[에듀플러스]이공계 진로 특강〈3〉위성군단을 이용한 디지털지구 “초소형 군집위성 트렌드…동일 지역 재촬영 가능하고 지구 촬영 기회 많아져”

유대훈 한국항공우주연구원 선임연구원 특강

미국 플래닛(planet) 사의 초소형 위성 '도브(dove)'.

〈연재순서〉

①2035년 유망 직업·의공학과 빅데이터

②슈퍼컴퓨터를 활용한 공학 시뮬레이션 세계

③위성군단을 이용한 디지털지구 만들기 대작전

④사이버 세상의 보이지 않는 인프라, 인터넷 기술

⑤멀티모달 인공지능의 대모험:세상 밖으로 나아가다!

⑥4차산업혁명의 핵심기술인 이차전지 기술

⑦초고성능 컴퓨팅으로 풀어나가는 은하 형성의 수수께끼

⑧블랙홀을 추적하는 천문학자들

⑨대한민국 달 궤도선 '다누리'-개발과 여정

⑩핵융합과 1억도 플라즈마의 비밀

지구관측위성은 인공위성의 대표 종류 중 하나로, 지구 주위를 돌면서 지표면을 촬영한 위성영상을 지상으로 송신하는 임무를 수행합니다. 지구관측위성 최신 트렌드가 뭐냐고 묻는다면, '초소형'과 '군집'이라고 이야기 할 수 있어요. 초소형위성은 말 그대로 크기가 매우 작은 위성을 의미하고, 군집 위성은 다수의 위성이 무리를 지어 임무를 수행하는 운용 형태를 의미합니다.

이 두 키워드를 합치면 매우 작은 위성이 무리를 지어 임무를 수행하는 '초소형 군집위성'이 됩니다. 동일한 기술력을 가정한다면 위성의 크기가 클수록 위성 카메라의 성능이 우월할 텐데 왜 비교적 성능이 떨어지는 초소형위성을 다수 운용하는 것이 최신 트렌드가 됐을까요?

안녕하세요. 저는 유대훈 한국항공우주연구원 선임연구원입니다. 이번에는 지구관측위성의 최신 트렌드를 통해 위성군단을 이용한 디지털지구 만들기에 대해 이야기하려고 합니다.

이를 이해하기 위해 인공위성 궤도의 기본 원리와 특성을 알아야 합니다. 인공위성은 궤도에 따라 크게 극궤도(저궤도) 위성과 정지궤도 위성으로 구분됩니다. 극궤도 위성은 지구 남극과 북극을 통과하는 궤도를 가집니다. 정지궤도 위성은 적도면에 위치하면서 지구의 자전 속도와 동일한 속도로 지구를 공전해 지표면에서 바라봤을 때 마치 정지해 있는 것처럼 보이는 궤도를 가진 위성입니다.

극궤도 위성은 지구 자전 영향으로 지구 전역을 관측할 기회를 가지는 장점이 있지만, 동일한 지역을 재방문할 때까지 많은 시간이 걸린다는 단점도 있습니다. 정지궤도 위성은 특정 지역을 상시 관측할 수 있다는 장점이 있지만 관측 지역 반대편은 관측이 불가능합니다.

지구관측위성에 탑재된 카메라는 인간 눈이나 스마트폰 카메라와 마찬가지로 지표면에서 멀리 있을수록 관측 대상을 자세히 관측할 수 없습니다. 정지궤도 위성은 지구 자전 속도와 동일한 공전 속도를 가지기 위해 약 3만6000km 상공에서만 정지궤도 유지가 가능해 지표면을 상세히 관측하기 어렵습니다. 극궤도 위성은 다소 낮은 고도인 400~2000km 상공에서도 운용이 가능해 지표면을 자세하게 관측할 수 있습니다.

정리하면, 극궤도 위성은 지구 전 지역 고해상도 위성영상을 촬영할 수 있지만 동일한 관측 지역을 재방문하는데 오래 걸리고, 정지궤도 위성은 지구 한 면을 상시 촬영할 수 있지만 거리가 멀어 위성영상의 해상도가 낮습니다. 두 위성의 단점을 보완하고자 제시된 운용개념이 초소형 군집위성입니다.

군집위성 기본 운용개념은 더 많은 초소형 위성을 제작해 촬영 기회를 획기적으로 높이는 것입니다. 고성능 대형 위성은 개발 기간이 길고, 개발 비용이 비싸기 때문입니다. 1기의 극궤도 위성으로 지구를 관측하면 동일 지역을 재관측하기 위해 최소 하루 이상의 기간이 필요합니다. 이마저도 다른 각도로 촬영하는 조건이며, 동일한 각도로 촬영하는 조건을 가정하면 20일 이상 기간이 지나야 같은 지역을 동일한 각도로 촬영할 수 있습니다. 하지만 16기의 위성을 운용하면 두 시간 만에 동일 지역 재관측이 가능하고, 100기 위성을 운용하면 15분 만에 동일 지역 재관측이 가능합니다.

미국 플래닛(Planet)에서는 약 200대 초소형위성을 군집 운용해 농업, 도시계획, 가뭄 등 다양한 분야에서 활용하는 위성영상 서비스를 제공합니다. 우리나라는 초소형 군집위성 트렌드에 맞춰 2027년까지 11기 광학 위성을 운용하는 '초소형위성 군집시스템' 사업과 2030년까지 40기 레이더(SAR) 위성을 운용하는 '초소형위성체계'사업을 진행 중입니다. 대한민국 우주 기술이 발전함에 따라 앞으로도 다양한 형태의 초소형 군집위성이 개발될 전망으로 보입니다.

공동기획:에듀플러스·국립중앙과학관

마송은 기자 running@etnews.com