[헬로티]

일본의 소행성 탐사선 '하야부사(Hayabusa)'는 세계 최초로 소행성에 착륙했으며, 시료를 채취해 지구에 가지고 돌아온 우주선이다. ‘하야부사’는 아주 작은 중력만을 가지고 있는 소천체에 대한 탐사․착륙을 위해 기술적으로 특색 있는 설계, 운용이 이루어져 있다. 이 글에서는 특히 ‘하야부사’에 탑재된 레이저 고도계(LIDAR)와 카메라를 이용한 소행성 근방을 운용 중인 탐사선 궤도의 추정 방법과 그 고정밀화 방법에 대해 소개한다.

소행성 탐사선 ‘하야부사’

1. 미션 개요와 본체 제원

‘하야부사’는 2003년 5월에 발사되어 약 2년 반에 걸친 항행 끝에 2005년 9월 중순에 목적지인 소행성 이토카와에 도착, 11월 말까지 소행성 근방에서 운용하다가 이토카와의 과학 관측과 시료 채취를 위해 지표에 착륙했다. 그 후 일어난 트러블 때문에 예정보다 늦어졌지만, 2010년 6월에 지구로 귀환, 이토카와의 시료가 담긴 캡슐을 지상으로 가지고 돌아왔다.

‘하야부사’의 기체는 1.0×1.1×1.5m 정도의 직방체형 본체에 태양전지 패들과 통신용 안테나, 소행성까지의 왕복 항행에 이용하는 이온 엔진, 시료 채취용 샘플러 혼 등이 설치된 형상을 하고 있다. 연료를 포함한 발사 때의 질량은 510kg였다. 기체의 자세는 3축 모두 제어 가능하게 되어 있다. 탐사선 본체의 –Z면(그림 1)에는 주요 관측 기기가 배치되고, 반대 측인 +Z면에는 통신용 안테나가 설치되어 있다.

2. 주요 탑재 기기

탐사선에 탑재되는 기기는 크게 나누어 탐사선의 기능 유지와 운영에 관한 버스 기기와 탐사 대상의 과학 관측을 하는 사이언스 기기가 있다. 이하에 ‘하야부사’의 주요 버스 기기와 모든 사이언스 기기를 열거한다.

(1) 버스 기기

•레이저 고도계 (LIght Detection And Ranging : LIDAR) : 탐사선과 소행성 사이의 거리를 측정한다.

•광학 항법 카메라 (Optical Navigation Camera : ONC) : 소행성을 촬영하고 탐사선과의 상대 위치 관계를 조사하는 광학 항법에 사용한다. 2개의 광시야 카메라(ONC-W1, -W2)와 망원 카메라 ONC-T를 탑재하고 있다.

•별 추적기 (Star Tracker : STT) : 항성 관측에 의해 탐사선의 자세를 측정한다.

(2) 사이언스 기기

•레이저 고도계 (LIDAR) : 버스 기기로서의 LIDAR를 과학 목적으로도 사용한다.

•가시분광 촬영 카메라 : 버스 기기인 ONC-T를 과학 목적으로도 사용한다. 카메라에는 여러 개의 밴드 패스 필터가 탑재되어 있으며, 필터를 바꾸면서 다파장으로 소행성을 촬영한다. 과학 관측 목적으로 사용하는 경우에는 Asteroid Multiband Imaging CAmera(AMICA)라고 호칭된다.

•근적외선 분광기 (Near InfraRed Spectrometer : NIRS) : 소행성 표면 반사광의 근적외선 영역의 분광 관측을 하고, 소행성의 구성 광물을 식별한다.

•형광 X선 스펙트로미터 (X-Ray Spectrometer : XRS) : 태양 X선에 의해 여기된 소행성 표면의 형광 X선을 분광 관측하고, 소행성의 구성 원소를 식별한다. 

이외에도 소형 착륙선 MINERVA도 탑재되어 있었지만, 탐사선 본체에서 분리한 후, 소행성 표면에 착륙시키는데 실패했다.

3. LIDAR

‘하야부사’에 탑재된 LIDAR는 Nb: YAG 레이저를 광원으로 하고, 소형 경량(중량 3.7kg)이면서 50km에서 50m까지의 넓은 범위에서 소행성과 탐사선 사이의 거리를 측정하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 측정 거리 범위는 탐사선이 소행성에 랑데부하는 최종 접근 단계에서부터, 소행성 표면의 시료 채취 운용을 위한 착륙 직전까지를 커버하고 있다. 측정 거리의 반복 주파수는 1Hz, 측정 거리 정밀도는 근거리 측에서 ±1m이다.

4. 소행성 근방 운용과 HP 좌표계

소행성의 중력은 매우 약하기 때문에 ‘하야부사’는 일반적인 인공위성과 같이 이토카와의 위성으로서 주위를 돌지 않고, 이토카와 근방 공간에서 소행성과 지구를 연결하는 선상에 위치한 채로 관측을 했다. 소행성–탐사선–지구라는 위치 관계를 유지하면서 탐사선의 –Z면을 이토카와를 향한 자세를 유지함으로써 소행성의 관측과 지구와의 통신을 동시에 할 수 있었다. 이 운용에서 소행성에 대한 상대적인 탐사선 위치를 기술하기 위한 좌표계로서 홈 포지션(HP) 좌표계가 정의됐다. HP 좌표계는 소행성을 원점으로 소행성에서 본 지구의 방향을 Z축, 태양–소행성–지구가 만드는 평면을 XY 평면으로 한 오른쪽 좌표계이다. 탐사선은 HP 좌표계에서 기본적으로는 Z축 근방에 위치하고 있다(그림 1).

그림 1. 홈 포지션(HP 좌표계)의 정의와 탐사선 구체 좌표계의 –Z방향

탐사선 궤도 결정 방법

소행성 근방을 운용 중인 탐사선의 궤도(또는 어떤 특정 시각의 탐사선 위치)는 운용 계획의 책정, 실시, 결과의 평가, 그리고 취득된 과학 데이터에 의한 소행성의 과학적인 해석에 있어 필수적인 정보이다. 우주선의 궤도를 결정하기 위해 가장 일반적으로 이용되는 것은 지상국과 우주선 사이의 전파를 통해 통신할 때에 왕복 전파 지연 시간으로부터 거리를, 도플러 시프트로부터 속도를 구하는 전파 항법이다.

전파 항법으로 직접적으로 측정할 수 있는 것은 지상국이 있는 지구에 대한 궤도 운동뿐이며, 여기에서 HP 좌표계의 소행성과의 상대적인 위치 관계를 얻기 위해서는 소행성의 궤도 정보가 필요하게 된다. 그러나 소행성 관측 빈도와 관측 기간의 제약 때문에 행성이나 위성과 비교하면 궤도 정보의 오차가 크다. 그렇기 때문에 전파 항법만으로는 HP 좌표계에서 탐사선의 소행성과의 상대적인 위치 관계를 충분한 정밀도로 결정하는 것은 곤란하다. 이 문제를 해결하기 위해 ‘하야부사’에는 카메라 이미지를 이용한 광학 항법이 채용됐으며, LIDAR 측정 거리값도 탐사선 위치를 결정하는 원천 정보로 이용되고 있다. ‘하야부사’ 미션에서 사용된 탐사선 궤도․위치의 결정 방법 중 이하에 대표적인 것을 소개한다.

(1) 광학 항법 (Optical Navigation: OPNAV)․Hybrid OPNAV

넓은 의미로는 카메라 등 광학 기기의 정보를 이용한 우주선의 항법을 광학 항법이라고 부른다. ‘하야부사’의 경우, 먼저 전파 항법으로 소행성에 어느 정도 접근한 곳에서 카메라로 소행성을 관측해 정확한 위치를 알아내고 최종적인 접근을 하고 있다. 또한 소행성 근방 운용의 주요한 탐사선 위치결정 방법으로서 이용된 것이 Hybrid OPNAV이다. 광학 항법과 전파 항법을 조합하고, 또한 LIDAR에 의한 측정 거리를 더함으로써 HP 좌표계에서 소행성과의 상대적인 위치 관계를 얻었다.

(2) 기상 처리에 의한 탐사선 위치 자기 추정

‘하야부사’는 탐사선 자체가 자율적으로 HP 좌표계에서 위치 제어를 하기 때문에 기상의 자동 처리에 의해 탐사선 자체가 항상 자기 위치를 계속 추정하는 기능을 가지고 있다. ONC-W1은 정기적으로 소행성을 시야 내에 포착하는 항법 이미지를 촬영하고 있다. 항법 이미지의 소행성 형상의 휘면 중심 위치를 산출함으로써 탐사선–소행성의 방향 벡터를 얻을 수 있다. 한편 LIDAR에서는 소행성 표면에서 탐사선까지의 거리가 측정되므로 소행성의 반경을 측정 거리값에 더하면, 탐사선 좌표계의 소행성 위치 벡터를 얻을 수 있다.

그림 2. 카메라와 LIDAR를 이용한 기상 처리에 의한 탐사선 위치 자체 추정 방법과 단순화에 의해 발생하는 오차 내용의 개념도.

한 탐사선 위치(S/C position(truth))에서 관측한 결과(소행성 방향과 측정 거리값)를 이용하면, 실제와는 다른 위치(expected)에 탐사선이 있었다고 추정되어 버린다. 탐사선과 소행성의 위치 관계와 소행성 형상에 대한 이미지 상의 소행성 이미지의 중심(centroid) 위치 등은 과장하고 있지만, 정성적으로는 그림 2에 나타낸 상황과 일치시키고 있다. 또한 이 그림과 그림 1의 탐사선 모식도에는 시키시마 후겐씨가 제공한 ‘하야부사 2’의 그림을 이용하고 있다.

그림 2에 나타낸 것은 이 방법의 원리를 나타낸 개념도이다. 관성 좌표계에 대한 탐사선의 자세는 STT에 의한 계측 결과를 바탕으로 탐사선의 자세 제어계에 의해 항상 구할 수 있으며, 관성계와 HP 좌표계 사이의 관계도 알고 있기 때문에 탐사선 좌표계에서 HP 좌표계로 변환도 할 수 있다. 이 기상 처리 결과는 원천이 된 소행성 중심 위치의 이미지 좌표와 LIDAR 측정 거리값과 함께 지구에 다운 링크된다. 이 방법에 의한 정보가 가장 넓은 시간 범위에서 사용 가능하며, 또한 일정한 정밀도를 가진 탐사선 위치 정보로 탐사선이 취득한 과학 데이터를 해석할 때 최초의 기초 데이터로서 이용됐다. 또한 이 글의 주제인 LIDAR 데이터를 이용한 탐사선 궤도 추정의 원천 정보이기도 하다.

(3) 이미지로부터 형상을 복원하는 동시에 카메라 위치 추정

탐사 대상인 소행성의 형상은 탐사선이 카메라로 촬영한 이미지를 이용해 복원할 수 있다. 이 때 이미지 촬영 시의 카메라 위치, 즉 탐사선의 위치도 동시에 결정할 수 있다. 이 방법은 매우 정밀하게 탐사선 위치를 결정할 수 있지만, 촬영을 하고 있는 시간대에만 적용할 수 있다.

‘하야부사’에서는 일반적인 스테레오 비전에 의한 소행성의 형상 복원과 스테레오 비전과 지형이 만드는 음영 패턴으로부터 표면의 경사를 추정하는 photoclinometry(shape-from-shading이라고도 한다)를 조합한 Stereophotoclinometry(SPC)법에 의한 형상 복원이 이루어졌다. 이 중에서 SPC에 의한 처리의 부산물로서 이미지 촬영 시의 탐사선 위치를 얻을 수 있다.

기상 처리 탐사선 위치 정보의 문제점

항법 이미지 촬영과 LIDAR에 의한 거리 측정이 이루어지고 있는 한, 앞에서 말한 기상 처리에 의해 항상 탐사선 위치를 구할 수 있다. 그렇기 때문에 기상 처리에 의한 탐사선 위치 정보는 과학 데이터 해석을 할 때에 참조할 수 있는 정보로서 가장 유용성이 높은 것 중 하나이다. 그러나 이 정보는 기상 처리를 위해 하고 있는 몇 가지 단순화에서 생기는 오차를 포함한다. 그림 2에 기상 처리에서 예상되고 있는 탐사선과 소행성의 위치 관계와 실제 그것을 나타내는 동시에, 예상과 실제의 차이에서 생기는 오차에 대해 이하에 상세하게 설명한다.

1. 항법 이미지 중 소행성 이미지의 중심 방향과 실제 소행성의 형상 중심 방향의 불일치

기상 처리에서는 항법 이미지를 흑백으로 2값화해 태양에 비춰 밝게 보이는 영역(휘면)의 중심 위치의 화소 좌표를 산출하고, 그 화소의 시선 방향에 소행성의 중심이 있다고 하는 가정을 두었다. 소행성이 단순한 구체이고 정면에서 태양이 비춰지고 있는 경우, 이 가정은 맞다. 그러나 실제로는 이토카와는 구와는 크게 달라, 가늘고 길며 또한 불규칙한 형상을 가지고 있는 소행성이다. 그렇기 때문에 소행성의 형상 중심 방향과 소행성 이미지의 중심 방향은 일치하지 않는다(그림 2의 centroid와 body center). 또한 소행성의 야반구가 항상 일부 보이고 있기 때문에 이에 의한 휘면 중심과 형상 중심의 불일치도 생긴다(그림 2의 소행성 이미지의 왼쪽 끝은 밤의 면이다).

2. LIDAR 지향 방향의 단순화와 소행성 반경의 단순화

기상 처리에서는 LIDAR에 의해 탐사선-소행성의 방향 벡터를 따른 선상의 탐사선–소행성 표면의 거리가 항상 측정되는 것으로 가정, 측정 거리값에 일정 값을 더함으로써 탐사선–소행성 중심의 거리를 구하고 있다. 그러나 탐사선의 자세가 바뀌면, LIDAR가 발진한 레이저광이 조사되는 소행성 표면상의 지점(풋프린트) 위치는 변화한다. 그렇기 때문에 탐사선 위치가 변화하지 않아도 탐사선 자세가 변화하는 것만으로 LIDAR 측정 거리값에 변화가 생기게 된다. 또한 앞에서 말했듯이 이토카와는 복잡한 형상을 가지고 있기 때문에 표면의 요철에 따라서도 측정 거리값이 변화한다. 이러한 측정 거리값의 변화는 기상 처리의 가정 하에서는 모두 탐사선–소행성 중심 거리(HP 좌표계의 Z 좌표값)의 변동으로서 해석되어 버리게 된다.

형상을 고려한 궤도 재추정

앞에서 말한 단순화된 탐사선 위치 추정 방법은 소행성의 형상을 알지 못한 상태여도 기상 처리가 가능하도록 설계된 것이다. 따라서 일단 소행성의 형상을 알고 있으면, 단순화를 하지 않는 정밀도 높은 탐사선 위치 추정을 다시 할 수 있게 된다. ‘하야부사’에서는 앞에서 언급한 형상 추정 작업이 탐사선의 소행성 근방 운용 중에 순차적으로 진행되고, 운용 개시 후 쯤 없어져 초기 형상 모델이 얻어지고 있으며, 또한 그 후에 보다 정밀도가 높은 상세한 형상 모델이 얻어졌다. 이것과 동시에 형상 모델을 이용한 탐사선 위치 재추정도 LIDAR의 이학 팀 주도 하에 실시됐다

1. 원천 정보

동 방법의 주요 원천 정보는 소행성 휘면 중심 정보, LIDAR 측정 거리값, 그것과 소행성의 형상 모델이다. 이외에도 보조 정보로서 탐사선의 자세 정보, 카메라 및 LIDAR의 지향 정보 등을 이용하고 있다. 또한 초기값의 기상 처리에 의한 탐사선 위치 정보 그 자체도 이용한다.

소행성 휘면 중심 정보, LIDAR 측정 거리값, 탐사선 위치 정보, 탐사선 자세 정보는 탐사선에서 다운 링크된 텔레메트리 정보에 포함되어 있다. 소행성 형상은 앞에서 말한 방법으로 형상 모델로 복원되고 있다. 카메라의 방향 정보는 탐사선이 소행성을 향해 항행을 하는 과정에서 실시된 항성 촬영에 의해 교정됐다. LIDAR은 그 기구상, 카메라와 같은 지향 정보의 교정 수단을 갖고 있지 않지만, ‘하야부사’의 경우는 근적외 분광계와의 상호 교정이 실시됐기 때문에 정확한 지향 정보를 얻을 수 있다. ‘하야부사’에는 소행성 표면 물질의 반사 스펙트럼을 관측하기 위한 근적외 분광계 NIRS가 탑재되어 있었다. NIRS는 시야 1픽셀의 광학 관측 기기로, 그 지향 정보는 카메라와 마찬가지로 항성 관측으로 결정 완료였다. LIDAR의 Nb: YAG 광원은 파장 1064nm의 레이저광을 발진하지만, NIRS의 관측 파장 범위는 764～2248nm로 소행성 표면을 조사한 레이저광을 포착할 수 있다. 탐사선의 발사 전에 NIRS와 LIDAR의 광축이 평행이 되도록 조정한 후에, 소행성 근방 운용 중에 NIRS에 의한 LIDAR 반사광을 관측함으로써 발사 후에도 두 기기의 지향이 동축 상태를 유지하고 있는 것이 확인됐다. 이것에 의해 간접적으로 카메라와 LIDAR의 지향 방향도 구할 수 있다.

2. 모의 이미지를 이용한 소행성 방향의 재결정

정확한 소행성 방향을 결정하기 위해서는 소행성 휘면 중심의 시선 방향에 소행성 중심이 있다고 한 단순화를 그만두고, 이미지 상의 휘면 중심과 실제 소행성 중심의 상대 관계를 명확하게 할 필요가 있다. 보통 항법 이미지 데이터는 기상 처리에만 이용되며, 지상에 다운 링크되지 않는다. 정보로서 존재하는 것은 소행성 휘면 중심의 이미지 좌표뿐이다. 그래서 형상 모델과 초기 정보로서의 탐사선 위치 정보 및 탐사선 자세 정보와 카메라 지향 정보를 이용해 항법 이미지의 카메라 시야를 모의한 CG를 작성(그림 3), 모의 이미지 중의 휘면 중심을 구해 소행성 중심과의 상대 관계를 조사했다. 여기에서 얻은 소행성 중심 방향이 실제 그것과 일치하도록 탐사선의 위치를 카메라 시선 방향으로 직행하는 평면상에서 이동시킴으로써 초기 정보보다 정확한 탐사선 위치를 구할 수 있다.

3. LIDAR 풋프린트 위치의 재결정

카메라 시야와 동일한 개념으로, LIDAR 레이저 발진의 지향 방향 벡터와 소행성 표면의 교점을 소행성 형상을 고려한 후에 구함으로써 소행성의 LIDAR 풋프린트 위치를 결정할 수 있다. 이때의 탐사선과 소행성 표면의 풋프린트 사이의 거리가 LIDAR의 측정 거리값에 대응하므로 실제 거리 측정 거리값과 일치하도록 탐사선의 위치를 LIDAR의 지향 방향 선상으로 이동시킴으로써 보다 정확한 탐사선 위치를 구할 수 있다. 

탐사선 위치를 카메라 시선 방향으로 직행하는 평면상에서 이동시키면 LIDAR 풋프린트 위치는 변화하고, 탐사선의 위치를 LIDAR의 지향 방향 선상으로 이동 시키면 소행성 중심 방향이 변하기 때문에 원리상 이상적인 탐사선 위치를 결정하기 위해서는 이상의 처리는 반복할 필요가 있다. 단 탐사선–소행성 사이의 거리가 충분히 크면, 거리를 변화시킨 경우의 카메라 시야의 변화는 적기 때문에 모의 이미지의 반복 작성은 반드시 할 필요는 없다.

4. 적용 범위

이상의 방법에 의한 탐사선 위치의 재추정은 원천 정보인 탐사선에서 텔레메트리가 얻어지는 기간에 대해 적용할 수 있다. 소행성 근방 운용 중에는 전형적으로는 약 2분 간격으로 항법 이미지의 취득과 소행성 이미지의 휘면 중심의 산출이 이루어지고 있었다. 이산적인 탐사선 위치 정보에서 연속적인 탐사선 궤도를 얻기 위해서는 시계열에 따른 탐사선 위치의 보간을 할 필요가 있다. 소행성 근방에서 탐사선에 작용하는 외력은 소행성의 중력과 태양광의 복사압이다. 전자는 단기간에 탐사선과 소행성의 거리가 변화하지 않는 한, 일정하다고 볼 수 있다. 후자도 탐사선의 태양에 대한 자세가 바뀌지 않으면 마찬가지이다. 이 가정 하에서 탐사선 위치의 2차 함수에 의한 보간을 해서 연속적인 탐사선 궤도를 얻었다. 단, 탐사선이 위치 제어, 자세 제어를 위해 스러스터를 분사한 경우는 거기서 한 번 보간 범위를 분할할 필요가 있다.

또한 탐사선이 소행성에 접근해 하강을 계속하는 상황의 경우에도 중력이 거리와 함께 변화하는 것을 전제로 한 함수형으로 보간을 할 필요가 있다. 실제로 2005/11/11에 소행성 착륙 전에 리허설로 실시된 탐사선의 이토카와에 대한 자유낙하 운용 시의 탐사선 궤도에 대해, 이 방법으로 결정된 보간계수로부터 소행성의 질량 추정이 이루어졌다.

그림 3. ONC-T/AMICA에 의한 이토카와의 이미지(왼쪽)와 같은 시각의 모의 이미지(오른쪽)

모의 이미지에서 소행성 이미지의 윤곽을 추출, 왼쪽의 실제 이미지에 이미지 중의 위치를 맞춰 겹쳐서 그리고 있다. 기상 처리에 의한 탐사선 위치 정보를 이용한 경우, 모의 이미지 중의 소행성 위치는 30m 정도의 오차를 갖는다(점선). 재추정된 탐사선 위치 정보를 이용하면, 실제 소행성 위치와 수 m 이내에서 일치하는 모의 이미지를 얻을 수 있다(실선). 또한 실제 기상 처리에서는 광각의 ONC-W1에 의한 촬영이 이루어지고 있었지만, 여기서는 비교를 위해 다운 링크된 ONC-T의 이미지와 그 모의 이미지를 나타내고 있다(이미지 ID: ST_2423247750 (2005/10/01 09:51:51(UTC) 촬영)).

5. 결과

지금까지 설명한 방법에 의해 소행성 근방 운용 중인 탐사선의 궤도를 대부분의 기간에 대해 높은 정밀도로 결정할 수 있었다(그림 3, 그림 4). 이 개량 궤도 정보는 ‘하야부사’ 이학 팀의 데이터 분석 시에 이용되어 앞에서 언급한 소행성 질량의 추정을 가능하게 했으며, 카메라, 분광기, 그리고 LIDAR 자체에 의한 소행성 관측 데이터의 관측 위치를 정밀도 있게 동정하는데 도움이 됐다. 또한 관측 기기 데이터의 일반 공개와 동시에 개량 궤도 정보도 아카이브 데이터로서 공개되어 현재에도 널리 행성 과학 커뮤니티에 이용되고 있다.

그림 4. 2005/10/1 00:00-12:00(UTC)의 탐사선 궤도 (HP 좌표계)

기상 처리에 의한 탐사선 위치(Initial)와 재추정된 탐사선 위치(Corrected)에 대해 플롯했다. 기상 처리에 의한 탐사기 위치에서 생기고 있던 부자연스러운 탐사선 위치의 변위 등이 재추정에 의해 해소되고 매끄러운 궤도가 복원됐다.

하야부사 2의 LIDAR를 이용한 탐사선 위치 추정

마지막으로 ‘하야부사’의 후속기인 ‘하야부사 2’의 탐사선 위치 추정의 시도에 대해서도 간단히 다루기로 한다. ‘하야부사 2’는 2017년에 발사된 후, 2018년 6월에 목적지인 소행성 류구에 도착, 2019년 11월까지 근방 운용을 계속했다. 그 동안, 소형 착륙선인 로바의 투하, 소행성 물질의 시료를 샘플링하기 위한 착륙, 소형 충돌장치에 의한 인공 크레이터 형성 실험 등을 실시했다. 2020년 겨울에 지구로 귀환, 소행성 물질의 시료를 담은 캡슐을 분리시켜 지상에서 회수할 예정이다.

탐사선 자체의 기본적인 하드웨어 구성과 운용은 ‘하야부사’를 답습하고 있다. 그렇기 때문에 ‘하야부사’와 마찬가지로 운용 후 최초로 얻어진 탐사선 궤도 정보에는 오차가 포함되어 있다. 이 문제를 해결하기 위해 ‘하야부사 2’에서도 몇 가지 방법을 통해 후해석에 의해 탐사선 위치의 고정도 재추정을 하고 있다. LIDAR 측정 거리값과 소행성의 형상 모델을 이용하는 점에서 이 글에서 소개한 ‘하야부사’의 탐사선 위치 추정 방법과 공통점이 있지만, ‘하야부사 2’에서는 근방 운용의 초기 단계에서 SPC에 의한 고정밀 형상 모델을 이용할 수 있기 때문에 LIDAR 측정 거리값의 시간 프로파일, 즉 소행성 표면의 지형 프로파일을 형상 모델의 표면 요철 패턴과 비교해 오차를 최소화시키는 탐사선 위치를 마르코프 체인 몬테칼로법(Markov chain Monte Carlo methods, MCMC)으로 추정하는 방법이 도입되어 있다. 또한 MCMC법에 의한 탐사선 위치 정보에 소행성 휘면 중심 위치 정보를 더한 후에, 궤도 역학적 해석을 해 탐사선 궤도를 추정하는 시도도 이루어지고 있다.

히라다 나루, 아이즈대학 우주정보과학연구센터