지구의 아마추어 무선 통신사들이 보낸 음성 명령으로 궤도상의 ESA 위성이 '둠(Doom)'을 재생하다

오슬로 지역의 한 아마추어 무선 그룹은 Tanagra Space와 협력하여, 지구를 통해 전송된 음성 명령에서 특정 단어를 포착한 후 유럽우주국(ESA) 위성이 1993년 게임 '둠(Doom)'을 인식하고 실행하도록 만들었습니다. 폴란드의 한 그룹과 공유된 이 과정은 총 일곱 번의 시도가 필요했으며, 같은 달 말기인 7월에 마지막 두 번의 명령이 마침내 성공했습니다. 이 위성은 온보드 음성 모델(27 MB)이 오디오를 전사하고 매처(matcher)의 도움을 받아 임무를 '이해'한 후, 발사 세부 정보가 담긴 엽서를 반환했습니다.

이 위성은 OPS-SAT PRETTY라는 이름으로 불리며 ESA의 OPS-SAT Space Lab 프로그램에 따라 외부 실험용으로 비행하고 있습니다. 이 위성에서 실행된 게임은 'PRETTY DOOMed'라는 재치 있는 이름의 실험을 거쳤습니다. 이전에도 2023년에 OPS-SAT-1이라는 다른 위성에서 둠(Doom)이 실행된 사례가 있었지만, 이번 경우는 음성 명령과 함께 게임이 실행되었다는 점에서 다릅니다.

Postcard composed aboard a satellite, showing a Doom gameplay frame and the onboard transcription: “AND FAR BRIEFLY PLAYING DOOM STEAM DOOM PRECIPATED”

(이미지 출처: Tanagra Space (Doom 프레임: id Software))

해당 명령을 전송한 무선 클럽은 노르웨이 무선 중계 리그(Norwegian Radio Relay League) 소속의 LA4O입니다. 이 아마추어 통신사들이 실험의 일환으로 송신했습니다. 해당 클럽의 신호는 Icom IC-9700 라디오와 15.1 dBi의 Wimo helix 안테나를 사용하여 수작업으로 지향된, 약 80W의 1296 MHz 협대역 FM(narrowband FM)을 통해 전송되었습니다. 음성 명령에 관해서는, 오전 통신인 Run 6에서는 키어(keyer)에서 루프된 합성 음성을 사용했으며, 여섯 번의 포착 중 세 번이 해당 명령을 감지했습니다. 저녁 통신인 Run 7에서는 마이크 앞에서 실제 운영자가 참여했으며, 다섯 번의 사용 가능한 포착 중 한 번이 이를 감지했습니다.

실제 운영자의 명령은 “LIMA ALFA FOUR OSCAR, PRETTY PLAY DOOM DOOM DOOM, PRETTY PLAY DOOM DOOM DOOM”이었습니다. 이 호출 부호(call sign)는 법적 식별을 위한 것입니다.

위성 내부에서는 음성이 27MB의 양자화된 영어 음성 인식 모델(quantized English speech-recognition model)로 전사되었습니다. 이 모델은 위성의 제한적인 컴퓨터에 탑재될 수 있기 때문에 선택되었습니다. 음성은 소프트웨어 정의 라디오(SDR, Software-Defined Radio)를 통해 처리되었으며, SDR은 음성에 초점을 맞추고 음성 모델을 위한 소스를 복조(demodulate)할 수 있었습니다. 신호의 튜닝 및 복조는 일반적으로 고정 회로(fixed circuits)에서 처리되지만, 소프트웨어를 사용하면 업로드된 업데이트를 통해 변경 가능성(mutable)이라는 장점이 있습니다. 프로젝트 책임자인 Georges Labrèche에 따르면, 이번에 사용된 음성은 "단지 테스트 신호일 뿐"이며, 동일한 설정은 새로운 모델을 사용하여 다른 것들을 처리할 수 있습니다.

실시간 음성 전사에서는 "AND FAR BRIEFLY PLAYING DOOM STEAM DOOM PRECIPATED"라는 문구가 포착되었으며, 이는 정확한 'DOOM' 일치 2건을 포함했습니다(비록 하나만으로도 충분했지만). 아침에 감지된 것들은 "PLAY DOON"과 같은 전사본에서 퍼지 허용 오차(fuzzy tolerance)를 통해서만 통과되었습니다. 이 성과는 이해되는 측면보다는, 궤도의 잡음 속에서 음성과 특정 명령을 구별하는 것에 더 중점을 두고 있습니다.

이것은 까다로운 작업일 수 있으며, 이 때문에 일곱 번의 시도가 필요했고 업데이트가 가능했다는 점이 유용했습니다. 우주선은 LA4O를 들었지만, 신호가 약 ±5 kHz인 경우에 170kHz 정도가 FM 판별기(FM discriminator)에 도달했기 때문에 출력은 대부분 정전기 잡음이었습니다. 오프라인 분석을 통해 해결책이 나왔습니다: 복조 전에 ±100 kHz 내에서 피크를 찾고, 베이스밴드(baseband)로 이동시키며, 저역 통과 필터링(low-pass), 그리고 디시메이션(decimate)을 수행하는 것입니다. 이는 사실상 자동차 라디오를 특정 방송국에 맞추는 것과 같습니다.

이후 Tanagra는 이 수정 사항을 재현하여 불필요한 오디오 필터(redundant audio filter)를 제거할 수 있었습니다. 이 수정 사항이 전달되는 데는 약 일주일이 걸렸지만, Oslo 그룹의 노력은 59일과 약 7,200 NOK (피자 포함 $770 상당)가 소요되었습니다.

Tanagra는 원본 데이터를 보존하고 이를 지구로 다시 전송하는 반복 실행(repeat runs)을 제안하여 연구원들이 라이브 음성 결과(live-voice result)를 제대로 테스트할 수 있게 합니다. 또한, 더 큰 스피치 모델(speech models)을 사용하면 탐지 성능을 높일 수 있으며, 팀은 이를 먼저 지상에서 테스트할 수 있습니다. Labrèche에 따르면, 팀은 “모든 유형의 전파 신호(radio signal)를 들을 수 있는 위성”을 시연했습니다. 바라건대, 이 장비는 언젠가 우주에서 발생하는 “조난(mayday)” 호출이나 심지어 전파 폭발(radio bursts)까지 탐지할 수 있을 것입니다.