우주선관성항법시스템 (Spacecraft Inertial Navigation System)
한 줄 정의: 자이로스코프와 가속도계 등 관성 센서만으로 외부 신호 없이 우주선의 위치, 속도, 자세 변화를 자체적으로 추정하는 항법 시스템입니다.
쉽게 풀면
관성항법시스템은 눈을 감고도 자신이 얼마나 움직였는지 감으로 알아채는 것과 비슷한 원리로 동작합니다. 회전을 감지하는 자이로스코프와 가속을 감지하는 가속도계를 이용해, 처음 위치를 알고 있다면 이후에는 외부 도움 없이도 계속 움직인 거리와 방향을 스스로 계산해 나갑니다. GNSS 신호처럼 외부에서 오는 정보에 의존하지 않기 때문에 신호가 닿지 않는 심우주에서도 독립적으로 작동할 수 있습니다.
왜 중요한가
심우주 탐사선처럼 GNSS 신호를 받을 수 없는 환경에서는 관성항법시스템이 사실상 유일하게 자체적으로 항법 해를 제공할 수 있는 수단이기 때문에 유도항법제어 분야에서 핵심적으로 다루어집니다. 다만 시간이 지날수록 오차가 누적되는 특성이 있어 다른 항법 정보와의 융합이 함께 연구됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"본 탐사선은 심우주 구간에서 관성항법시스템에 의존해 자율적으로 항법을 수행한다."
외부 신호가 없는 환경에서 관성 센서만으로 항법을 수행한 사례입니다.
"관성항법시스템의 누적 오차를 보정하기 위해 확장칼만필터를 이용한 융합 항법을 적용하였다."
관성항법의 오차 누적 문제를 다른 센서 정보와 결합해 보정한 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
관성항법시스템은 가속도와 각속도를 시간에 대해 적분하는 방식으로 위치와 자세를 계산하기 때문에, 센서의 미세한 편향이나 잡음이 시간이 지날수록 누적되어 오차가 점점 커지는 특성을 가집니다. 이러한 오차를 줄이기 위해 GNSS수신기나 광학항법 등 외부 관측 정보와 결합한 융합 항법이 널리 활용됩니다.
주의할 점
관성항법시스템만으로는 시간이 지날수록 오차가 계속 커지므로, 장기 임무에서는 주기적인 외부 정보 보정 없이 정밀도를 유지하기 어렵습니다.