여름옷 넣어! 여름옷 넣지 마! 여름옷 넣고 가을옷 꺼내! 여름옷 다시 꺼내! 9월의 날씨는 마치 청기백기 게임처럼 왔다 갔다 했습니다. 가끔 변덕스러운 날씨 때문에 여름옷을 입어야 할지 상의를 준비해야 할지 고민하게 되는 날씨가 이어졌습니다. 게다가 올 여름에는 역대급 폭우가 내려 많은 인명 피해와 재산 피해가 발생했습니다.
이처럼 기후변화가 심화됨에 따라 기상관측의 중요성이 점점 높아지고 있습니다. 여러분도 매일 외출 전 기상 정보 체크가 루틴이 되신 분들도 많으실 텐데요. 기상 정보를 전달하는 인공 위성에는 어떤 기술이 포함되어 있는 것일까요. 기상 관측 외에 어떤 임무를 수행할까요? 우주의 눈, 인공위성을 탐구해 봅시다.
인공위성의 비밀을 알리는 전문가는 KAIST 인공위성연구소 선임연구원으로 국내 최초의 인공위성 ‘우리별 시리즈’ 개발에 참여한 김도현 박사입니다! 현재는 국내에서 유일하게 위성 시스템을 개발하고 수출하는 세트릭아이 위성 전문가로 맹활약하고 있는 분입니다. 대한민국의 인공위성 No.1인 만큼 인공위성에 대한 질문 공세를 마음껏 펼칠 예정입니다.
① 지구를 한눈에! 지구 관측 위성
이 사진은 36년간 인공위성에서 촬영한 알래스카 지역 영상의 캡처 사진입니다. 빠른 속도로 눈이 녹아가는 것을 확인할 수 있어 기후변화의 심각성을 일깨워줍니다. 중력으로 지상에 발을 붙이고 살아가는 인간은 절대 볼 수 없는 지구의 모습을 포착해 준 것이 기상위성입니다. 눈이 녹아가는 속도를 체감하고 싶다면 이번 우주 수다를 만나보세요. 🙂
36년간 지구를 관측해 기후변화를 세상에 알린 위성은 랜드샛(LandSat)입니다. 1972년 이후 육지 자원과 환경 관측을 목적으로 발사된 랜드샛은 지구를 돌면서 지질 구조, 지구의 온도 분포 정도, 식물 분포 상태, 암석의 질 등의 정보를 포착해 수신국에 전해오고 있습니다. 스마트폰 앱을 통해 실시간으로 위성 지도를 볼 수 있는 것도 랜드샛 덕분이라고 합니다.
한 위성이 어떻게 장수명을 유지하면서 관측 임무를 맡을 수 있는지 궁금하신 분들은 많으시죠? 랜드샛은 하나가 아니라 시리즈처럼 몇 개 있습니다. 랜드샛이 50년 가까이 자료를 쌓아가는 비결이기도 합니다.
2021년 9월에 발사된 랜드샛 9호도 지구 관측에 힘을 쏟고 있습니다. 순차적으로 발사되는 랜드샛 위성은 전작보다 한층 업그레이드하여 만듭니다. 랜드샛 9호는 전작 8호보다 물과 숲을 찍을 때 어두운 영역의 미묘한 차이까지 구분할 수 있습니다. 7호가 파장의 색깔에서 256개의 음영을 감지하면 9호는 1만6000개 이상을 구분할 수 있습니다.
인공위성의 수명은 약 7년에서 10년입니다. 길게는 15년 정도까지 사용할 수 있대요. 수명이 다한 인공위성은 지상으로 바로 떨어지는 것이 아니라 오랜 시간 지구 궤도를 돌아요. 랜드샛 9호는 설계 수명을 10년 이상으로 설정한 것으로 알려져 있습니다. 앞으로도 오래도록 지구의 모습을 생생하게 담은 사진을 전해주셨으면 좋겠습니다.
랜드샛처럼 지구를 관측하는 위성은 환경 감시 외에도 자원 탐사와 재해 재난 관측에 목적을 두고 있습니다. 지구관측위성은 낮에 찍는 광학위성, 밤 또는 구름 뒤에서 찍는 레이더 위성으로 분류됩니다. 지구 관측 위성은 우주를 돌고 있는 인공 위성 중 가장 높은 비율을 차지하는 위성 중 하나입니다. 그럼 활용률이 높은 다른 위성은 어떤 것일까요?
② 실시간 생중계의 행복, 통신위성
그것은 먼 해외 손흥민 선수의 축구 경기도 실시간으로 볼 수 있는 통신 위성입니다! 해외 스포츠 경기를 중계하는 캐스터가 “이 경기는 지금 위성 생중계로 전하고 있습니다”라고 말하는 것을 들어본 적이 있습니까? 이 통신 위성 덕분에 한국에서도 스포츠 중계를 생생하게 시청할 수 있는 것입니다.
통신 위성은 정지 궤도 위성입니다. 정지 궤도 위성이란 공전 주기를 지구의 자전 주기와 합친 위성을 말합니다. 지구의 자전 주기에 맞춰 돌아가도록 설계한 이유는 집중적인 교신이 필요하기 때문입니다. 적도 주변에 여러 대 배치한 덕분에 한 곳에 집중하는 동시에 빠른 교신도 가능합니다. 지상에서 관측하면 정지된 것처럼 보이지만 지구와 같은 속도로 바쁘게 돌아가고 있다는 사실!
원리를 간단하게 설명하면 이렇게 됩니다. 미국에서 열리는 스포츠 경기의 경우 미국 위에 있는 인공위성이 수신한 후 여러 위성을 거쳐 한국에 있는 한국 위성과 교신한다고 합니다.
실시간 스포츠 중계는 어느 정도의 시간적 오차가 존재하는 걸까요? 적어도 몇 분 정도는 차이가 날 거라고 생각하시는 분들도 많으실 텐데요. 이 시간적 오차인 레이턴시를 줄이기 위해 최근에는 저궤도 위성을 도입하고 있다고 합니다. 고도 500~1000km 정도의 저궤도 위성은 지구 주위를 90~100분 주기로 공전합니다. 그렇기 때문에 많은 개수가 필요하다는 것이 단점입니다. 그러나 시간차를 최소화한 중계는 물론 높은 관측 해상도로 지구 전체의 표현 관측에도 유용하게 사용되고 있습니다.
③ 국가안보 이상 없다! 군사 위성
군사적 목적을 위해 만들어진 군사위성도 있습니다. 군사 목적의 위성은 냉전 시대에 미국과 소련이 대립하여 만들어졌는데요. 현재는 미국이나 러시아 이외의 나라에서도 군사 목적의 위성을 운용하고 있습니다.
군사 목적의 위성이란 미사일이 발사되는 무서운 살상 무기가 아닐까 생각될지도 모릅니다. 군사위성은 화상정보 등을 수집하는 정찰위성, 탄도미사일이나 핵폭발을 탐지하는 조기경계위성, 바다를 감시하는 해양감시위성, 군사통신 중계소 역할을 하는 군사통신위성 등으로 분류됩니다.
기상 위성, 통신 위성, 군사 위성 외에 우주 과학 실험을 실시하는 과학 위성도 있다고 합니다. 순수한 지구과학을 연구하거나 상업위성을 개발하기 전에 새로운 기술을 가미하기 위한 연구를 진행하는 것이 목적입니다.
④ 인공위성 어디까지 발전했나?
여러 위성을 효율적인 비용으로 발사하는 것의 중요성이 강조되고 있는 뉴 스페이스 시대입니다. 2015년 스페이스X에서 재사용 로켓 팰컨(Falcon)9 발사에 성공하면서 발사 비용이 크게 절감되었습니다. 이전에는 발사체로 인공위성을 발사한 뒤 분리된 로켓이 그대로 폐기됐지만 팰컨9은 지구로 재진입해 역추진을 통해 지상에 착륙합니다. 연료만 주입하면 다시 발사할 수 있어 경제적입니다.
발사 비용이 낮아진 만큼 위험 부담도 줄어든 덕분에 위성 몇 대를 로켓 하나에 실어 한꺼번에 쏘아 올리는 추세이기도 합니다. 그 중 몇 대가 부서져도 다시 발사하면 되니까요.
현재 지구를 돌고 있는 인공위성은 모두 몇 대일까요? 현재 운용 중인 인공위성만 4천여 대라고 합니다. 사진상에 보이는 적도 주변의 파란색 점은 모두 별이 아니라 정지 궤도 위성입니다. 붉은 점은 수명을 다한 위성입니다. 지구 근처에 붙어 있는 파란 점이 바로 현재 운용 중인 저궤도 위성입니다.
박사님이 개발에 참여하신 센트럴 아이 위성도 한 번 살펴볼까요? 스페인에 공급된 데이모스 2(DEIMIS-2)는 지구 관측 위성입니다. 올해 월드컵이 개최되는 카타르 칼리파 국제경기장도 선명한 해상도로 촬영할 수 있습니다. 먼 우주에 떠 있어도 1m 해상도로 사진을 찍을 수 있는 고성능 위성이거든요.
현재는 1m를 넘어 0.3m급 해상도 촬영이 가능한 인공위성 스페이스 아이티(Space 아이티)를 준비 중이라고 합니다. 0.3m급이란 위성사진의 1픽셀로 지상 30cmx30cm의 면적을 표시할 수 있다는 뜻입니다. 우주 상공에서 차량의 종류까지도 식별할 수 있는 수준입니다. 곧 우주에서 사람의 얼굴을 인식하는 것까지도 가능해지는 시대가 올 것 같지 않습니까?
위성사진의 원리에 대해 더 자세히 알고 싶다면 아래 게시물을 참조하십시오.휴대전화나 인터넷 지도로 전 세계의 위성사진을 손쉽게 볼 수 있는 시대. 여러분은 우주에 떠있는 인공… blog.naver.com
이것이 바로 실제 크기의 1/20 스페이스 아이-T 모형입니다. 역대급 해상도를 자랑하는 이 위성 어떤지 궁금하시죠? 한번 봅시다:)
관측이 목적인 만큼 눈 역할을 하는 카메라가 가장 중요합니다. 인공위성 카메라는 망원경 역할을 합니다. 초정밀 촬영을 위해 안쪽에 거울을 장착했습니다.
로켓에 탑재될 때는 4개의 태양 전지판을 접습니다. 궤도에 오른 후에 태양전지 패널을 펼쳐서 우리가 알고 있는 인공위성 형태로 우주에서의 임무를 시작합니다. 데이모스2를 능가하는 스페이스아이티의 활약이 벌써부터 기대됩니다!
스페이스 아이티는 다른 나라의 침범을 사전에 발견하기 위한 군사위성으로 활용될 예정이라고 합니다. 게다가 대형 쇼핑몰 주차장에 있는 차량 대수를 세어 방문객의 인사이트를 확보하는 등의 상업적 목적으로도 활용할 수 있다는 것입니다. 원래는 인간이 직접 수동으로 세야 했는데 번거로운 일을 인간 대신 인공위성이 맡는 겁니다.
인공위성의 발달이 SF영화만큼이나 환상적인 모습을 인간에게 보여주고 있는 시대입니다. 우주과학의 발전으로 SF영화가 재미없는 날이 올 수도 있지 않을까요?:) 인간의 삶을 풍요롭게 해주는 인공위성의 모든 것이 궁금하다면, 이번 <우주수다-인공위성>편을 만나보세요!
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