[사이언스 포커스]우주를 감시하라

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아리랑 3호가 정상궤도 안착에 성공했다. 이로써 우리나라는 지구를 감시하는 눈을 3개(국가운영 지상관측)나 가지게 됐다. 하지만 지구 궤도를 도는 위성 자체는 어떻게 감시할까. 지구에서 우주를 보는 눈. 바로 우주감시기술이다. 우주감시기술이 우주강국의 새로운 바로미터로 떠올랐다.

한반도 상공에는 매일 700여개 위성이 통과한다. 세계적으로 3000개 인공위성이 우주공간에서 운용된다. 우주 잔해물 숫자는 2만 여개 이상으로 추정된다. 우주 잔해물은 폐기된 인공위성, 발사체 부산물, 우주 물체 충돌로 발생한 파편 등을 말한다. 우주 물체가 늘면서 위성 간 충돌, 우주 잔해물의 대기권 재진입 사례도 증가하고 있다. 지난 3년 동안 매년 80톤 이상 우주 잔해물이 지상으로 떨어진 것으로 추정했다.

우주감시기술에는 우주물체를 관측하고 추적하기 위해서 필요한 기술이 포함된다. 대표적 기술로 광학 시스템이 있다. 망원경으로 위성 궤적을 관측해 데이터를 만든다. 광학시스템은 다양한 물체를 제한 없이 관측한다. 개발비용도 저렴하다. 하지만 야간에만 볼 수 있고 기상조건에 영향을 많이 받는다.

레이저를 위성에 발사해 위성까지 거리를 측정하는 방식은 `레이저 시스템`이다. 대개 고도 2만km까지 감시할 수 있다. 주·야간 관계없이 감시가 가능하며 정밀한 거리 측정에 유리하다. 하지만 반사경이 달린 위성 이외 우주 물체는 관측이 힘들다.

많은 물체를 빠르게 관측할 수 있는 `레이더 시스템`도 있다. 전파를 발사해 거리를 측정하는 방식이다. 장비 가격이 비싸고 1500km정도만 관측 가능하다. 이들 레이저·광학·레이더 시스템 모두 땅에 관측소를 설치하는 `지상기반 감시 체제`다.

위성에 직접 감지기를 탑재한 시스템도 있다. `우주기반 감시 체계`는 위성에 달린 시각감지기나 관측 장비를 사용한다. 때문에 직접적인 탐지와 추적이 가능하다. 주변에 존재하는 위성·우주물체 뿐 아니라 우주환경 변화도 확인할 수 있다. 대표적인 감시대상이 태양활동이다. 지구는 태양활동에 크게 영향을 받는다. 흑점이동, 플레어, 자기폭풍 등 태양활동이 지구에 영향을 미칠 때 통신기기 오작동을 일으키기도 한다. 지구 궤도를 도는 위성도 마찬가지다. 지구 자기장에 의해 고에너지 입자들이 포획돼 방사선이 강한 지역을 방사선대라고 한다. 태양활동에 영향을 받은 이 지역의 고에너지 입자들은 위성 오작동을 유발한다. 관측 장비를 탑재한 관측위성은 지구 궤도를 돌며 태양활동에 의한 지구 주변 우주환경을 감시한다.

우주감시 활동은 대부분 선진국을 중심으로 이뤄진다. 미국은 북미방공사령부(NORAD) 산하 4개 전자광학추적소, 20여개 레이더 감시시설, 8개 레이저 추적시설을 운영 중이다. 중국은 7개 레이저를 운영 중이며 12개소를 추가할 예정이다. 러시아는 미국과 유사한 광학우주감시시설과 9개 인공위성 레이저 추적시설을 운영 중이다. 유럽도 19개 레이저 추적시설을 보유하고 있다. 일본은 1998년 북한 광명성 사건 이후 5개년 계획으로 광학·전파감지시설 구축을 완료했다. 일본이 운용 중인 감시 시스템은 `시마사토(레이저추적시스템)` `거츠(위성추적시스템 제어동)`등 이다.

우리나라도 우주 감시체계 중요성을 깨닫고 우주물체 감시체계 기술개발을 `국가어젠다프로젝트(NAP)`로 선정해 2008년(레이저)과 2011년(광학)부터 기술개발을 시작했다. 레이저 관측에 230억원, 전자광학 관측에 240억원이 투입된다.

지금까지는 우리가 직접 운용하는 위성을 제외한 미확인 위성 등 우주물체에 대한 정보는 미국 북미방공사령부(NORAD)를 의존한다. 김재혁 한국천문연구원 우주감시사업센터 연구원은 “NORAD에서 제공하는 데이터를 분석해 우주물체 위치와 이동경로를 추적한다”며 “정보 제공 여부는 NORAD가 결정하기 때문이 얻을 수 있는 데이터는 제한적이다”고 말했다.

우리나라의 실질적 우주 감시체계 운영은 2017년부터 시작될 전망이다. 천문연은 기술개발이 시급한 전자광학 기술개발 완료를 2016년, 중간 정도 시급성을 가진 레이저 기술은 2013년에 확보한다는 목표다. 우주기반감시시스템의 경우 오는 9월 미 항공우주국(NASA)에서 발사하는 관측위성 `RBSP`가 보내오는 데이터를 천문연에서 수신할 예정이다. 천문연은 29일 RBSP 수신안테나 준공식을 개최한다.

한국 우주감시체계 구축 단계별 목표

(자료 : 한국천문연구원)

권동준·

윤대원기자 yun1972@etnews.com