[경상시론]인공위성 : 또 하나의 미래

인공위성(人工衛星)은 인공적으로 행성(지구, 화성 등)이나 위성(지구의 위성 달) 주위를 원 또는 타원궤도로 공전하도록 만든 물체들을 말한다. 이는 비행하는 궤도의 고도에 따라 정지위성과 이동위성으로 나누어지고, 사용 목적에 따라 통신위성, 방송위성, 기상위성, 과학위성, 항해위성, 지구관측위성, 기술개발위성, 군사위성 등으로 구분된다.

인공위성은 로켓(발사체)에 의해 대기권 밖의 궤도까지 올라가며 계속 공전하기 위해서는 수평방향으로 초속 7.9km 이상의 속도가 필요하다. 이는 지구 밖으로 상당히 멀리 떨어져 나갈 수 있지만 지구의 중력 때문에 결국 지구 쪽으로 다시 되돌아오게 되고, 지구가 인공위성을 잡아당기는 인력과 회전에 의한 원심력이 서로 평형을 이루어 ‘타원궤도’로 지구를 공전하게 된다. 그런데 속도를 더 크게 해서 어떤 한계를 넘게 되면 인공위성은 다시는 지구로 되돌아올 수 없게 우주 공간으로 나가게 된다.

인공위성이 도는 궤도의 높이가 높아질수록 만유인력의 법칙에 의해 지구의 인력이 약해지므로, 도는 데 필요한 속도는 느려도 된다. 그 대신 인공위성이 지구를 한 바퀴 도는 데 필요한 시간(공전주기)은 보다 길어진다. 인공위성의 궤도가 3만6000km에 이르면, 위에 설명한 계산에 의하면 지구 주위를 도는 인공위성의 주기는 24시간이 돼 지구 자전 주기와 같아진다. 그러므로 인공위성을 적도 위에서 이 궤도로 올리면, 위성은 지구와 함께 돌게 되고 마치 머리 위에 멈추고 있는 것처럼 보인다. 이 위성을 ‘정지위성’이라고 부른다. 또 정지궤도 이외의 궤도를 비행하는 것은 이동위성으로 대부분 정지궤도위성보다 낮은 궤도를 비행한다.

인류 최초의 인공위성은 구(舊) 소비에트연방공화국(소련, 현재의 러시아)에서 1957년 10월4일에 발사한 스푸트니크 1호로 대기에 관한 여러 자료를 기록하고 전송할 수 있도록 만들어졌다.

대한민국 최초의 인공위성은 KAIST(한국과학기술원)에서 제작해 1992년 8월11일 발사한 과학실험용 우리별 1호다. 이후 KAIST에서 제작한 과학기술위성(STSAT), KT의 상용 방송통신 위성인 무궁화(KOREASAT) & 올레(KOREASAT), KARI(한국항공우주연구원)의 다목적실용 위성 아리랑(KOMPSAT), KARI의 기상관측위성 천리안(COMS)이 발사됐다.

지난 4월24일 뉴질랜드에서 국내 최초 양산형 초소형 군집위성 ‘네온샛(NEONSAT) 1호’가 성공적으로 발사됐다. 초소형 군집위성은 낮은 고도의 궤도를 도는 작은 위성을 말한다. 이번에 발사된 1기를 시작으로, 2026년 및 2027년에 각 5기씩, 총 10기의 위성이 한국형 발사체 누리호에 실려 후속 발사될 예정이다. 이렇게 발사된 위성은 5기, 6기씩 군집을 이루어 지상 500km 높이에 있는 2개의 궤도를 돌 예정이다. 또한 위성에는 컬러로는 4m, 흑백으로는 1m의 물체까지 구분할 수 있는 고해상도 광학카메라가 탑재된다. 초소형 군집위성의 가장 큰 이점은 재방문 주기의 단축과 군집위성의 특징에 따른 데이터양의 증가라고 할 수 있다. 예를 들어, 특정 지역에 산불이 난 경우, 일반 인공위성의 재방문 주기가 3~4일로 산불의 시작과 끝 정도만 관측할 수 있다. 하지만 재방문 주기가 하루 3~4번인 초소형 군집위성을 이용하면 산불이 진행되는 방향과 속도까지 기록하고 분석할 수 있다.

현재 세계적으로 연간 120~140개의 인공위성이 발사되고 있으며 일론 머스크의 스페이스 엑스와 같이 우주 민간사업도 활발히 진행 중이다. 세계는 바야흐로 우주 탐사시대에 돌입해 치열한 경쟁을 하고 있다.

지난 4월27일 우주 경쟁시대에 뒤떨어지지 않기 위해 그에 걸맞게 대한민국의 우주시대를 열고 갈 우주항공청(KASA)이 정식 출범했다. 초소형 군집위성이 발사되는 New space 시대에서 우주항공청은 새로운 발사체의 개발뿐만 아니라 양자암호통신을 통한 네트워크 구축, 바이오 소재와 진공 환경에서의 신약 개발 등 우주에서 적용할 수 있는 새로운 분야의 발견과 적용을 목표로 하고 있다. 앞으로 우주항공청의 역할에 사뭇 기대가 크다.

하양 울산과학대 전기전자공학부 교수