우주에 올라간 천리안위성 2B호 상상도.
지난 4일 한국항공우주연구원은 정지궤도 인공위성인 ‘천리안위성 2B호(이하 천리안 2B)’의 모습을 공개했습니다. 정지궤도 인공위성은 상공 3만6000㎞ 고도에서 지구와 동일하게 회전하기 때문에 지구에서 보면 항상 같은 위치에 떠 있는 것처럼 보이는 위성이에요. 천리안 2B는 내년 2월 우주를 향해 쏘아질 예정인데요. 우주로 날아가기 전 천리안 2B를 소중 학생기자단이 직접 눈으로 보고, 연구원을 만나 인터뷰도 했습니다. 인공위성에 대한 궁금증을 함께 풀어볼까요.
글=최은혜 기자 choi.eunhye1@joongang.co.kr, 사진=이원용(오픈스튜디오), 동행취재=권다영(경기도 독정초 6)·양유찬(대전 목양초 6)·양윤서(대전 목양초 4) 학생기자, 자료=한국항공우주연구원·한국전자통신연구원
※인공위성이란: 위성(Satellite)은 큰 질량을 가진 물체 주변을 도는 작은 질량의 물체를 말한다. 인공위성(Artificial Satellite)은 특수한 목적을 달성하기 위해 지구의 위성인 달처럼 지구 주변을 돌도록 만든 물체다.
금빛 옷 입은 천리안위성 2B호, 지상에서 만나다
발사장으로 이동하기 위해 컨테이너에 실리기 전 천리안 2B호 앞에서 소중 기자단이 포즈를 취했다. 왼쪽부터 권다영·양윤서·양유찬 학생기자.
지난 11일 대전시 유성구에 위치한 한국항공우주연구원(이하 항우연)에 권다영·양유찬·양윤서 학생기자가 모였습니다. 과학을 좋아하는 다영이는 특히 눈빛이 반짝였어요. 이곳에서 인공위성의 실물을 직접 볼 수 있다는 기대감에서였죠. 항우연에서 정지궤도복합위성체계를 담당하는 이나영 선임연구원이 소중 학생기자단을 맞아주었습니다.
“천리안위성 2B호를 만나려면 우선 준비할 게 있어요. 위성을 만들고 있는 연구실 내부는 아주 깨끗한 환경을 유지해야 하거든요. 바깥에서 묻은 먼지와 이물질이 떨어지지 않도록 방진복을 입고, 머리카락과 신발은 일회용 덮개로 감싸고, 마스크를 써서 입도 가려야 해요. 정밀하게 제작되는 인공위성은 작은 이물질에도 오염될 수 있기 때문이에요.”
이 연구원의 안내에 따라 소중 기자단은 방진복·헤어캡·마스크 등을 착용했습니다. 연구실로 들어갈 때는 두 개의 문을 지나야 했어요. 첫 번째 문을 열고 들어간 뒤 벽에서 나오는 바람으로 다시 한 번 먼지와 이물질을 털어냈죠. 그런 다음 두 번째 문을 열고 들어가니 마침내 연구실이 나왔어요. 여러 연구원들이 분주하게 움직이고 있었고 ‘쉬익’ ‘탕탕’ 작업하는 소리도 들렸죠. 외국인으로 보이는 연구원들도 있었어요. 이 연구원은 “위성 바닥 부분에 들어가는 엔진을 세팅하기 위해 독일에서 온 엔지니어들”이라고 설명했죠. 천장이 높은 연구실 한복판에는 금박지로 포장한 거대한 상자 같은 것이 자리 잡고 있었습니다.
이나영(맨 오른쪽) 선임연구원이 소중 기자단에게 천리안 2A호의 발사 장면이 담긴 영상을 보여주며 인공위성 발사 과정에 대해 설명하고 있다.
“이게 바로 정지궤도복합위성, 천리안 2B호입니다. 가운데 보이는 커다란 부분이 위성 본체예요. 본체 위 꼭대기 부분에는 은색·금색으로 된 두 개의 상자 같은 것이 있죠? 특정 임무를 수행하기 위해 인공위성에 실리는 ‘탑재체’라고 해요. 은색은 환경탑재체로, 미세먼지를 연구하기 위해 세계 최초로 정지궤도 위성에 탑재된 센서예요. 지구를 카메라로 찍어서 오염물질의 생성과 움직임을 포착해요. 우리나라뿐 아니라 전 세계적인 환경 문제를 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있어요. 그 옆에 금색은 해양탑재체로, 바다의 색깔을 볼 수 있죠. 오염물질이 바다로 흘러 들어가거나 적조가 발생하면 실시간으로 파악해 어민들에게 정보를 줄 수 있어요.”
권다영(왼쪽) 학생기자가 이나영 연구원에게 인공위성에 대한 궁금증을 질문하고 있다.
지금은 네모난 상자처럼 보이는 천리안 2B는 발사체에 실려 우주를 향해 발사된 뒤 발사체와 분리되면 태양전지판을 펼칩니다. 전지판을 펼치고 나면 태양으로부터 에너지를 얻어 전력을 사용하게 되죠. 그렇다면 네모난 인공위성을 감싸고 있는 금박지 같은 것의 정체는 뭘까요. 이 연구원은 “MLI(Multi-Layer Insulation)라고 부르는 ‘다층박막단열재’로 인공위성의 옷과 같은 것”이라고 알려줬죠. MLI는 태양빛을 반사시켜서 인공위성의 내부 온도가 너무 높아지지 않도록 보호하는 역할을 해요. 또 태양이 지구 반대편에 있는 밤에는 온도가 너무 낮아지지 않게도 해주죠. 겉으로 보기에는 한 겹으로 된 얇은 포장지 같지만 단면을 잘라보면 여러 겹으로 이뤄져 있다고 해요.
오는 2월 우주로 발사될 정지궤도 인공위성 천리안 2B호의 모습. 연구원이 장치를 점검하고 있다.
연구실 내부에는 컴퓨터와 복잡한 전선, 각종 기계들이 즐비했습니다. 인공위성의 연료 탱크가 튼튼한지 시험하기 위한 질소통도 보였고요, 모든 장치가 제 위치에 정렬되어 있는지 검사하는 카메라도 있었죠. 한쪽 벽에는 여러 숫자가 흘러가는 전광판이 붙어 있었어요. 현재 시간과 함께 연구실 내부의 청정도·온도·습도를 표시하는 거예요. 수치에 이상이 생기면 곧바로 담당자에게 문자가 발송되어 빠른 조치를 취할 수 있게 합니다. 또 연구실 안은 바깥보다 기압이 약간 높은데요. 깨끗하게 정화한 공기를 위에서부터 계속 들여보내고 있기 때문이에요. 바깥의 오염된 공기가 유입되는 것을 막아주죠.
이 연구원은 “며칠 후면 천리안위성 2B호에 대한 모든 점검을 마무리하고 컨테이너에 실을 예정”이라고 말했습니다. 눈앞에서 천리안 2B를 볼 수 있는 마지막 기회를 소중 기자단이 놓치지 않은 셈이죠. 다영이는 “인공위성을 옮기다가 망가지지는 않나요?”라고 물었어요. 이 연구원은 “실제로 인공위성을 움직이는 과정에서 나사가 덜 조여져서 위성이 넘어진 경우가 있었다”면서 “우리는 최대한 안전하게 이동할 수 있도록 항상 절차에 따르고 있다. 절차마다 3명의 담당자가 이상이 없는지 철저하게 검사한다”고 대답했어요.
소중 기자단은 한국항공우주연구원에 전시된 인공위성 모형들을 둘러봤다.
천리안 2B는 오는 1월 5일 초대형 수송기 '안토노프'를 타고 발사장으로 이동할 예정입니다. 적도 근처에 있는 남미 프랑스령 기아나의 우주센터에서 2월에 발사될 계획이에요. 앞서 지난해 12월에는 천리안위성 2A호가 성공적으로 발사돼 현재 임무를 수행하고 있는데요. 2B호는 2A호가 지나가는 궤도 바로 옆에서 따라가게 된다고 해요. 우주로 날아갈 날을 앞둔 천리안 2B의 활약이 기대되지 않나요.
위성마다 다른 임무…‘천리안 2B호’ 미세먼지 관측
자리를 옮겨 이 연구원은 소중 기자단을 다른 연구실로 안내했어요. 책상에는 여러 개의 컴퓨터 모니터가 줄지어 있고, 화이트보드에는 암호 같은 영어와 숫자들이 적혀 있었죠. 다른 한쪽에는 여러 기계들이 늘어섰고 서로 전선들로 연결돼 있었어요. 이 연구원은 “인공위성의 핵심 부품을 조종하기 위한 소프트웨어를 개발하는 곳”이라고 설명했습니다. 인공위성이 궤도에 올라가서 해야 할 일들을 수행하도록 프로그램을 짜고 시험해보는 연구실이죠. 이곳에서 소중 기자단은 이 연구원에게 인공위성에 대한 질문을 던졌어요.
-천리안위성 2B호를 만드는 데 시간이 얼마나 걸렸나요.
"2B호와 2A호를 동시에 개발했고 총 8년 정도 걸렸어요. 조금 전 봤던 2B호 옆에 지난해까지만 해도 2A호가 있었죠. 2A호는 주로 구름을 관측하면서 기상 정보를 제공하고 있고, 2B호는 미세먼지 입자와 바다를 관측하는 임무를 띠고 있어요. 천리안 2B호에 실린 환경탑재체는 전 세계에 3대밖에 없는 장치죠. 그중 이번에 2B호에 실린 것이 가장 먼저 발사되어 아시아 지역의 환경 정보를 수집할 예정이에요."
-천리안위성이 다른 인공위성들과 다른 점은 뭔가요.
"인공위성마다 맡은 임무가 다 달라요. 해양 기상 정보를 관측하는 천리안위성, 과학 연구를 위한 자료를 수집하는 우리별위성, 방송과 통신의 기능을 하는 무궁화위성, 원격 탐사를 위한 아리랑위성 등이 있습니다."
이나영(왼쪽) 연구원이 양윤서 학생기자에게 인공위성에 들어가는 부품을 보여주며 설명하고 있다. 이 연구원은 "위성의 무게를 줄여야 발사비용이 줄어들기 때문에 부품도 점점 더 작고 더 가벼워지고 있다"고 말했다.
-위성끼리 서로 정보를 공유하거나 통신할 수도 있나요.
가능해요. 미국의 일론 머스크가 이끄는 민간 우주탐사업체 ‘스페이스X’는 최근 인공위성 60개를 띄웠는데요. 내년에는 1만여 개의 위성을 더 쏘아 올릴 예정이라고 해요. 이 위성들은 서로 신호를 주고받으면서 궤도를 돌죠. 아직 우리나라에서는 개발되지 않았는데 만약 필요하다면 위성 간 통신 기능도 개발할 수 있을 거예요.
-만약 위성이 고장 나면 어떻게 하나요.
띄운 지 오래된 인공위성이라면 우선은 고치려고 노력하겠지만 가망이 없다면 포기해야죠. 쏘아 올린 지 얼마 되지 않은 인공위성이라면 가급적 고쳐서 사용하려고 해요. 우주 상공에서는 다른 위성이나 물체에 부딪히지 않는 이상 하드웨어가 망가질 가능성은 없고, 대신 컴퓨터 회로가 가끔 오류를 일으켜요. 위성이 이상한 데이터를 보내오는 경우 지상에서 대비할 수 있는 대응 시나리오가 있죠.
-위성이 보내는 정보는 다 정확한 건가요.
위성이 보내는 정보가 정확한 것인지 검증하는 프로그램이 따로 있어요. 신뢰할 수 있는 데이터 검·보정 체계를 만드는 건 아주 중요한 일이죠. 인공위성에 들어가는 프로그램을 우리가 만들었기 때문에 문제가 생길 경우 어느 정도 예측이 가능해요. 어떻게 복구하면 되는지 절차가 정해져 있어요.
우리나라의 우주 기술 발전사를 보여주는 전시물 앞에 선 소중 학생기자단.
-위성과 드론, 위성과 인공지능이 결합하면 어떻게 될까요.
드론은 가볍기 때문에 제한적인 장비를 싣고 군집 비행을 하는 게 가능해요. 넓은 면적을 높은 효율로 커버하는 위성 시스템을 만들 수 있어요. 스페이스X가 그런 원리를 이용하죠. 만약 테러 단체가 그런 수준의 기술을 보유한다면 위험할 수도 있어요. 하지만 지상에서 우주로 쏘아 올리는 물체는 모두 미국에서 감시하고 있어서 바로 알아챌 수 있을 거예요. 현재 우리나라에서는 인공위성이 수집한 정보 중 쓸모 있는 것만 추려서 지상으로 보내도록 하는 기술을 연구하고 있어요. 위성이 보내는 정보를 모두 받아서 저장하면 엄청나게 쌓이거든요. 인공위성 기술은 5년 만에도 엄청나게 발전하고 있어요. 앞으로 10년 뒤에는 어떤 기술이 등장할지 쉽게 상상이 되지 않네요.
-위성과 관련한 일을 하려면 어떤 공부를 해야 하나요.
인공위성은 모든 공학 분야의 집합체예요. 전기나 기계, 열 제어, 프로그래밍, 궤도 등 어느 한 분야를 공부하다 보면 공부한 내용을 인공위성에 접목할 수 있게 돼요. 공학의 각 분야를 전공한 사람들이 다 모여서 함께 연구하는 거죠. 인공위성이 보내온 데이터가 어떤 의미를 갖는지, 새로운 물질을 발견하진 않았는지 등을 연구하는 건 자연과학 분야고요.
우주에 있는 인공위성, 지구와 교신하는 방법은
ETRI에 설치되어 있는 인공위성 안테나. 적도 부근 궤도에 떠 있는 인공위성 방향을 향하고 있다.
우주로 날아간 인공위성은 과연 어떻게 지구로 정보를 보내는 걸까요. 이에 대한 궁금증을 풀기 위해 양유찬·양윤서 학생기자가 한국전자통신연구원(ETRI)을 찾아갔습니다. 위성 관제(관리하고 통제함)시스템을 개발하는 곳이죠. 천리안 2A·2B호의 경우에는 항우연이 관제시스템을 직접 개발했지만, 앞서 발사된 아리랑위성 1·2·3·5호와 무궁화위성 7·5A호, 천리안위성 1호의 관제시스템은 ETRI가 개발했어요. 소중 기자단은 ETRI 무인이동체연구실에서 이병선 실장(책임연구원)과 만나 이야기를 나눴습니다.
위성 관제시스템은 우주 상공에 떠 있는 위성이 제대로 작동하는지 살펴보고, 필요에 따라 임무를 수행하도록 명령을 보내는 일을 말합니다. 이 실장은 “텔레비전을 켤 때 리모컨을 이용하는 것과 마찬가지”라며 “약속된 명령 신호를 지상에서 보내면 인공위성이 작동하고, 위성은 자신이 어떤 상태인지를 신호로 내려보낸다”고 설명했어요. 위성의 위치나 온도, 전기 회로 상태 등 인공위성 장비들이 정상적으로 작동하는지 살펴보기 위한 신호만 수천 개에 이르죠. 관제시스템을 개발할 때도 지상과의 통신 기능, 궤도 계산 기능, 명령 기능, 임무 계획 등 세부적으로 나눈 기능을 연구원들이 각각 맡아서 개발합니다.
윤서는 “휴대폰으로 정보를 주고받는 것과 같은 원리인가요?”라고 물었어요. 이 실장은 “비슷하다”고 대답했죠. “휴대폰의 전파 신호는 지상에 있는 기지국으로 보내지고 기지국 망을 이용해 서로 통신하는데, 기지국 역할을 인공위성이 하는 것과 같아요. 다만 멀리 떨어져 있기 때문에 신호가 위성에 다다를 땐 약해지죠. 위성은 신호를 받은 다음 태양열 에너지로 신호를 증폭시킨 뒤 다시 지상으로 내려보내요. 지상에서는 안테나를 이용해 신호를 받고요. 저궤도 위성은 하루에 지구를 14~15번 돌아서 위치가 계속 달라지죠. 어떤 사진을 찍고자 하는 위치에 언제쯤 지나가는지 계산해 그때 사진을 찍도록 명령을 보내요. 위성은 언제 어떤 명령에 따라 일을 수행할지 저장해놨다가 임무를 수행하고 그 결과를 우리나라 상공을 지날 때 지상국으로 전송합니다.”
이병선 책임연구원이 소중 기자단에게 인공위성 관제시스템에 대한 이야기를 들려줬다.
이 실장은 그림을 하나 보여줬어요. 수없이 많은 작은 점들이 지구 주변을 먼지처럼 둘러싸고 있는 그림이었죠. 이 실장은 “하나하나의 점들이 모두 지구 궤도상의 우주 물체들”이라고 했어요. 인공위성뿐 아니라 다 쓴 로켓 몸체나 우주 파편 등 10㎝ 이상 크기의 우주물체는 총 4만4000여 개가 넘죠. 지구 표면으로부터 2000㎞ 이내인 저궤도 영역에 인공위성과 우주쓰레기 등 우주물체가 가장 많아요. 3만5786㎞ 떨어진 우주 상공에는 정지궤도위성이 400개 정도 떠 있습니다.
정지궤도위성의 경우 어느 위치에 먼저 자리를 차지한 위성이 있으면 다른 위성은 그 위치로 갈 수 없게 돼 있어요. 이 실장은 “우리나라에서 필요한 위성이 자리를 잃지 않으려면 그 자리에 계속 위성이 떠 있도록 유지할 필요가 있다”면서 “중국과 일본은 30개 정도의 위성을 갖고 있는 데 반해 우리나라는 5~6개에 불과하다. 위성을 활발하게 올려야 자리를 확보할 수 있다”고 말했어요.
한국전자통신연구원(ETRI)의 유준규(오른쪽) 책임연구원이 지상에서 인공위성과 통신하는 체계에 대해 설명하고 있다. 양윤서 학생기자는 이곳에서 인공위성을 이용해 통화할 수 있는 전화기로 전화도 걸어봤다. 유 연구원은 "지구에서 약 3만6000㎞ 떨어진 인공위성을 거쳐 음성이 전달되는 것"이라고 말했다.
인공위성은 지구 전체 면적의 3분의 1 정도에 신호를 쏠 수 있는데요. 유찬이는 “여러 나라에서 쏘아 올린 인공위성들이 지상과 통신하는 신호가 서로 방해되지는 않는지” 질문했어요. 이 실장은 “저궤도 위성의 경우 실제로 전파 신호에 간섭이 일어날 수 있지만 확률이 높지는 않다”고 말했죠. 현재 인공위성을 쏘아 올릴 땐 위성과 통신하는 전파 신호, 즉 주파수를 국제전기통신연합(ITU)에 알리게 되어 있어요. 서로 약속한 주파수를 사용해 자기 위성과 통신할 수 있도록 한 거죠. 하지만 인공위성이 계속 늘어난다면 주파수가 부족해질 수도 있다고 해요.
윤서는 “위성끼리 부딪히면 파편이 지구로 떨어지진 않나요?”라고 물었죠. 이 실장은 “대부분 지구로 떨어질 때 대기권을 통과하면서 불에 타버린다”고 설명했어요. “사용기한이 다 된 인공위성이나 우주정거장은 지구로 추락시키는데 티타늄처럼 불에 타지 않는 물체도 일부 있어요. 추락하는 위치를 계산해서 바다에 떨어지도록 조종하죠. 우주에서 떨어진 물체로 피해를 입을 확률은 로또에 당첨될 확률만큼 낮기 때문에 걱정하지 않아도 돼요.”
학생기자단 취재 후기
웅장한 인공위성의 모습을 처음 봤을 때 눈이 크게 뜨였습니다. 인공위성이 매우 신비롭게 느껴졌어요. 인공위성 기술이 발달해서 지구상에서 일어나는 일들을 모두 관찰할 수 있을 정도라고 하니 놀라웠어요. 우리나라 기술이 더욱 발전해서 세계 최강의 인공위성 산업을 지닌 국가가 되면 좋겠습니다. 그리고 저도 공부를 열심히 해서 이곳의 연구원들처럼 내가 하고자 하는 것을 성취했으면 좋겠다고 생각했어요. 권다영(경기도 독정초 6) 학생기자
연구원에 들어갈 때 보안이 정말 철저해서 이곳에서 일하는 분들이 더 대단하게 느껴졌어요. 인터뷰를 통해 인공위성과 드론도 결국 인간이 조종하는 기계들이라는 걸 알았고, 잘 제어하면 나쁜 목적에 쓰이는 걸 막을 수 있겠다고 생각했어요. 인공위성은 우리에게 많은 도움을 주는 것 같아요. 앞으로 우리나라가 인공위성을 더 많이 개발해서 생활을 편리하게 하고 국력도 높였으면 좋겠습니다. 양유찬(대전 목양초 6) 학생기자
박사님의 설명을 들으면서 저는 인공위성이 우리에게 정말 많은 도움을 준다는 사실을 알았습니다. 인공위성으로 전화도 걸어보면서 인공위성이 우리 삶과 참 가깝고 친하다는 것을 알았어요. 우리 삶에 꼭 필요한 인공위성을 연구하는 연구원들이 대단하다는 생각이 들었어요. 취재하기 전에는 몰랐던 인공위성의 중요성을 알게 돼서 앞으로 더 관심을 갖고 책도 많이 찾아봐야겠다고 생각했습니다. 양윤서(대전 목양초 4) 학생기자
