아이가 “심심해~”를 외치며 꽁무니를 따라다닌다고요? 일기쓰기 숙제하는데 ‘마트에 다녀왔다’만 쓴다고요? 무한고민하는 대한민국 부모님들을 위해 ‘소년중앙’이 준비했습니다. 이번 주말 아이랑 뭘할까, 고민은 ‘아이랑GO’에 맡겨주세요. 이번엔 하루가 다르게 종잡을 수 없는 날씨를 감시하고 분석하는 기상위성에 대해 알아보세요.
천리안위성 2A호는 천리안위성 1호에 비해 관측영상 해상도 4배 향상된 고성능 기상관측 탑재체를 장착해 기상변화를 더욱 정밀하게 관측할 수 있다.
날씨는 우리 생활에 밀접하게 영향을 끼친다. 매일 아침 날씨 예보를 보고 그날의 옷차림을 선택하며 날씨에 따라 일정을 바꾸기도 한다. 특히 여름철 날씨는 폭염과 장마, 게릴라성 폭우와 태풍까지 종잡을 수 없어 더욱 사람들의 관심을 끈다. 최근엔 기후변화로 인해 기상이변의 피해가 심각해지면서 날씨와 기후 예측에 대한 필요성이 더욱 높아지고 있다. 우리나라는 더 나은 기상 관측을 위해 세계 최고 수준의 기상탑재체와 독자기술로 개발한 우수기상탑재체를 장착한 천리안위성 2A호를 2018년 발사했다. 하늘에 올라간 위성은 어떻게 관측하고, 사람들에게 어떤 정보를 제공하는 걸까. 소중 학생기자단이 국내 유일의 기상위성 전문기관, 국가기상위성센터를 방문해 기상위성에 대해 알아봤다.
국내 유일의 기상위성 전문기관인 국가기상위성센터를 방문해 기상위성에 대해 알아본 김현준·최민하·김하원(왼쪽부터) 학생기자가 국가기상위성센터 입구에 있는 지름 13m의 초대형 천리안위성 1호 안테나 앞에서 포즈를 취했다.
매년 여름 뉴스는 폭우를 동반한 장마전선이 어떻게 움직이는지, 북상하는 태풍의 현재 위치는 어디인지 발 빠르게 보도한다. 그때마다 볼 수 있는 구름·태풍 등의 위성영상은 기상위성으로 관측한 기상정보다. 기상위성은 기상관측을 주목적으로 설계·발사한 인공위성으로, 한정된 지역에서 급격히 발달하는 소규모 기상현상부터 전 지구적으로 나타나는 광범위한 기상현상까지 탐지할 수 있는 첨단 관측장비다.
우리나라는 1970년부터 일기예보에 기상위성 자료를 활용했는데, 자체 위성이 없어 미국·일본의 자료를 많이 사용하다 보니 어려움이 많았다. 이에 2003년부터 본격적으로 기상위성을 개발, 2010년 6월 대한민국 최초 정지궤도 기상위성인 ‘천리안위성 1호’를 발사했다. 2011년 4월부터 정식서비스를 시작한 천리안위성 1호는 9년 동안 태풍 분석, 집중호우 등 위험기상의 발생·발달·소멸·추적, 육상과 해상의 안개 탐지, 황사 발원지 감시와 이동 추적을 통해 위험기상 조기 대응과 예보정확도 향상에 기여하고 2020년 3월 31일 기상관측 임무를 종료했다. 현재는 2차 업무인 해양관측과 통신 업무를 수행하고 있다.
2019년 천리안위성 2A호가 처음으로 관측한 지구의 모습.
천리안위성 1호의 기상관측 임무는 2018년 12월에 발사된 천리안위성 2A호가 이어받았다. 2A호는 많은 부분에서 진화했다. 관측 영상 해상도는 천리안위성 1호의 4배, 전구(지구 전체) 관측 횟수는 18배 향상된 고성능 기상관측 탑재체를 장착하여 기상변화를 더욱 정밀하게 관측할 수 있다. 채널도 5채널에서 16채널로 늘었고, 특히 컬러 영상 관측이 가능해 급변하는 기상현상에 대비할 수 있다. 전송된 자료를 분석하여 대류운 발생 탐지, 대기운동벡터(바람), 강우강도, 안개 등 52종의 세분화된 산출물 정보를 제공한다. 특별관측 기능을 통해 특정 지역을 2분 간격으로 집중 추적 관측함으로써 태풍·집중호우·안개·대설 등 위험기상을 선제적으로 감시·분석해 기상예보 정확도 향상에 기여했다. 천리안위성 2A호가 관측한 자료는 기상과 기후는 물론 해양·환경·방재·재난 등 다양한 분야에 널리 활용된다.
충북 진천 국가기상위성센터를 가다
2009년 설립된 국가기상위성센터는 기상청 소속으로 위성 개발과 운영, 우주에서 보내오는 기상위성 관측 자료를 수신‧분석해 국내외 사용자들에게 정보를 제공하는 국가 기상위성 업무를 담당한다. 충북 진천군에 자리한 국가기상위성센터 입구에 서면 지름 13m의 초대형 원반 안테나와 그리 높지 않은 규모의 건물이 눈에 띈다. 소중 학생기자단이 국가기상위성센터가 충북 진천에 자리 잡은 이유를 궁금해했다. 위성기획과 이지원 연구원이 “주파수 방해를 받지 않기 위해 주변에 높은 건물이 없어야 하는데 이 부분이 충족됐고, 항공우주연구원과 가까운 거리, 저궤도 안테나 설치에 맞는 지대 높이 등으로 진천에 자리 잡게 됐어요”라고 설명했다.
시청각실에서 이지원(맨 오른쪽) 연구원에게 기상위성에 대해 설명 듣고, 벽면을 통해 지상국 시설도 참관했다.
천리안위성 2A호는 10분 동안 전구(지구 전체) 1회, 한반도 확장 영역 5회, 국지(동아시아) 영역 5회 관측하는 정규관측을 진행한다. 이와 더불어 위험기상, 태풍‧산불‧화산 폭발 등 대규모 재해 현상에 대한 집중 감시와 신속한 재난대응 지원을 목적으로 1000km 범위의 특정 관측 영역을 2분 간격으로 고정 또는 추적 관측하는 특별관측 임무를 수행한다.
천리안위성 2A호는 위험기상, 대규모 재해 현상에 대한 집중 감시도 하고 있다. 태풍 레끼마·크로사 감시 자료.
시청각실에서는 기상위성의 관측 자료를 수신·처리·서비스하는 위성운영실, 일명 지상국 시설을 참관할 수 있다. 보안 때문에 직접 들어갈 수는 없고, 유리벽을 통해 살펴볼 수 있다. 가려져 있던 벽면이 유리벽으로 바뀌고 지상국 내부가 보이자 소중 학생기자단의 입에서 탄성이 나왔다. 위성 영상을 모니터링하고 분석하는 전문가부터 위성 관리‧감시 업무를 하는 정보통신 전문가들이 있다고 한다. 위성이 제대로 제 위치에서 관측을 잘하고 있는지 모니터하는 화면도 봤다. “지구 근처에서 움직이는 게 보이죠. 관측하고 있는 거예요. 관측한 정보들을 암호화된 데이터로 계속 보내주죠. 이곳에서 그 암호를 해독하고 데이터를 해석해 처리하는 일도 합니다.”
소중 학생기자단이 국가기상위성센터를 방문해 기상위성에 대해 알아보는 시간을 가졌다. 로비에는 천리안위성 1호와 2A호의 미니 모형도 볼 수 있다.
소중 학생기자단은 천리안위성 1호와 2A호를 2분의 1과 3분의 1로 축소한 모형을 살펴봤다. 천리안위성 1호는 통신탑재체‧해양탑재체‧기상탑재체‧위성본체‧태양전지판으로 이루어졌고, 2A호는 기상탑재체‧위성본체‧태양전지판‧우주기상탑재체로 이루어졌다. 최민하 학생기자가 “왜 2호가 아니라 2A호인가요?”라고 질문했다. “사실 천리안위성 2A호에게는 쌍둥이 위성이 있어요. 2B호라고 1년 뒤에 발사한 위성인데 환경‧해양을 관측하죠. 천리안1호는 정보통신부‧해양수산부 같은 부처가 함께 개발해서 통신‧해양‧기상위성 역할을 다 했는데, 그걸 2A호와 2B호가 나눠서 하고, 통신 업무를 할 천리안3호는 개발 중이에요.”
소중 학생기자단이 선동주(맨 오른쪽) 주무관에게 천리안위성 1호와 천리안위성 2A호의 차이점을 설명 듣고 있다.
기상위성의 역사를 알아보러 홍보관에 들어서자 위성기획과 선동주 주무관이 설명에 나섰다. 1960년에 미국에서 발사된 최초의 기상위성 타이로스는 천리안위성과 모양이 다른 원통형 구조인데, 이런 형태가 점점 발전하면서 현재의 사각형 모양으로 변한 것이라고 한다. 기상위성은 크게 정지궤도 위성과 저궤도 위성으로 나뉜다. 정지궤도 위성은 적도 상공 약 3만6000km에서 지구의 자전 속도와 같은 속도로 지구를 돌기 때문에 항상 정지한 상태로 보인다. 매일 같은 시간에 같은 위치에서의 연속적인 관측으로 일기변화의 감시에 유용하다. 저궤도 위성은 700~1200km 고도에서 북극과 남극 상공을 지나며 지구 주위를 90~100분 주기로 공전한다. 관측해상도가 높으며, 지구의 자전으로 지구 전체 표면의 관측에 유용하다.
강희정(맨 왼쪽) 연구사에게 호우·대설·재해 등의 기상위성 영상 보는 방법을 배우고 있다.
소중 학생기자단은 체험 코너에서 기상위성 영상을 보는 방법을 배웠다. 위성분석과 강희정 연구사가 호우‧대설‧재해 영상 중 보고 싶은 게 있는지 묻자 호우를 골랐다. “편서풍대라고 들어봤나요. 위도 30∼60˚의 중위도지방에서 남서방향 혹은 북서방향으로 편서풍이 부는 지역을 말하는데, 우리나라는 편서풍대에 속해 서쪽에서부터 흘러오는 기압들이 영향을 미쳐 구름대 자체가 이렇게 서쪽에서부터 이동해요. 서쪽에서부터 발생하는 기압대가 지금 편서풍의 영향을 받아 계속 발생하고 바람이 모여서 우리나라에 집중적인 호우를 내리게 되는 거죠. 이렇게 같은 지역에서 시간에 따라 이동하는 우리나라의 기압 시스템 때문에 천리안위성 2A호가 정지궤도에서 계속해서 우리나라를 관측하는 겁니다.”
천리안위성 2A호는 위험기상, 대규모 재해 현상에 대한 집중 감시도 하고 있다. 필리핀 화산폭발 탐지 자료.
재해를 선택하니 호주 산불과 필리핀에서 화산이 폭발했을 때 관측 영상을 볼 수 있었다. 대설 영상에서는 빗자루로 쓴 것 같은 특별한 구름 모양이 눈에 띄었다. “겨울에는 따뜻한 바다 위를 차가운 공기가 쓸고 내려가는데, 공기가 쓸고 내려갈 때마다 구름이 더 많이 발달해요. 이렇게 공기가 흐르는 대로 빗자루 쓸듯이 구름 모양이 생기면 육지에 눈이 많이 내릴 수 있죠.”
야외에선 다양한 위성안테나를 볼 수 있다. 국가기상위성센터는 우리나라 위성뿐 아니라 외국의 위성 자료도 수신한다. 위성운영과 김대현 주무관이 정면에 보이는 세 개의 안테나를 가리켰다. “왼쪽은 중국의 위성을 관측할 수 있는 안테나, 중간은 일본, 제일 끝에 보이는 건 우리나라 천리안 2A호를 관찰하고 자료를 받을 수 있게 만들어진 안테나라고 보면 될 것 같아요.”
김대현(맨 왼쪽) 주무관과 함께 저궤도위성 수신 안테나를 살펴보고 있는 소중 학생기자단. 정지궤도 위성 안테나와 달리 보호 덮개가 원통형으로 되어있는 게 특징이다.
이동하다 보니 둥근 모형들이 눈에 띄었다. “저궤도위성 수신 안테나예요. 저궤도위성은 지구를 하루에 3~4바퀴씩 돌아요. 그럼 안테나 원판이 움직이면서 위성이 어디 있나 찾고 추적해서 데이터를 받는 역할을 해요.” 잠시 기다리니 안테나가 움직이는 것을 볼 수 있었다. 빨리 돌 때는 다칠 수도 있어서 일반적인 정지궤도 위성 보호 덮개와 다른 원통형으로 되어 있다고 한다. 마지막으로 국가기상위성센터 입구에 들어서자마자 보이던 대형 위성 안테나, 천리안 1호의 자료를 주고받았던 송수신 안테나를 가까이서 살펴봤다. “안테나에 열선이 깔려 있어서 눈 오는 날에는 눈이 저절로 녹아요. 바람이 불어도 60노트(111.12km/h)까지는 견딜 수 있게 설계됐고 여러 천재지변에 대응할 수 있게 만들어졌죠.”
기상위성 전문가가 말하는 기상위성
소중 학생기자단이 기상위성에 대해 친절하게 알려준 국가기상위성센터 기상위성 전문가들에게 미처 못다 한 질문을 하는 시간을 가졌습니다.
소중 학생기자단이 기상위성 전문가들에게 미처 못다 한 질문을 하는 시간을 가졌다.
현준:기상위성이 하는 일, 활용 분야와 필요한 이유를 다시 한번 설명 부탁드려요.
선동주(이하 선) 간단하게 설명하면 기상을 관측해서 그 자료를 통해 저희가 예보를 하는데요. 기상위성은 지면에서 직접 관측할 수 없는 영역인 바다나 멀어서 사람이 가기 힘든 곳을 우주 상공에서 찍어줄 수 있어요. 미관측 지역을 볼 수 있는 큰 장점이 있고 전체적인 화면을 볼 수 있어서 기상의 흐름도 확인할 수 있죠. 과거에는 태풍이 왔을 때 태풍이 어떻게 발달했고 어디로 이동할지에 대한 정보들이 많지 않았는데 이제는 신속하게 태풍을 집중 관측하고 태풍이 이동할 방향이라든지 특성을 분석해서 빠르게 예보를 지원할 수 있습니다. 산불이나 화산 폭발 같은 방재 역할도 하죠. 재해 담당 기관에서 재해를 빠르게 복구하고 대응하는 데 굉장히 중요한 자료로 활용하고, 급변하는 기후 변화를 연구하는 자료로도 쓰고요. 농업이나 건설업, 도로 관련 산업이라든지 생활 곳곳에서 기상위성의 자료, 날씨 정보들이 널리 활용되고 있습니다.
하원:기상위성은 어떤 방식으로 연구하나요.
강희정(이하 강) 천리안위성 2A호는 16개의 채널, 카메라를 가지고 있어요. 어떤 카메라는 땅을 보고 어떤 카메라는 조금 높은 고도를 관측하는 식이죠. 16개의 채널이 황사나 안개 같은 기상현상에 어떤 특성을 가졌는지를 그때그때 사례마다 비교하고 분석하며 기상위성을 연구한다고 얘기할 수 있습니다.
이지원(이하 이) 추가적으로 위성센터에서는 사용자가 있어요. 기상 예보하시는 분, 농업에 종사하시는 분 등 사용자가 필요로 하는 자료가 있으면 좀 더 잘 사용할 수 있도록 맞춤형으로 개발이나 연구도 합니다. 가장 주된 사용자는 국민이죠. 위성정보로 날씨를 확인할 수 있고, 어떻게 하면 위성자료를 더 쉽고 편하게 잘 활용할 수 있을지에 대한 것도 연구해요.
2010년 6월 발사된 대한민국 최초 정지궤도 기상위성인 ‘천리안위성 1호’. 태풍 분석, 집중호우, 육상과 해상의 안개 탐지 등 위험기상 조기 대응과 예보정확도 향상에 기여했다.
현준:위성의 수명이 정해져 있다고 했는데 이유는 무엇인가요.
이 연료가 수명을 좌우하는데, 연료를 안정적으로 잘 활용하면 오래 쓸 수 있어요. 실제로 천리안 1호의 경우도 예상 수명이 7년이었는데, 운영과에서 고장 없이 잘 운영해 주셔서 지금 10년이 넘었는데도 연료가 아직 남아서 활용이 가능하죠. 천리안위성 2A호도 2030년까지 수명을 예상하지만 그 이후에도 쓸 가능성은 충분히 있습니다.
하원:만약 위성이 고장 나면 어떻게 하나요.
김대현(이하 김) 항공우주연구원에는 위성이 고장 났을 때 문제를 해결할 수 있는 팀이 존재합니다. 그 팀을 소집해서 원인을 파악하고 어떻게 해야 하는지 계획이 나온 후 사안에 따라 해결 방안이 도출되면 바로 시행하고요. 주어진 절차나 시행 계획에 따라 복구하고 완료됐을 때 품질 점검까지 다 완벽하게 진행한 다음, 다시 한번 국민께 서비스할 수 있도록 모든 체계가 갖춰 있다고 보면 될 것 같습니다.
2020년 1월 호주에서 대규모 산불이 발생했을 때, 천리안위성 2A호가 특별관측한 호주 산불 탐지영상(왼쪽)과 호주 산불 연기 관측영상.
민하:위성이 보내는 정보는 다 정확한가요.
강 위성을 사용하기 전에 얼마큼의 오차를 가지면 사용할 수 있다는 오차 범위를 어느 정도 미리 생각하고 개발합니다. 멀리서 보는 거기 때문에 궤도가 약간 우리가 생각하는 궤도랑 다르게 위치할 수도 있고, 그런 부분이 오차가 될 수 있죠. 이런 오차 원인을 알고 있어서 어떤 것을 관측했을 때 오차가 어느 정도 있을 거라고 짐작하는데 관측해서 우리가 생각하는 오차보다 크면 자료를 사용하지 않거나 다른 사용자들에게 ‘지금 오차가 이 정도입니다’ 알려주고, 오차 범위 내에 있으면 계속해서 자료를 사용합니다.
현준:위성자료를 볼 수 있는 곳과 위성자료를 보는 법이 궁금합니다.
강 국가기상위성센터 홈페이지에서 위성 영상을 볼 수 있어요. 과거의 위성 자료도 제공하죠. 우리나라 주변을 찍은 사진을 볼 수 있는데 여기서 주로 하얀색이 구름이고 검은색 부분은 땅이나 바다인 경우가 많습니다. 천리안위성 2A호는 가시광선과 적외선을 관측하는데 가시광선에서는 구름이 두꺼우면 더 하얗고 밝게 보이는 특성을 이용하고 적설‧해빙‧산불과 연기 등 다양한 기상현상을 관측할 수 있죠. 적외선의 경우에는 물체가 방출하는 적외선 에너지양의 많고 적음을 나타냅니다. 물체가 방출하는 적외선 에너지양은 물체의 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 많아요. 온도가 높은 구름은 어둡게, 낮은 구름은 밝게 보이고, 따라서 고도가 높은 구름은 밝게 낮은 구름은 어둡게 보이죠. 위성 영상에서 하얗고 검은 것의 특징을 잘 이해하면 위성 영상을 잘 분석할 수 있게 됩니다.
가시광선에서는 구름이 두꺼우면 더 하얗고 밝게 보이는 특성을 이용해 위성영상을 관측한다. 사진은 적설 위성영상 장면.
민하:천리안위성 2A호의 미래 활용 분야와 앞으로 기상위성 개발 계획이 궁금합니다.
이 과거의 경우 기상위성이 태양이 없으면 밤에는 마치 고장 난 것처럼 까맣게 나왔어요. 이제는 인공지능을 활용해 태양이 없지만 있는 것처럼 학습해서 새롭게 자료를 만들어냅니다. 이런 기법들을 활용해서 자료를 만들고, 24시간 총천연색 AI 인공지능 영상도 있고, 토양수분 관련된 내용이라든지 가뭄을 분석하는 자료 등 기상현상 관측 감시뿐만 아니라 활용 기술이 더 넓어지고 있어요. 기상위성은 정지궤도 세 번째 위성과 저궤도위성도 개발을 위해 열심히 노력하고 있죠.
2020년 1월 호주에서 대규모 산불이 발생했을 때, 천리안위성 2A호가 특별관측한 호주 산불 탐지영상(왼쪽)과 호주 산불 연기 관측영상.
국가기상위성센터 현장견학 프로그램
진행시간: 월~금요일 오전 9시 30분~11시 30분 / 오후 1시 30분~4시(1~2시간 내외 진행, 공휴일 제외)
참여방법: 전화 신청(070-7850-5726), 최소 10일 전 신청 바람
주요내용: 국가기상위성센터 업무와 천리안위성 소개, 위성운영실과 홍보관 견학, 기상위성분야 진로탐색의 시간 등
아이랑GO를 배달합니다
이번 주말 뭘 할까 고민은 아이랑GO에 맡겨주세요. 아이와 가볼 만한 곳, 집에서 해볼 만한 것, 마음밭을 키워주는 읽어볼 만한 좋은 책까지 ‘소년중앙’이 전해드립니다. 아이랑GO를 구독하시면 아이를 위한, 아이와 함께 즐길 거리를 풍성하게 받아볼 수 있습니다.
