[...] 気象衛星センター技術報告 2013-02
[20] 뉴스 よりによって五輪中にダウンとは…韓国の気象衛星故障し、日本の衛星に「ヘルプ！」 https://www.sankei.c[...] 2018-02-13
[21] 웹사이트 ひまわり10号について https://www.data.jma[...] 気象庁
[22] 뉴스 三菱電など、「ひまわり8号／9号」の地上設備の据え付け工事を完了 http://www.nikkan.co[...] 2013-10-08
[23] 뉴스 気象衛星「ひまわり」、江別で管制 台風少ない道内に副局設置 http://www.hokkaido-[...] 2013-10-08
[24] 보도자료 2015年予定の「ひまわり8号」運用開始に向けて 「ひまわり8号/9号」運用等事業 地上設備の現地工事完了のお知らせ http://www.sed.co.jp[...] 宇宙技術開発 2013-10-07
[25] 논문 ひまわり運用等事業について https://www.jma.go.j[...] 気象庁
[26] 문서 1988年3月末までは、高解像度FAX (HR-FAX) と区別するために使用されていた名称 (気象衛星資料利用の手引き 昭和63年3月 気象衛星センター) 。


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