월면 반사통신
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1. 개요
월면 반사통신(EME)은 달을 수동 위성으로 활용하여 전파를 반사시켜 통신하는 기술이다. 1940년대에 아이디어가 제안되었고, 2차 세계 대전 이후 미국과 헝가리에서 실험에 성공했다. 통신 위성의 등장으로 쇠퇴했지만, 아마추어 무선사들이 취미로 활용하며 기술을 이어가고 있다. EME 통신은 낮은 반사율과 경로 손실로 인해 고출력 송신기, 고감도 수신기, 고이득 안테나가 필요하며, CW, JT65, SSB 등의 전파 형식이 사용된다. 최근에는 디지털 신호 처리 기술 발전으로 소출력으로도 통신이 가능해졌으며, 예술 분야에서도 활용되고 있다.
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| 월면 반사통신 | |
|---|---|
| 월면 반사 통신 | |
 | |
| 다른 이름 | 달 반사 통신 문바운스 |
| 개요 | |
| 유형 | 무선 통신 |
| 반사체 | 달 |
| 주파수 | 144 MHz 이상 |
| 신호 손실 | 250~300 dB |
| 역사 | |
| 최초 시도 | 1946년 |
| 최초 성공 | 미국 육군, 1954년 |
| 장비 | |
| 안테나 | 고이득 안테나 (예: 파라볼라 반사 안테나, 배열 안테나) |
| 송신기 | 고출력 송신기 (100W 이상) |
| 수신기 | 저잡음 수신기 |
| 아마추어 무선 | |
| 대중화 | 1960년대 |
| 일반적인 모드 | CW, SSB, 디지털 모드 |
| 장점 | 장거리 통신 가능, 지구 반대편과 통신 가능 |
| 단점 | 높은 장비 비용, 복잡한 설정, 상당한 기술적 전문성 필요 |
| 기타 | |
| 활용 분야 | 아마추어 무선, 과학 연구, 군사 통신 |
2. 역사
달을 수동 소자 통신 위성으로 사용하는 아이디어는 1940년 영국 General Post Office의 W.J. 브레이에 의해 제안되었다.[1] 1943년 독일에서 달에서 반사된 레이더 신호를 수신했다.[2]
제2차 세계 대전 이후, 레이더파를 달에 반사시켜 통신 및 전파 천문학에 활용하기 위한 기술이 개발되었다. 1946년 1월 10일, 미국 뉴저지주 포트 먼머스에서 존 H. 드윗이 이끄는 프로젝트 다이애나 팀이 최초로 달에 레이더파를 반사시켜 EME 통신의 가능성을 입증했다.[3] 1946년 2월 6일, 헝가리의 졸탄 베이가 이끄는 팀이 두 번째로 성공적인 실험을 수행했다.[4]
1928년 미국 해군 연구소(NRL)에서 월면 반사 에코 감지 시도를 했다.[8] 1946년 3월 미국 육군 신호 군단이 레이더의 월면 반사파를 확인했다.(111.5MHz, 3kW, 24dB 안테나 사용) [9] 1951년 10월 21일, NRL은 메릴랜드주 스탬프넥의 지형 고정 67 × 80m 타원 포물면에서 198MHz로 10마이크로초 펄스를 750W로 송신했다. 수신은 레이더 안테나로 이루어졌으며, 예상보다 수신 펄스 변형이 작아 달의 1/10 직경 범위(직경 338km)에서만 반사로 추정되었다.[8]
제2차 세계 대전 이후, 통신 달 중계 프로젝트는 하와이 진주만 해군 기지와 미국 해군 본부 워싱턴 D.C. 사이의 텔레프린터 링크를 포함하여 더 실용적인 용도로 이어졌다.[4] 1954년 7월 24일, NRL의 James H. Trexler는 최초로 사람의 목소리에 의한 EME 루프 통신에 성공했다.[8] 1955년 11월 29일에는 NRL이 스탬프넥의 포물면 안테나 시설에서 301MHz로 송신한 텔레타이프 신호를 샌디에이고에서 수신하는 테스트에 성공했다.[8] 1956년 1월 23일에는 오아후섬 와히아와에서 300MHz, 10kW 텔레타이프 신호를 SK-2 레이더 수신기로 수신했다.[8]
1960년 1월, 미 해군의 통신 달 중계 시스템이 정식 가동되었다.[8] 1월 28일 개소식에서는 호놀룰루에서 워싱턴 D.C.로 항공모함 행콕 상의 인문(人文字) 항공 사진이 달을 경유하여 송신되었다.[8] 송신소는 메릴랜드주 아나폴리스와 오아후섬 오파나에 있었고, 수신소는 메릴랜드주 체르튼햄과 오아후섬 와히아와에 있었다.[8]
1953년 아마추어 무선국 W4AO와 W3GKP가 144MHz 전파의 월면 반사파를 감지하면서 아마추어 무선 EME 통신이 시작되었다.[10] 1960년 7월 17일, 캘리포니아주 샌 카를로스의 Eimac Radio Club(W6AY)와 매사추세츠주의 Rhododendron Swamp VHF Society(W1BU)는 1296MHz를 사용하여 W1BU와 W6HB 간에 아마추어 무선에 의한 최초의 EME 통신에 성공했다.[11]
1960년대 통신 위성의 개발로 이 기술은 쓸모없게 되었지만, 아마추어 무선사들은 EME 통신을 취미로 삼았다. 1953년에 최초의 아마추어 무선 달 반사 통신이 이루어졌으며,[10] 전 세계의 아마추어들은 여전히 이 기술을 사용하고 있다.
1975년 JA6DR이 일본에서 처음으로 월면 반사 통신을 실시했다. 대한민국에서는 일본보다 늦게 EME 통신이 시작되었지만, 최근 아마추어 무선사들을 중심으로 활발한 활동이 이루어지고 있다.
2. 1. 초기 연구
1940년 영국의 W.J. 브레이는 달을 수동 소자 통신 위성으로 사용하는 아이디어를 제안했다.[1] 1943년 독일에서 달에서 반사된 레이더 신호를 수신했다.[2]제2차 세계 대전 이후, 레이더파를 달에 반사시켜 통신 및 전파 천문학에 활용하기 위한 기술이 개발되었다. 1946년 1월 10일, 미국 뉴저지주 포트 먼머스에서 존 H. 드윗이 이끄는 프로젝트 다이애나 팀이 최초로 달에 레이더파를 반사시켜 EME 통신의 가능성을 입증했다.[3] 1946년 2월 6일, 헝가리의 졸탄 베이가 이끄는 팀이 두 번째로 성공적인 실험을 수행했다.[4]
1928년 미국 해군 연구소(NRL)에서 월면 반사 에코 감지 시도를 했다.[8] 1946년 3월 미국 육군 신호 군단이 레이더의 월면 반사파를 확인했다.(111.5MHz, 3kW, 24dB 안테나 사용) [9] 1951년 10월 21일, NRL은 메릴랜드주 스탬프넥의 지형 고정 67 × 80m 타원 포물면에서 198MHz로 10마이크로초 펄스를 750W로 송신했다. 수신은 레이더 안테나로 이루어졌으며, 예상보다 수신 펄스 변형이 작아 달의 1/10 직경 범위(직경 338km)에서만 반사로 추정되었다.[8]
1953년 아마추어 무선국 W4AO와 W3GKP에 의한 144MHz 전파의 월면 반사파가 감지되었다.[10] 1954년 7월 24일, 최초의 사람의 목소리에 의한 EME 루프 통신이 NRL의 James H. Trexler에 의해 성공했다.[8] 1960년대 통신 위성의 개발로 이 기술은 쓸모없게 되었지만, 아마추어 무선사들은 EME 통신을 취미로 삼았다. 1953년에 최초의 아마추어 무선 달 반사 통신이 이루어졌으며,[10] 전 세계의 아마추어들은 여전히 이 기술을 사용하고 있다.
2. 2. 통신 시스템 구축
1940년 영국의 General Post Office의 W.J. 브레이는 달을 수동 소자 통신 위성으로 사용하는 아이디어를 제안했다.[1] 1946년 1월 10일, 뉴저지주 포트 먼머스에서 존 H. 드윗이 이끄는 프로젝트 다이애나 팀이 최초로 달에 레이더파를 반사시켜 통신 및 전파 천문학에서의 잠재적 사용 가능성을 입증했다.[3]제2차 세계 대전 이후, 통신 달 중계 프로젝트는 하와이 진주만 해군 기지와 미국 해군 본부 워싱턴 D.C. 사이의 텔레프린터 링크를 포함하여 더 실용적인 용도로 이어졌다.[4] 1954년 7월 24일, NRL의 James H. Trexler는 최초로 사람의 목소리에 의한 EME 루프 통신에 성공했다.[8] 1955년 11월 29일에는 NRL이 스탬프넥의 포물면 안테나 시설에서 301MHz로 송신한 텔레타이프 신호를 샌디에이고에서 수신하는 테스트에 성공했다.[8] 1956년 1월 23일에는 오아후섬 와히아와에서 300MHz, 10kW 텔레타이프 신호를 SK-2 레이더 수신기로 수신했다.[8]
1960년 1월, 미 해군의 통신 달 중계 시스템이 정식 가동되었다.[8] 1월 28일 개소식에서는 호놀룰루에서 워싱턴 D.C.로 항공모함 행콕 상의 인문(人文字) 항공 사진이 달을 경유하여 송신되었다.[8] 송신소는 메릴랜드주 아나폴리스와 오아후섬 오파나에 있었고, 수신소는 메릴랜드주 체르튼햄과 오아후섬 와히아와에 있었다.[8]
2. 3. 아마추어 무선 도입
1953년 아마추어 무선국 W4AO와 W3GKP가 144MHz 전파의 월면 반사파를 감지하면서 아마추어 무선 EME 통신이 시작되었다.[10] 1960년 7월 17일, 캘리포니아주 샌 카를로스의 Eimac Radio Club(W6AY)와 매사추세츠주의 Rhododendron Swamp VHF Society(W1BU)는 1296MHz를 사용하여 W1BU와 W6HB 간에 아마추어 무선에 의한 최초의 EME 통신에 성공했다.[11]2. 4. 대한민국
대한민국에서는 일본보다 늦게 EME 통신이 시작되었지만, 최근 아마추어 무선사들을 중심으로 활발한 활동이 이루어지고 있다. 대한민국에서도 KDDI 이바라키 위성 통신 센터 폐지 때 진행된 JARL 주최의 빅 디쉬 프로젝트와 같은 대규모 EME 실험을 통해 기술 발전을 도모할 필요가 있다.3. 기술
월면의 반사율이 매우 낮고(최대 12%, 보통 7% 정도) 왕복 약 77만 km 이상의 극단적인 경로 손실(패스 로스)(VHF-UHF 대역을 사용하며, 변조 방식 및 도플러 편이 결과에 따라 약 250-310dB 정도)가 있기 때문에 공중선 전력 100W 이상의 송신기, 고감도 수신기, 스택된 야기-우다 안테나 또는 파라볼라 안테나 등 20dB 이상의 고이득 및 지향성이 높은 안테나가 필요하다.
3. 1. 안테나
월면의 반사율이 매우 낮고(최대 12%, 보통 7% 정도) 왕복 약 77만 km 이상의 극단적인 경로 손실(패스 로스)(VHF-UHF 대역을 사용하며, 변조 방식 및 도플러 편이 결과에 따라 약 250-310dB 정도)가 있기 때문에 공중선 전력 100W 이상의 송신기, 고감도 수신기가 필요하다. 20dB 이상의 고이득 및 지향성이 높은 안테나가 필요하며, 주로 스택된 야기-우다 안테나 또는 파라볼라 안테나가 사용된다.3. 2. 전파 형식
VHF 대역에서는 CW와 JT65A, JT65B, Q65가 사용된다. UHF 대역에서는 CW, JT65, Q65, SSB가 사용된다. 마이크로파 대역에서는 CW, SSB, Q65가 사용된다.주파수 대역별로 사용되는 전파 형식은 다음과 같다. CW (A1A)는 50MHz, 144MHz, 430MHz, 1200MHz 대역에서 사용된다. 협대역 디지털(F1D)의 경우, JT65A는 50MHz 대역, JT65B는 144MHz 및 430MHz 대역, JT65C는 1200MHz 대역에서 사용된다. SSB (J3E)는 430MHz, 1200MHz, 2400MHz, 5600MHz 대역에서 사용된다.
3. 3. 통신 방법
월면 반사통신(EME)은 일반적인 CQ 호출 대신 스케줄 QSO 형식을 사용하며, 심한 감쇠 때문에 EME 통신 전용 용어를 사용한 모스 부호 또는 협대역 디지털 통신이 주로 사용된다. EME가 허용되는 주파수대는 일본 총무성 고시 아마추어 업무에 사용하는 전파의 형식 및 주파수의 사용 구분에 따라 50MHz대, 144MHz대, 430MHz대, 1200MHz대, 2400MHz대, 5600MHz대, 10.4GHz대이다. 각 주파수대의 특징은 아마추어 무선의 주파수대에서 확인할 수 있다.VHF 대역에서는 CW, JT65A, JT65B, Q65가 사용된다. UHF 대역에서는 CW, JT65, Q65, SSB가 사용된다. 마이크로파 대역에서는 CW, SSB, Q65가 사용된다.
일본 총무성 훈령 「전파법 관계 심사 기준」의 범위 (통상 50MHz대에서 1kW, 144MHz대 이상에서 500W)를 초과하는 공중선 전력으로 송신하는 경우, 일본 총무성 종합 통신 기반국의 허가 (방송국에 나오는 것과 같으며 대신 명의가 된다, 이른바 '본성 결재')를 필요로 한다. 또한, 전파 방호 계산서 등의 제출, 예비 면허를 받아 인근 지역으로의 전파 장애 확인 등을 수행한 후에 낙성 검사를 받아야 하는 등, 준비에 많은 수고와 기간이 소요된다.
3. 4. 주파수
월면 반사통신(EME)에 사용되는 주파수는 각 국가의 규정에 따라 다르다. 일본의 경우, 총무성 고시 '아마추어 업무에 사용하는 전파의 형식 및 주파수의 사용 구분'에 따라 50MHz, 144MHz, 430MHz, 1200MHz, 2400MHz, 5600MHz, 10.4GHz 대역이 EME 통신에 허용된다. 각 주파수대의 특징은 아마추어 무선의 주파수대를 참조한다. VHF 대역에서는 CW 및 JT65A, JT65B, Q65 모드가 사용되며, UHF 대역에서는 CW, JT65, Q65, SSB 모드가 사용된다. 마이크로파 대역에서는 CW, SSB, Q65 모드가 사용되며, 일반적인 CQ 호출이 아닌 스케줄 QSO 형식이 주로 사용된다. 감쇠가 심하기 때문에 EME 통신 전용 용어를 사용한 모스 부호를 사용하는 경우가 많고, 협대역 디지털 통신이 사용되기도 한다.일본에서 통상 범위를 초과하는 공중선 전력(50MHz 대역에서 1kW, 144MHz 대역 이상에서 500W)으로 송신하는 경우, 일본 총무성 종합 통신 기반국의 허가가 필요하다. 이는 방송국 허가와 유사하며, 전파 방호 계산서 제출, 예비 면허 취득 후 인근 지역 전파 장애 확인, 낙성 검사 등 복잡한 절차를 거쳐야 한다.
대한민국의 경우, 아마추어 무선 주파수 분배 현황에 따라 EME 통신에 사용 가능한 주파수가 결정된다.
4. 현대 EME 통신
4. 1. 아마추어 무선
아마추어 무선사들은 양방향 통신을 위해 월면 반사통신(EME)을 활용하며, 이는 약한 신호 통신에 큰 도전 과제를 제시한다. EME는 지구상의 두 무선국이 사용할 수 있는 가장 긴 전파 전파 경로를 제공한다.50MHz에서 47GHz에 이르는 아마추어 주파수 대역이 사용되었지만, 대부분의 EME 통신은 2미터, 70센티미터, 23센티미터 대역에서 이루어진다. 일반적인 변조 방식은 모르스 부호의 연속파(CW), JT65와 같은 디지털 방식이며, 링크 예산이 허용하는 경우 음성 통신(SSB)도 사용된다.
최근의 디지털 신호 처리 발전으로 인해, 낮은 데이터 전송률이지만 약 100와트의 전력과 단일 야기-우다 안테나로도 EME 통신이 가능해졌다.
2009년 6월 29일, 아폴로의 메아리에 의해 제정된 세계 달 반사일은 아폴로 11호 달 착륙 40주년을 기념하는 행사로 전 세계적으로 기념되었다. 이 행사의 하이라이트는 아폴로 8호 우주 비행사 빌 앤더스와의 달을 통한 인터뷰였으며, 그는 아폴로 11호의 예비 승무원이기도 했다. 호주 태즈메이니아 대학교는 26미터 접시 안테나를 사용하여 달 표면에서 데이터 신호를 반사시켰으며, 이 신호는 네덜란드의 드윙겔로 전파 천문대에서 수신되었다. 이 데이터 신호는 송신 전력 3밀리와트, 즉 손전등 램프의 약 1,000분의 1의 전력으로 달에서 반사된 최저 전력 데이터 신호로 세계 기록을 세우며 데이터로 성공적으로 복원되었다. 두 번째 세계 달 반사일은 2010년 4월 17일로, 아폴로 13호 임무 종료 40주년과 일치했다.
2009년 10월, 미디어 아티스트 다니엘라 데 폴리스는 드윙겔로 전파 천문대에 기반을 둔 CAMRAS 아마추어 무선 협회에 달 반사를 라이브 이미지 전송 공연에 사용할 것을 제안했다. 그녀의 제안의 결과로, 2009년 12월 CAMRAS 무선 운영자 얀 반 뮤일윅과 무선 운영자 다니엘 가우치는 오픈 소스 소프트웨어 MMSSTV를 사용하여 달을 통해 최초의 이미지 전송을 수행했다. 데 폴리스는 이 혁신적인 기술을 "비주얼 문바운스"라고 명명했으며, 2010년부터 이 기술을 그녀의 여러 예술 프로젝트에 사용해 왔으며, 여기에는 디지털 이미지를 달로 전송하여 실시간으로 다시 전송하고 라이브로 투사하는 OPTICKS라는 라이브 공연이 포함된다.
VHF 대역에서는 CW와 JT65A, JT65B, Q65가 사용되고, UHF 대역에서는 CW, JT65, Q65, 그리고 SSB가 사용된다. 마이크로파 대역에서는 CW, SSB, Q65가 사용된다.
주파수 대역별로 사용되는 전파 형식은 다음과 같다.
- CW (A1A): 50MHz대, 144MHz대, 430MHz대, 1200MHz대
- 협대역 디지털(F1D): JT65A (50MHz대), JT65B (144MHz대, 430MHz대), JT65C (1200MHz대)
- SSB (J3E): 430MHz대, 1200MHz대, 2400MHz대, 5600MHz대
4. 2. 도플러 효과와 편파
도플러 효과는 144MHz 대역에서 월출 또는 월몰 시 300Hz에 달한다.[7] 달이 머리 위에 있을 때는 도플러 오프셋이 0에 가깝게 감소한다.[7] 다른 주파수에서는 다른 도플러 오프셋이 존재한다.[7] 월출 시 반사 신호는 주파수가 약 300Hz 높아진다.[7] 달이 하늘을 가로질러 남쪽 또는 북쪽으로 이동함에 따라 도플러 효과는 0에 가까워진다.[7] 월몰 시에는 300Hz 낮아진다.[7] 도플러 효과는 달에서 오는 신호에 튜닝하고 고정하는 데 많은 문제를 일으킨다.[7]편파 효과는 수신 신호의 강도를 감소시킬 수 있다.[7] 한 가지 구성 요소는 송신 및 수신 안테나의 기하학적 정렬이다.[7] 많은 안테나는 선호하는 편파면을 생성한다.[7] 송신 및 수신 기지국 안테나는 달의 관점에서 정렬되지 않을 수 있다.[7] 이 구성 요소는 안테나의 정렬에 의해 고정되며 기지국은 편파를 조정하기 위해 안테나를 회전시키는 시설을 포함할 수 있다.[7] 또 다른 구성 요소는 지구-달-지구 경로에서의 페러데이 회전이다.[7] 전파의 편파면은 지구 대기의 전리층을 통과하면서 회전한다.[7] 이 효과는 낮은 VHF 주파수에서 더 두드러지며 1296MHz 이상에서는 덜 중요해진다.[7] 일부 편파 불일치 손실은 더 큰 안테나 배열(더 많은 야기 소자 또는 더 큰 접시)을 사용하여 줄일 수 있다.[7]
5. 기타 EME 활용
5. 1. 예술
5. 2. 이벤트
2009년, 아폴로 11호 달 착륙 40주년을 기념하여 세계 달 반사일이 제정되었고, 달을 통한 인터뷰 등 다양한 행사가 진행되었다.참조
[1]
서적
The Post Office at War
Bletchley Park Trust
1998
[2]
웹사이트
cq-DL 7/79, p. 328
http://pa3fwm.nl/tec[...]
[3]
서적
To See the Unseen: A History of Planetary Radar Astronomy
https://history.nasa[...]
NASA
1996
[4]
웹사이트
Bay, Zoltán
http://www.omikk.bme[...]
OMIKK
2017-01-13
[5]
간행물
Deep (Space) Listening: Posthuman Moonbounce in Pauline Oliveros's Echoes from the Moon
https://muse.jhu.edu[...]
2021
[6]
웹사이트
Moonbounce Music
https://hackaday.com[...]
2024-08-11
[7]
서적
The ARRL |Handbook for Radio Amateurs, Sixty Eighth Edition
American Radio Relay League
1990
[8]
URL
http://history.nasa.[...]
[9]
URL
http://www.icom.co.j[...]
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https://web.archive.[...]
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http://sutherland.bl[...]
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ISBN
[13]
문서
Bamford
[14]
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8N1EME
http://8n1eme.jp/
[15]
URL
http://www.jarl.or.j[...]
[16]
URL
http://www.southgate[...]
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