TIROS

섬네일
텔레비전 적외선 관측 위성(TIROS, Television InfraRed Observation Satellite)은 1960년 TIROS-1을 시작으로 미국에서 발사된 초기 기상 위성 시리즈이다. TIROS는 지구 원격탐사가 가능한 최초의 위성이었으며, 과학자들이 우주라는 새로운 관점에서 지구를 볼 수 있게 해주었다. 해리 웩슬러가 추진한 이 프로그램은 군사 정찰위성이 비밀리에 개발되거나 사용되던 시기에 위성 기상 관측의 유용성을 입증했다. TIROS는 당시 "천재의 비결은 종종 단순함에 있다"는 것을 보여주었다. TIROS는 "Television InfraRed Observation Satellite"의 약어이며, "젊은 병사, 초보자"를 의미하는 "tiro"의 복수형이기도 하다.

고등 연구 프로젝트국(현재 DARPA)은 1958년에 TIROS 프로그램을 시작했고 1959년에 NASA로 프로그램을 이관했다. TIROS 프로그램에는 미국 육군 통신 연구 개발 연구소, RCA, 미국 기상국, 미국 해군 사진 해석 센터(NPIC), 환경 과학 서비스 관리국(Environmental Science Services Administration, ESSA), NOAA도 참여했다.

 역사 
섬네일|left|1960년 4월 TIROS-1이 촬영한 우주에서 본 최초의 TV 지구 이미지 중 하나|alt=육지, 바다, 구름을 보여주는 지구 가장자리의 흑백 사진
TIROS 프로젝트는 1940년대 후반 미국에서 시작된 기상 및 정보 수집을 위한 우주 감시의 실현 가능성을 검토하는 초기 노력에서 시작되었다. 1951년 미국 라디오 회사는 랜드 연구소를 위한 연구를 수행하여 우주 기반 텔레비전 카메라가 일반 정찰에 유용한 정보를 제공할 수 있다고 결론지었다. 1956년 RCA는 미국 육군으로부터 처음에 야누스라고 불리는 정찰위성 프로그램 개발을 위한 자금을 육군탄도미사일국 (ABMA)의 관리하에 받았다. 이 프로젝트는 ABMA의 관리하에 있었지만 1958년 고등 연구 프로젝트국 (ARPA, 현재 DARPA)으로 이전되었다. 계약은 주피터-C 발사체를 사용하여 발사될 우주선 개발을 요구했으며, 이는 결국 주노 II 발사체로 수정되었다. 방향 안정성이 없고 단일 온보드 카메라가 없는 프로토타입 위성인 야누스와 야누스 II가 프로젝트의 일부로 제작되었다. 1958년 5월, 랜드 연구소의 윌리엄 켈로그가 의장을 맡고 미군, 미국 기상국, 미국 국가항공자문위원회, RCA 대표들이 참석한 위원회가 위성 기상 프로그램 및 설계 목표를 논의하기 위해 소집되었다. 위원회는 그러한 프로그램이 더 거친 해상도와 더 미세한 해상도의 텔레비전 카메라로 운량 관측을 제공해야 하며, 적외선 측정을 통해 지구의 복사량을 측정해야 한다고 권고했다. 첫 번째 기상 위성의 목표는 실험적인 텔레비전 기술을 시험하고, 태양 및 지평선 기반 센서를 우주선 자세 제어에 대해 검증하며, 기상 데이터를 수집하는 것이었다.

야누스가 개발 중인 동안 허버트 요크, 국방 연구 및 공학 국장은 미국 국방부 정찰위성을 미국 육군의 관할에서 제외했다. 기상 위성이 미국 정부에 의해 최우선 요구 사항으로 지정되면서 RCA는 야누스 프로젝트의 목표를 기상 응용 분야로 전환했으며, 카메라에 대한 완화된 해상도 요구 사항 덕분에 더 작고 가벼운 위성 시스템이 가능해졌다. 이에 따라 야누스에 계획되었던 텔레비전 카메라의 해상도가 낮아졌으며, 원래 계획되었던 더 정교한 시스템 대신 기성 굴절 광학 장치에 의존하게 되었다. 미국 육군은 또한 더 큰 위성을 위한 더 큰 발사체를 개발하라는 ARPA의 요청을 승인하여 RCA가 야누스 설계를 더 큰 스핀 안정화 우주선으로 변경할 수 있도록 했다. 야누스 프로젝트는 변경 사항에 따라 텔레비전 적외선 관측 위성(TIROS)으로 이름이 바뀌고 기밀이 해제되었다.

TIROS 위성 페이로드 개발은 육군 통신대 연구소에 계약되었고 토르 발사체 사용을 위해 공군 시스템 사령부(Air Force Systems Command)에 360만 달러가 할당되었다. NASA를 창설한 국가항공우주법에 서명하기 전에 드와이트 D. 아이젠하워 대통령은 NASA가 기상 위성 개발을 담당해야 한다고 결정했다. TIROS 프로젝트를 감독하는 ARPA 위원회인 에드거 코트라이트는 1959년 4월 13일 TIROS를 NASA의 고더드 우주 비행 센터로 이관하는 것을 주선했다. NASA가 ARPA로부터 TIROS 프로젝트를 인수한 것은 신생 민간 기관의 존재를 검증하고 좋은 홍보를 제공하는 수단으로 여겨졌다. 이 기관은 프로젝트를 운영 지원이나 과학 관측을 위한 플랫폼이 아니라 실험적인 테스트베드로 취급했다. 미국 국립기상청과 국방부 기상 서비스는 초기 TIROS 데이터의 운영 사용을 선호했다. 이러한 긴장으로 인해 1960년 10월 운영 기상 위성 프로그램의 목표를 확인하기 위해 기관 간 그룹인 운영 기상 위성 패널이 구성되었다.

초기 TIROS 임무 설계는 3개의 위성을 요구했다. 각 위성은 RCA가 제작한 2렌즈 광학 텔레비전 시스템, 뱅가드 2호 우주선에서 가져온 개선된 적외선 스캔 시스템, 베르너 수오미가 지구의 에너지 수지를 측정하기 위해 개발한 복사계를 탑재할 예정이었다. 그러나 1960년 4월 1일에 발사된 첫 번째 TIROS 페이로드인 TIROS-1에는 광학 시스템만 포함되었으며, 이는 텔레비전 카메라를 탑재한 최초의 미국 위성이었다. 원래 계획된 장비는 다음 2년 동안 TIROS-2, TIROS-3, TIROS-4의 후속 발사에 포함되었다.

TIROS의 초기 성공에도 불구하고, TIROS 데이터 처리의 초기 어려움과 님버스에서 개발 중인 두 번째 우주선을 기반으로 한 운영 기상 위성 시스템을 개발해야 한다는 정치적 압력이 있었다. 그러나 님버스 프로그램의 지연과 높은 비용으로 인해 궁극적으로 TIROS 기반 우주선이 미국의 운영 기상 위성 함대 역할을 하게 되었다. TIROS 위성의 2세대인 ESSA는 1966년부터 TIROS 운영 시스템(TOS)으로서 이 역할을 수행했다. 1966년부터 1969년까지 9개의 ESSA 위성이 발사되었다. 홀수 번호의 ESSA 위성은 국가 기상 서비스에 기상 데이터를 제공했으며, 짝수 번호의 ESSA 위성에서 전송된 텔레비전 이미지는 자동 사진 전송(APT) 시스템을 통해 전 세계의 간단한 지상국에서 수신할 수 있었다. 3세대 TIROS 위성인 개선된 TIROS 운영 시스템(ITOS)은 1970년대에 개발 및 발사되었으며, 두 가지 유형의 ESSA 위성 기능을 결합하여 운영 능력을 제공했다. 이전 TIROS 세대와 달리 ITOS 우주선은 삼축 안정화 기능을 갖추고 있었다. 후기 ITOS 위성에는 추가 장비와 Very High Resolution Radiometer를 포함하여 이전 장비의 개선된 버전이 포함되었다.

1978년, RCA는 TIROS 위성의 4세대인 TIROS-N 시리즈의 첫 번째 우주선을 완성했다. 이 위성들은 고급 초고해상도 복사계(AVHRR)를 포함한 새로운 장비 세트를 제공했다. 1983년 NOAA-E를 시작으로 후기 TIROS-N 위성들은 더 높은 데이터 처리 용량을 가졌고 약간 더 큰 위성 버스에 새로운 장비를 탑재했으며, 이 위성들은 총칭하여 고급 TIROS-N(ATN)으로 알려졌다. NOAA-N Prime (나중에 NOAA-19로 지정)은 TIROS 시리즈의 마지막 우주선으로, 2009년 2월에 발사되었다.

 시리즈 
섬네일|TIROS I부터 TIROS-N까지의 기상 위성 진행도를 보여주는 다이어그램|alt=TIROS의 다양한 반복을 보여주는 그림

TIROS는 보다 진보된 TIROS 운영 시스템(TOS)으로 계속되었고, 결국 개선된 TIROS 운영 시스템(ITOS) 또는 TIROS-M으로 계승되었으며, 그 다음에는 TIROS-N 및 고급 TIROS-N 시리즈 위성으로 이어졌다. NOAA-N Prime (NOAA-19)은 지구의 날씨와 환경을 관측하는 NOAA TIROS 시리즈의 마지막 위성이다.

위성의 명칭은 혼란스러울 수 있는데, 일부 위성은 "ESSA" (예: ESSA-1), "NOAA" (예: NOAA-M)와 같이 감독 기관과 동일한 이름을 사용하기 때문이다.

 1세대 (1960–1965) 
섬네일|윌리엄 G. 스트라우드가 1960년 4월 4일 린든 B. 존슨에게 TIROS-I의 회로를 보여주고 있다.|alt=
1960년 TIROS-1의 발사로 시작하여 1965년 TIROS-10의 발사로 끝나는 첫 10개의 TIROS 위성은 NASA의 후원 아래 개발 및 운영된 극궤도 우주선이었다. 각 우주선은 6개월의 설계 수명을 가졌으며, 6개월마다 새로운 우주선이 발사되었다. 첫 TIROS 위성의 주요 목표는 구름 표면 촬영을 위한 우주 기반 텔레비전 카메라 시스템의 사용을 시험하는 것이었다. 1세대 동안 TIROS 프로젝트의 범위는 처음에는 실험적인 것에서 준운영적인 지위로 발전했다. TIROS-1 이후, 연속적인 TIROS 우주선의 엔지니어링 및 임무 설계는 초기 반복에서 관찰된 단점을 해결하기 위한 것이었다.
섬네일|구성 요소와 사진 결과물을 보여주는 TIROS 기상 위성 시스템
1세대 TIROS 우주선의 위성 버스는 직경 약 및 높이 의 18면체 각기둥 모양이었다. 알루미늄 합금과 스테인리스강으로 제작된 각 우주선은 약 의 무게였다. 위성은 니켈-카드뮴 전지로 구동되었으며, 이는 우주선 측면에 장착된 9,200개의 태양 전지에 의해 충전되었다. TIROS 우주선은 스핀 안정화를 유지하기 위해 8-12 rpm으로 회전하도록 설계되었다. 장비 하우징의 바닥판에 장착된 한 쌍의 고체 로켓은 한 번에 한 쌍씩 발사되어 회전 속도 저하를 상쇄하기 위해 회전율을 3 rpm 증가시킬 수 있었다. 첫 8개의 TIROS 위성에 장착된 카메라는 또한 바닥판에 위치하며 우주선의 회전축과 평행하게 정렬되었다. 1세대 TIROS에는 자세 제어 기능이 없었기 때문에 지구는 위성 궤도의 일부 동안에만 카메라의 시야에 들어왔으며, 위성은 설계상 전체 서비스 수명 동안 우주에 대해 고정된 방향을 유지했다. 지자기와의 상호 작용으로 인해 TIROS-1의 회전축이 진동했다. TIROS-2에 도입되어 TIROS-8까지 유지된 자력 토커는 우주선 자체의 자기장을 점진적으로 변화시켜 궤도당 1.5°의 우주선 자세 변경을 가능하게 했다. Quarter Orbit Magnetic Attitude Control System이라는 더 강력한 자기 시스템이 TIROS-9에 도입되어 더 빠르고 정밀한 자세 제어를 가능하게 하고 우주선 스핀 축을 최대 10°까지 변경할 수 있도록 했다. TIROS-9의 카메라는 바닥판 대신 우주선 측면에 방사형으로 부착되었다. 이전 TIROS 우주선의 "축" 구성과 대조적으로 이 "바퀴" 구성은 지구의 더 빈번한 이미지를 가능하게 했다.

섬네일|우주선 및 임무 설계 개선으로 TIROS-9부터 지구의 더 완전한 모습을 볼 수 있게 되었다.|alt=위성 이미지의 글로벌 모자이크
1세대 TIROS 위성은 두 대의 직경 비디콘 라인 스캔 카메라를 탑재했으며, 일반적으로 다른 분해능을 지원하는 다른 시야를 가졌다. 초기 TIROS 반복에 사용된 자기 테이프 레코더는 고정된 30초 간격으로 촬영된 총 64장의 사진을 저장할 수 있었으며, 이는 최대 2궤도 데이터에 해당한다. TIROS-9부터는 이미지 저장 용량이 96장으로 증가했으며, 시계 시스템 구현으로 이미지 간의 가변 간격이 가능해졌다. 카메라 셔터는 위성이 지상 명령 지점에 접근할 때 2와트 FM 송신기를 통해 지구로 저장 및 전송되는 일련의 정지 사진을 가능하게 했다. 전송 후 테이프는 지워지거나 청소되어 추가 기록을 위해 준비되었다. TIROS-8은 새로운 APT 시스템의 시험 운행 역할을 했으며, 온보드 저장 장치에 의존하지 않고 이미지를 쉽게 방송하고 수신할 수 있게 했다. 후속 TIROS 우주선은 APT 시스템을 유지했으며, 온보드 시스템 및 지상국 네트워크 확장 모두에서 개선이 이루어졌다. 일부 초기 TIROS 우주선에는 5채널 중해상도 적외선 스캔 복사계와 저해상도 복사계도 포함되었다. 5채널 복사계는 주야간 운량 관측을 가능하게 했다. 데이터는 우주선 바닥판에서 튀어나온 4개의 무선 안테나를 통해 전송되었으며, 상단판 중앙에 단일 수신 안테나가 장착되었다.

첫 열 번의 TIROS 임무는 고도 약 의 원형 태양 동기 궤도를 취하도록 계획되었다. TIROS-9 발사 시스템의 2단계 과성능으로 인해 해당 우주선이 타원 궤도에 잘못 배치되었다. 첫 네 개의 TIROS 위성은 적도에 대해 48°의 궤도 경사를 가진 원형 궤도에 발사되어 55°N에서 55°S 사이의 지구를 커버했다. TIROS 프로그램에 선택된 Thor-Delta 발사체의 동시 개선으로 후기 페이로드의 궤도 경사를 증가시킬 수 있었다. TIROS-5부터 TIROS-8까지의 다음 네 개의 위성은 58°의 더 높은 경사를 가졌으며, 위성 커버리지를 65°N–65°S로 확장했다. TIROS-9와 TIROS-10은 적도에 대해 98°의 거의 극궤도 경사를 가진 지구의 주간 면을 완전히 커버했다. 첫 8개의 TIROS 위성과 그 궤도의 방향은 지구의 햇빛 비추는 부분의 관측 가능한 부분을 제한했으며, 수개월 동안 궤도 세차에 의존하여 북반구와 남반구 모두의 영역을 커버했다.

 TIROS-1 (A): 1960년 4월 1일 발사, 1960년 6월 15일 전기 시스템 고장
 TIROS-2 (B): 1960년 11월 23일 발사, 1961년 1월 22일 고장
 TIROS-3 (C): 1961년 7월 12일 발사, 1962년 2월 28일 비활성화
 TIROS-4 (D): 1962년 2월 8일 발사, 1962년 6월 30일 고장 (두 카메라 모두 먼저 고장)
 TIROS-5 (E): 1962년 6월 19일 발사, 1963년 5월 13일 고장
 TIROS-6 (F): 1962년 9월 18일 발사, 1963년 10월 21일 고장
 TIROS-7 (G): 1963년 6월 19일 발사, 1968년 6월 3일 비활성화
 TIROS-8 (H): 1963년 12월 23일 발사, 1967년 7월 1일 비활성화
 TIROS-9 (I): 1965년 1월 22일 발사, 1967년 2월 15일 고장. 거의 극궤도에 진입한 최초의 TIROS 위성
 TIROS-10 (OT-1): 1965년 7월 2일 발사, 1967년 7월 1일 비활성화.

2009년 6월 기준으로 1960년부터 1965년 사이에 발사된 모든 TIROS 위성(TIROS-7 제외)은 여전히 궤도에 있었다.

 TIROS 운영 시스템 
 섬네일|ESSA-3 및 4, TIROS 운영 시스템의 위성.
 ESSA-1 (OT-3)
 ESSA-2 (OT-2)
 ESSA-3 (TOS-A)
 ESSA-4 (TOS-B)
 ESSA-5 (TOS-C)
 ESSA-6 (TOS-D)
 ESSA-7 (TOS-E)
 ESSA-8 (TOS-F)
 ESSA-9 (TOS-G)

 ITOS/TIROS-M 
 섬네일|TIROS-M 다이어그램
 TIROS-M (ITOS-1): 1970년 1월 23일 발사
 NOAA-1 (ITOS-A): 1970년 12월 11일 발사
 ITOS-B 1971년 10월 21일 발사, 사용 불가능 궤도
 ITOS-C
 NOAA-2 (ITOS-D): 1972년 10월 15일 발사
 ITOS-E 1973년 7월 16일 발사, 궤도 진입 실패
 NOAA-3 (ITOS-F): 1973년 11월 6일 발사
 NOAA-4 (ITOS-G): 1974년 11월 15일 발사
 NOAA-5 (ITOS-H): 1976년 7월 29일 발사

 TIROS-N 
섬네일|TIROS-N 설계의 다양한 위성 운영 수명 그래픽

 TIROS-N (Proto-flight): 1978년 10월 13일 470 nmi 궤도로 발사; 1981년 2월 27일 비활성화.
 NOAA-6 (발사 전 NOAA-A): 1979년 6월 27일 450-nmi 궤도로 발사. 주요 임무 센서인 HIRS는 1983년 9월 19일 고장. 1987년 3월 31일 비활성화될 때까지 2년의 설계 수명을 거의 6년 초과.
 NOAA-B: 1980년 5월 29일 발사. 부스터 엔진 이상으로 인해 사용 가능한 궤도 진입 실패.
 NOAA-7 (C): 1981년 6월 23일 470-nmi 궤도로 발사; 1986년 6월 비활성화.
 NOAA-12 (D): 1991년 5월 14일 450-nmi AM 궤도로 발사(아래 참조). NOAA-15가 가동된 1998년 12월 14일 대기 모드로 전환되었고, 2007년 8월 10일 비활성화되어 16년이 넘는 연장된 수명 기록을 세웠다.

 고급 TIROS-N 
섬네일|우주에 있는 NOAA-9 위성의 디자인.
고급 TIROS-N(ATN) 우주선은 추가 페이로드 통합을 위해 확장된 장비 지원 모듈을 제외하고 NOAA-A부터 -D 위성과 유사했다. TIROS-N부터 NOAA-D 우주선과의 변경 사항은 저속 데이터 시스템 TIROS 정보 프로세서(TIP)의 예비 단어 위치가 지구 복사 에너지 위성(ERBE) 및 SBUV/2와 같은 특수 장비에 사용되었다는 점이다. 수색 및 구조(SAR) 시스템은 지상으로 데이터를 전송하기 위한 특수 주파수를 사용하여 독립적으로 작동하게 되었다.

 NOAA-8 (E): 1983년 3월 28일 450 nmi 궤도로 발사되었으며, 미국 위성 중 최초의 SAR 시스템을 가동하기 위해 순서가 바뀌었다(NOAA-D 이전). 배터리를 파괴한 열폭주 이후 1985년 12월 29일 비활성화되었다.
 NOAA-9 (F): 1984년 12월 12일 470 nmi "오후" 궤도로 발사되었으며, SBUV/2 장비를 탑재한 최초의 위성이었다. 1993년 8월 1일 비활성화되었으나, NOAA-13의 고장 이후 3주 후에 재활성화되었다. SARR 송신기는 1997년 12월 18일 고장났고, 위성은 1998년 2월 13일 영구적으로 비활성화되었다.
 NOAA-10 (G): 1986년 9월 17일 450 nmi "오전" 궤도로 발사되었다. 1991년 9월 17일 대기 모드로 전환(NOAA-12가 가동될 때)되었고 2001년 8월 30일 비활성화되었다.
 NOAA-11 (H): 1988년 9월 24일 470 nmi PM 궤도로 발사되었다. 1995년 3월 대기 모드로 전환되었고, NOAA-12의 HIRS 이상 이후 1997년 5월 사운딩을 제공하기 위해 재활성화되었다. 2004년 6월 16일 퇴역.
 NOAA-13 (I): 1993년 8월 9일 470 nmi PM 궤도로 발사되었고; 발사 2주 후 우주선은 치명적인 전력 시스템 이상을 겪었다. 우주선과 접촉하거나 명령하려는 시도는 실패했다.
 NOAA-14 (J): 1994년 12월 30일 470 nmi PM 궤도로 발사되었고, 12년 이상의 작동 후 2007년 5월 23일 퇴역했다.
 NOAA-15 (K): 1998년 5월 13일 450 nmi 오전 궤도로 발사되었고, 1998년 12월 14일 NOAA-12를 대체하여 주요 AM 우주선이 되었다. 현재는 MetOp-B가 AM 주역이며, 보조 역할을 한다. 2025년 8월 19일 퇴역.
 NOAA-16 (L): 2000년 9월 21일 470-nmi 오후 궤도로 발사; 2001년 3월 19일 NOAA-14를 대체하여 주요 AM 우주선이 되었다. 주요 우주선 이상으로 인해 2014년 6월 9일 퇴역.
 NOAA-17 (M): 2002년 6월 24일 450 nmi AM 궤도로 발사되었고 2013년 4월 10일 퇴역했다.
 NOAA-18 (N): 2005년 5월 20일 470 nmi 오후 궤도로 발사되었고 2005년 8월 30일 NOAA-16을 대체하여 PM 주요 우주선이 되었다. 2025년 6월 6일 퇴역
 NOAA-19 (N Prime): 2009년 2월 6일 470 nmi 오후 궤도로 발사되었고 2009년 6월 2일 NOAA-18을 대체하여 PM 주요 우주선이 되었다. 배터리 고장으로 2025년 8월 13일 퇴역.

 각주 

 출처 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 외부 링크 

 NASA의 TIROS 페이지
 NASA의 ESSA 페이지 
 NASA의 ITOS 및 NOAA 페이지 
 NASA의 TIROS-N 페이지 
 NASA 고더드 POES 프로그램 - POES 홈
 NOAA 위성 운영 사무소 - POES
 TIROS-1 50주년 및 위성 기상학 자료
 NASA의 TIROS-1 유튜브 비디오