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인공위성
인공위성(Artificial Satellite)은 사람이 특수한 목적을 달성하기 위해 지구 주변의 궤도를 돌도록 만든 물체이다. 인공위성의 경우 지구궤도상에 있는 것뿐만 아니라, 다른 행성 탐사를 위해서 지구로부터 멀리 날아가는 경우도 편의상 인공위성으로 간주한다.[1] 인공위성은 1957년 세계 최초의 인공위성이 발사된 이후 안보, 산업, 경제, 문화 등 다양한 영역에서 쓰임새가 급속도로 확대되어 왔다.[2]
목차
역사
인공위성을 원하는 지구 궤도에 올리려면 강력한 엔진을 가진 우주발사체가 필수적이기 때문에 우주 개발의 역사는 이러한 우주발사체를 만드는 역사이기도 하다. 최초의 로켓은 1232년 중국 금나라에서 화약을 이용한 화전이라는 불화살이 유럽의 나라로 전파되면서 1379년 이탈리아의 제노아 군대가 화전을 응용한 로케타를 사용하면서 로켓의 어원이 생겼다고 한다. 로켓은 점점 발전하다가 연구를 거듭하면서 1957년 옛 소련에서 스푸트니크 1호가 발사에 성공하면서 초조해진 미국도 로켓 개발을 무리하게 발사하다가 실패했지만, 1958년 익스플로러 1호 발사에 성공한다. 1960년대에는 미국과 소련 두 나라가 본격적으로 우주 경쟁을 시작했다. 1961년에 소련의 유리 가가린(Yuri A Gargarin)이 탑승한 보스토크 1호의 발사에 성공했다. 이후 미국의 아폴로 11호가 달에 착륙하면서 인류가 처음으로 달을 탐사하는 역사를 만들어 냈다. 1970년대에는 행성 탐사가 본격적으로 시작된 시대이고, 1980년대는 유인 우주왕복선의 시대가 되어 우주왕복선을 통해 위성을 지구 궤도로 올리기도 하고, 고장 난 위성을 고치기도 하였다. 1990년대는 통신, 기상, 지구관측 위성들이 주로 활약하였다. 2000년대에는 세계 각국에서 더욱 정교하게 만들어진 인공위성과 우주선들이 지구와 우주에서 각종 활동을 하게 되었다.[3]
궤도
인공위성이 지구로 추락하지 않고 지구 주위를 회전할 수 있는 이유는 중력과 회전에 의한 물체의 원심력이 평행을 이루기 때문이다.[4]
궤도 높이(km) 회전 속도(km/sec) 주기(분) 100 7.9 90 1600 7.2 120 6400 5.6 255 19200 4 720 36000 3.04 1440(1일)
모든 위성은 자신만의 궤도가 있다. 임무에 따라 궤도의 형태는 다르며, 모든 위성은 자신만의 궤도가 있다. 위성의 임무에 따라 궤도의 형태는 다르며, 일반적으로 고도에 따라 저궤도, 중간궤도, 지구 정지궤도로 나누어진다. 또한 특정 목적을 위해 크기나 모양이 특이한 극궤도와 타원궤도도 있다.[5]
- 저궤도
저궤도 위성은 대기 밀도가 거의 0에 가까운, 지구 대기의 최상층부를 도는 위성이다. 저궤도 위성은 지구와 가까이 돌고 있어 지구의 아름다운 광경들을 볼 수 있는데, 우주에서 찍어오는 아름다운 사진들이 거의 저궤도에서 찍어오는 사진들이다. 대기 밀도가 거의 0에 가깝기 때문에 천문 관측시 대기에 의한 영향을 받지 않아 허블 우주망원경 같은 관측 장비를 궤도상에 올려서 먼 우주를 촬영하는 데 사용한다. 저궤도 위성 주로 고도 500~1,500km 사이의 궤도에서 돌고 있는데, 그 이유는 500km 이하에서는 공기저항으로 인공위성이 1년 내에 떨어지게 되고, 1,500km 이상에서는 밴앨런대로 인해 지자기의 영향을 받게 되기 때문이다. 저궤도 위성은 주로 원격탐사, 기상관측, 지구관측 등의 목적으로 많이 사용된다.[5]
- 중궤도
중궤도 위성은 고도가 약 2,000~36,000km에서 도는 위성을 말하는데, 1500~5,000km와 15,000km~30,000km 사이에 밴앨런대가 형성되어 있어 고에너지 입자들이 모여 전파통신에 악영향을 미쳐 인공위성의 활동에 제약을 받을 수 있기 때문이다. 중궤도에는 항행위성이이 주로 위치한다.
- 정지 궤도
정지궤도 위성은 지구의 자전 주기와 같은 공전주기를 가지고 지구 주위를 도는 위성으로 약 3만6천km 고도에서 지구 주위를 돌게 된다. 이때 지구의 자전주기와 정지궤도 위성의 공전주기가 같기 때문에 항상 같은 지역 위에 떠 있는 것처럼 보인다. 통신, 방송 위성을 포함한 인공위성 운용 시 가장 큰 이점이 있는 궤도이다. 지상에서 발사 후에 타원궤도를 돌다가 원지점에서 원지점 모터를 가동해 정지 궤도에 들어간다. 3개의 정지 궤도 위성으로 대부분의 지구 표면을 커버할 수 있으나 기하학적으로 위도 81도 이상의 극 지역에서는 위성이 수평선 아래로 사라져 서비스 이용이 불가능해 몰니야 궤도를 사용한다.[6]
- 몰니야 궤도
몰니야 궤도는 북위 약80도 이상 지역과 남위 약 80도 이상 지역에서는 지구 정지궤도 위성이 지평선 아래에 있기 때문에 통신이 불가능하다. 특히 영토의 대부분이 고위도 지역에 위치한 러시아 같은 나라에서는 정지궤도 위성과의 통신에 어려움이 있지만 이에 대한 해결책으로 몰니야 궤도 상에 통신이나 방송위성을 띄우는 방법을 사용한다. 몰니야 궤도는 이심률이 아주 큰 고타원 궤도로써, 케플러 제2 법칙(면적속도 일정의 법칙)에 의해 위성이 초점, 즉 지구 중심에서 멀리 있을 때는 공전 속도가 매우 느려진다는 특징을 이용한다. 이와 같이 고타원궤도의 원지점을 북극에 가깝게 위치하게 함으로써 공전주기의 대부분의 시간을 고위도 지방 상공에 머물도록 배치하는 궤도를 지역의 이름을 따서 몰니야 궤도라 부른다.[7]
- 태양동기궤도
태양동기궤도는 궤도 경사각이 90도인 극궤도에 가까운 궤도 경사각을 가지고 있으며, 궤도면과(평균)태양이 이루는 각도가 항상 일정하게 유지되는 궤도이다. 이와 같은 궤도를 유지하면, 위성이 태양에 대하여 항상 일정한 방향을 유지하기 때문에 태양으로부터 받는 빛의 조건도 동일하게 유지되어 태양전지판 설계가 용이하고, 거의 같은 시각에 임의 지역의 상공을 통과하기 때문에, 통과 시 지구를 조명하는 각도 또한 거의 같게 되는 특징을 가지고 있어, 기상 위성이나 정찰 위성, 영상기를 탑재한 위성들이 태양동기궤도로 많이 운용되고 있다. 태양동기궤도의 경우 고도는 약 600~800 km이며 주기는 96~100분 범위, 구 적도 면과의 경사는 98도이다. 국내의 아리랑 위성도 태양동기 궤도를 사용한다.[8]
- 극궤도
극궤도는 남과 북의 양극을 통과하는 궤도를 말한다. 궤도 경사각이 90도 이기 때문에 남북으로 지구 회전축을 포함하는 궤도를 그리므로, 지구가 자전함에 따라 지구의 모든 면을 관찰할 수 있어서 지구 전체의 지도를 작성한다거나 전체 표면을 관측해야 하는 지구관측위성에 주로 사용된다.[7]
- 역행궤도
일반적인 인공위성들이 지구 자전 방향과 동일하게 동쪽으로 움직이나 궤도경사각이 90를 넘게 되면 지구자전과 반대 방향인 서쪽으로 비행하게 되는데, 이를 역행궤도라 한다. 일반적인 순행궤도에 비해 궤도 유지를 위한 연료가 더 많이 소모되는 단점이 있지만, 관측지점에 대한 재방문 주기를 단축할 수 있는 장점이 있어서 일부 첩보 위성에 사용되곤 한다.[7]
- 라그랑지점
라그랑지점은 발견한 이의 이름을 따서 지구와 달, 또는 지구와 태양, 태양과 목성 등 상호 중력이 작용하는 두 개의 천체 사이 어딘가에는 양측의 중력이 상쇄되어 어느 쪽으로도 힘이 작용하지 않는 지점이다. 우주 공간에서 실제로 그러한 지점에서 운영하는 위성의 궤도를 라그랑지 궤도라고 말하기도 한다.[7]
분류
용도
군사위성
군사위성은 군사적인 목적으로 개발된 인공위성으로 정찰위성, 조기경보위성, 군사통신위성, 핵폭발 탐지위성, 항행위성, 군사기상위성 등이 있다. 넓은 의미에서는 모두 첩보위성에 속하지만, 좁은 의미에서 첩보위성은 정찰위성, 조기경보위성, 도청위성만을 가리킨다.[9]
- 군사통신위성
군사통신위성은 극초단파에 의한 원거리 통신과 많은 용량의 군사 통신에 대한 중계소 역할을 하는 위성이다. 대한민국에서도 무궁화 5호 위성을 민간과 군이 함께 사용해 전파 교란 등 공격에 취약했지만, 2020년에 아나시스 2호를 발사해 세계에서 10번째로 군사 전용 위성 보유국이 되었다.[10]
- 정찰위성
정찰위성은 군사 행동 상황에 관한 정보 수집을 주목적으로 하는 위성으로 미국이 소련 영토를 항공촬영하기 위한 유일한 정찰기가 소련의 지대공 미사일에 무력화되자, 미국에선 정찰위성 개발프로젝트인 코로나 계획을 시작했다. 초기의 정찰위성은 우주에서 지상을 촬영한 필름을 별도의 회수용 비행체에 담아, 지상으로 떨어뜨리는 방식을 사용했다. 지상으로 떨어진 회수용 비행체는 수송기가 공중에서 낚아채 회수하게 된다. 비록 실시간으로 적의 동태를 감시할 수는 없었지만, 소련의 대륙간탄도탄 기지를 비롯한 중요 군사시설의 변화를 정찰기와 달리 안전하게 확인할 수 있었다. 이후 디지털카메라를 장착했고, 촬영된 영상은 암호화된 디지털 신호로 지상에 전송되어 실시간으로 정찰이 가능하다. 이후 적외선 카메라, 날씨의 영향을 받지 않는 합성개구레이더를 장착한 위성을 사용한다.
- 조기경보위성
조기경보위성은 적의 대륙간탄도탄 또는 잠수함발사탄도탄의 공격에 대하여 될 수 있는 한 긴 반응 시간을 갖기 위하여 이들의 발사를 조기에 탐지하는 임무를 가진 위성이다. 미국의 대표적인 조기경보위성인 DSP(Defense Support Program) 위성은 미사일이나 로켓에서 뿜어 나오는 배기가스의 열을 적외선 센서를 사용해 감지한다. 걸프전 때에는 이라크의 스커드미사일 발사를 감지해 이스라엘과 사우디아라비아의 인구 밀집 지역이나 군사지역에 미리 알려 피해를 최소화했다.[9]
- 도청위성
도청위성은 적국의 전파나 통신을 도청하는 일을 맡는다. 국가정찰국은 1992년 일반에게 알려질 때까지 존재 자체가 비밀이었다. 매그넘/오리온 계열의 위성은 미사일 시험 중에 전송되는 원격계측정보를 도청하고, 볼텍스위성은 여기에 음성도청을 가미했다. 샬리트/볼텍스위성은 비밀정보도청을 수행했다. 1996년 4월 미 공군은 타이탄 4호 로켓으로 첩보위성을 발사했는데, 고급형 볼텍스 계열의 통신도청 위성인 것으로 알려지고 있다. 이것은 마이크로파 신호, 전파 신호, 장거리전화 및 워키토키 대화 내용 등을 도청할 수 있는 대형 통신 집진기를 갖추고 있었다.[9]
민간위성
민간위성은 방송이나 통신, 지구관측, 기상 등 민간인이 활용할 수 있는 위성을 말한다.
- 기상위성
일반적으로 모든 인공위성은 대기 현상을 측정하고 밝혀주므로 기상위성이라고 할 수 있으나, 정확하게 구별하면 기상 관측을 주목적으로 설계하여 발사된 인공위성만을 가리킨다. 기상위성은 단기예보에 필요한 저기압 또는 전선 등의 정확한 위치와 크기 등을 파악하며, 지구로부터 우주 공간으로 복사되는 복사에너지, 지구와 대기가 반사하는 태양광선의 반사량, 대기권 밖의 태양에너지 등을 관측한다. 기상위성은 극궤도 기상위성과 정지 기상위성 두 종류로 나눈다. 극궤도 기상위성은 저궤도에서 지구의 남북을 회전하며 실시간으로 관측한 기상 자료를 이용국에 제공해주고, 정지 기상위성은 지구 정지 궤도에 위치해 일정한 지역에 대한 관측을 주로 한다. 최초의 기상위성은 미국에서 개발한 타이로스 1호로, 텔레비전 카메라와 적외검지기를 이용해 지표면을 관측하였다. 하지만 카메라 축이 지구자기장의 영향을 받아 흔들려 일기도 위에 대응시킬 수 없었지만, 타이로스 2호는 성능이 매우 좋아 전 세계에 공개했다. 미국 기상국에서는 촬영 시각으로부터 타이로스의 위치와 카메라 축의 방향을 결정하여, 컴퓨터에 걸어서 구면삼각법의 계산을 하게 하고, 사진 위에 경위도선을 넣는다. 이러한 조작을 렉티피케이션(rectification)이라 한다. 국내에서는 정지궤도 위성인 천리안 위성을 사용하고 있다. 국가기상위성센터에서 천리안위성이 찍은 사진을 볼 수 있다. 천리안위성의 기상산출물은 총 52종으로, 기본 산출물 23종과 부가산출물 29종으로 나누어 개발하고 있다.[11][12]
- 통신위성
통신위성은 지구 상공 일정한 궤도에서 지구 주위를 회전하면서 지상 통신국으로부터 송신하는 신호를 수신하여 그 신호를 증폭 변환한 후 다시 상대 지구국에 재송신하는 우주 전파중계소 역할을 하는 인공위성이다. 일반 통신뿐만 아니라, 방송 신호도 송수신한다. 주로 지구 정지 궤도를 이용하지만, 저궤도를 이용한 통신위성도 있다. 정지궤도 위성 1개가 지구의 34%를 커버할 수 있지만, 저궤도 위성은 지구의 2% 정도만 커버가 가능해 전 세계 서비스를 위해서 필요한 최소 위성 수는 500기 이상이다. 저궤도 위성통신은 정지궤도보다 지상에서 훨씬 가깝기 때문에 전파 왕복 시간이 짧아지기 때문에 정지궤도보다 지연율이 낮다. 정지궤도 위성의 경우 무게가 1톤을 넘고, 크기는 5m를 넘기기 때문에 제작에 수억 달러가 든다. 또한 먼 거리까지 데이터를 보내기 위해 안테나와 많은 전력이 소요된다. 하지만 저궤도 위성의 경우 2m 이하가 대부분이다. 저가로 제작할 수 있는 30㎝ 길이의 마이크로샛 등의 소형위성도 나왔다. 이러한 특성 때문에 저궤도 위성통신을 1990년대부터 상용화하려는 시도가 있었다. 하지만 대부분 경제성이 떨어져 시장에서 실패하였다. 이후로도 테슬라(Tesla)에서 스타링크 프로젝트, 아마존(Amazon)의 카이퍼 프로젝트가 진행되고 있으며, 저궤도 통신위성을 상용화하려는 승부수를 띄우고 있다.[11][13]
- 과학위성
과학위성은 지구의 주위를 돌며 지구나 지구를 둘러싼 우주 공간을 직간접적으로 탐사하는 위성이다. 자원 탐사, 환경 감시, 지도 작성 등으로 사용되는 지구 관측 위성, 지구 대기권 바깥 우주 공간에 올려져서, 천문학 관측을 수행하는 우주망원경 등이 있다.[11] 지구 관측 위성은 국내를 비롯한 미국, 유럽과 같은 우주개발국들은 자원 탐사, 환경 감시, 지도 제작 등을 목적으로 지구 관측 위성을 개발·운용하고 있다. 과거에는 지구 관측 위성이 일부 지역에 한정된 단순 정보 수집, 정보 확인용으로 활용되었지만 지구 관측 위성을 통해 사전 재난 징후 판단, 광역적 피해 규모 산정, 정량적 피해 분석 등이 가능해졌고, 선제적 재난 대응 등으로 활용도가 높아지고 있다. 국내에서는 아리랑 위성을 활용하고 있다.[14] 우주망원경은 지구상에서는 천체를 관측할 때 대기층에 존재하는 기체들에 의해서 가시광선은 산란하고, 자외선이나 적외선, 감마선, 엑스선 등은 흡수되어 관측할 수 없기 때문에 우주에 대한 정보를 얻기가 어렵다. 하지만 우주 망원경은 우주에 띄워진 망원경이므로 대기에 의한 상의 간섭이 나타나지 않고, 다양한 파장의 빛을 얻어내어 보다 구체적이고 정확한 우주에 대한 연구가 가능하다. 각각 관측하려는 빛의 파장에 따라 적외선 망원경, 자외선 망원경, 엑스선 망원경, 전파망원경 등으로 불린다. 우주망원경은 허블망원경(Hubble), 찬드라(Chandra), XMM-뉴턴망원경(XMM-Newton), 나이서(NICER), 우주배경 탐사선(COBE), 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐색기(WMAP) 등이 있다.[15]
- 항행위성
항행위성은 날씨와 무관하게 지상의 수신자가 정확한 위치와 시간을 알 수 있도록 정보를 제공해 주는 인공위성이다. 비행기, 선박, 자동차 등의 운행에 사용되고 있으며, 대부분의 스마트폰에도 GPS 수신기가 장착되어 있다. 원래 군사용으로 개발 및 운영이 되었으나, 1983년 소련의 ㈜대한항공 격추 사건 이후, 미국 로널드 윌슨 레이건(Ronald Wilson Reagan) 대통령에 의해 민간 목적으로 사용이 허가되었다. 항행위성은 지구 중궤도에 있다.[11] 항행위성에는 고정밀의 원자시계가 탑재되어 있는데, 이는 GPS 수신기가 위성으로부터 반송파에 실려 보내진 C/A 코드를 GPS 수신기가 감지하면 똑같은 코드를 생성해 두 코드의 시차를 측정하기 때문이다. 이렇게 측정된 두 코드의 시차에 전파의 속도를 곱하면 항행위성과 수신기 간의 거리가 구해진다.[16]
기타
- 우주정거장
우주정거장은 사람이 우주 공간으로 진출하기 위해 사람이나 기자재를 옮긴 뒤 다시 정비하여 본격적인 우주 항행을 하게 하는 정거장이다. 최초의 우주정거장은 러시아의 살류트(Salyut)이고, 현재 사용되고 있는 우주정거장은 국제우주정거장(International Space Station, ISS)뿐이다. 국제우주정거장은 1993년에 개발이 시작되었지만 2003년 2월 1일 지구로 귀환하던 우주왕복선의 폭발사고 등으로 지연되어 2011년 완공되었다. 우주정거장에서는 지구 중력의 약 1백만분의 1인 마이크로 중력(거의 무중량상태)을 가지며 이러한 무중량 상태를 이용하여 지구상에서는 지구 중력 때문에 불가능한 순도 100%의 결정체를 만들 수 있으며 이러한 기술은 새로운 재료의 합성이나 신 의약품 제조에 활용된다. 또한 식물이나 동물이 무중량 상태에 어떻게 적응하는지에 대한 관찰과 실험을 한다. 2016년부터 2018년까지 879일간 국제우주정거장에 체류한 겐나디 파달카(Gennady Padalka)가 가장 오래 체류한 사람으로, 우주에 장기간 체류가 가능하다는 것을 보여주었다.[17][18]
- 탐사선
탐사선은 지구나 다른 천체를 탐사하기 위해 우주로 쏘아 올린 관측 도구를 말한다. 태양으로부터 멀어지면 태양광판에 닿는 광량이 떨어져서 효율이 기하급수적으로 떨어진다. 그 때문에 외우주로 나가는 것들은 대부분 원자력 전지를 쓰기 때문에 가격이 비싸다. 무인 탐사선과 유인 탐사선이 있는데, 무인 탐사선은 주로 태양계 바깥이나 인간이 착륙하기 힘든 행성을 탐사한다. 유인 탐사선은 지구를 벗어나 다른 천체로 가려면 1년 이상은 기본이고 연료를 아끼기 위해 스윙바이로 가속하려면 중간에 경유지까지 설정해야 하므로 시간도 오래 걸린다. 게다가 귀환까지 해야 되기 때문에 현재까지 유인우주선인 탐사선은 아폴로뿐이다. 탐사 방법에는 접근 통과 (플라이바이), 표면 충돌, 궤도 선회, 착륙, 로버 등이 있다.[19]
무게
위성의 질량은 부여된 임무에 따라 결정되며, 일반적으로 소형위성급 이상은 실용 목적으로, 소형 이하급 위성은 과학실험, 기술 개발 및 검증을 목적으로 한다. 보통 나노, 피코, 펨토 위성은 초소형 위성으로 분류한다.[1][17] 인공위성을 크기와 중량에 따라 분류하는 기준은 공식화 되어 있지는 않으나 대략 다음과 같은 기준으로 분류한다.[7]
종류 질량 대형위성 1,000kg 이상 중형위성 500~1,000kg 소형위성 100~500kg 마이크로위성 10~100kg 나노위성 1~10kg 피코위성 0.1~1kg 펨토위성 0.1kg 이하
이외에도 캔샛과 큐브샛이라는 명칭도 있다.
- 캔샛 : 음료수 캔 크기만 하다 해서 붙여진 이름이다. 1998년에 미국 스탠퍼드 대학교에서 처음 개발을 시작했다고 알려져 있으며 실제 사용보다는 위성 개발 실습이나 실험 목적으로 사용된다.
- 큐브샛 : 일반적인 큐브샛의 크기의 기본 단위를 1 유닛(Unit, U) 이라 하는데 가로, 세로, 높이가 모두 각각 10cm 이고 무게는 1.3kg 이하라고 관례로 지칭하고 있다. 오늘날의 큐브샛은 작게는 0.5U 크기부터 6U 크기까지 다양하다.
탑재체
인공위성은 그 운영 목적과 서비스 지역, 임무 등에 따라 여러가지로 분류되나 위성에 탑재되는 임무 탑재체의 종류를 기준으로 본다면 대략 세 가지 종류로 대별된다.[7]
- 광학탑재체위성
광학탑재체위성은 카메라를 사용한 영상 촬영이 목적인 모든 위성이 해당한다. 이때, 촬영하는 파장 대역에 따라 가시광선, 적외선, 자외선, 엑스선, 감마선, 레이저 등으로 세분화된다. 대부분의 광학 탑재체 위성은 정지영상 촬영을 하지만 일본의 달 탐사선 카구야는 HD 카메라를 사용하여 달 표면의 고해상도 동영상 촬영에 성공한 바가 있다.[7]
- 전파탑재체위성
전파탑재체위성은 전파를 송수신하여 통신 중계를 하거나 항법용 무선신호를 발신하는 위성들이다. 모든 저궤도, 정지궤도 통신 중계 및 방송 서비스 위성, 항법 신호를 발신하는 항행 위성들 모두 전파를 수신하여 증폭시킨 다음 되쏘는 기능을 가진 통신중계기가 설치되어 있다. 사용하는 주파수 대역에 따라 분류되고, 전파 탑재체 위성들은 신호를 증폭하여 송신하기 때문에 전력소모량이 많아 광학 탑재체 위성에 비해 더 크고 넓은 태양전지판을 장착하고 있다. 위성에서 레이더 신호를 발사하여 지표면에서 반사되는 신호를 잡아 증폭하여 지형을 관측하는 용도로 사용되는 합성개구레이더 위성도 전파 탑재체 위성에 해당된다.[7]
- 과학기술측정기탑재체위성
과학기술측정기탑재체위성은 광학과 전파 탑재체 외에 각종 측정 센서를 탑재한 위성을 말한다. 여기에는 대표적으로 자기장 측정기, 입자 검출기, 방사선 검출기 등이 있는데 이러한 과학 기술 센서들은 대체로 크기가 작아서 인공위성의 주탑재체보다는 보조탑재체와 각종 센서류의 일부로 장착된다.[7]
구조
인공위성은 크게 위성본체와 탑재체로 나눌 수 있다. 탑재체는 통신을 위한 중계기, 땅 위나 구름의 사진을 찍는 카메라 같은 것들을 말한다. 위성본체는 7개의 요소로 나눌 수 있고 모든 요소가 다 중요하다. 그 중 첫 번째 요소는 구조이다. 위성체의 형태를 유지시키고 다른 요소들을 받쳐 준다. 두 번째 요소는 열제어이다. 우주에는 공기가 없어 태양 빛을 받는 쪽은 매우 뜨겁고, 받지 않는 쪽은 매우 차갑다. 그래서 태양 빛을 차단하기 위해 다층박막단열재를 입히고, 위성체 내부에서 발생한 뜨거운 열을 밖으로 내보내기 위해서 거울처럼 보이는 이차면경이라고 하는 것을 붙인다. 세 번째와 네 번째 요소는 추진 및 자세제어이다. 인공위성에도 원하는 곳을 바라보기 위한 눈과 움직이기 위한 발이 필요하다. 자세를 알아내기 위한 태양센서, 지구센서, 별센서 같은 것들이 있어야만 인공위성이 태양, 지구, 별과의 상대적인 자세를 파악해서 인공위성의 정확한 자세를 알아낸다. 자세를 알아내면 원하는 방향으로 이동하기 위해 추력기와 반작용휠이 필요하다. 추력기는 연료를 태워서 생기는 가스를 외부로 분출하여 움직이는 힘을 얻고, 반작용 휠은 질량을 가진 물체가 회전하게 되면 그 반대 방향으로 움직이려고 하는 관성력이 생기는데 이 힘을 이용한다. 다섯 번째 요소는 전력이다. 인공위성에는 여러 전기장치들이 있기 때문에 주로 태양열 에너지와 축전지를 사용한다. 여섯 번째와 일곱 번째 요소는 원격측정명령과 탑재소프트웨어이다. 인공위성에도 컴퓨터가 실려 있어서 보고 들은 내용을 판단하고 일을 하도록 명령을 내린다. 이때 올바른 판단을 하도록 프로그래밍되어 있는 것이 바로 탑재소프트웨어다. 위성체에서 통신을 하는 역할은 안테나이다.[20]
우주 쓰레기
우주 공간에 있는 인간이 만든 물체를 통틀어 인공우주물체라고 한다. 지구 궤도에 있는 인공우주물체는 임무를 수행 중인 살아 있는 인공위성과 그들을 제외한 나머지로 나뉘는데, 그 나머지를 우주 쓰레기 또는 우주 잔해물이라고 부른다. 우주 쓰레기에는 수명이 다하거나 고장 난 인공위성, 우주발사체에서 분리된 페어링이나 로켓 상단, 인공위성이 폭발하거나 다른 물체와 충돌해 생긴 파편 등이 모두 우주 쓰레기가 된다. 2021년 기준 지구궤도에는 인공우주물체 2만 3000여 개가 있다. 그 중 인공위성은 10%이고 나머지 90%가 우주 쓰레기다. 우주 쓰레기는 운영 중인 인공위성과 충돌을 일으킬 수 있고, 다 쓴 인공위성들이 쓰레기가 되어 지구궤도를 꽉 채우게 되면 새 인공위성이 자리잡을 공간이 없어진다. 일부 파편은 지상으로 떨어져 피해를 일으키기도 한다.[21] 영국 콘월에서 열린 주요 7개국 정상회의에서 우주 쓰레기가 주요 안건으로 논의됐다. 이에 따라 우주 쓰레기 처리 시장도 성장하고 있다. 레이저를 이용해 우주 쓰레기 표면을 기화시켜 원하는 곳으로 이동시킨 뒤 대기권 진입을 유도하는 방법, 전도성 끈을 이용해 파편을 위성 궤도에서 이탈 시키는 방법, 로봇팔 4개가 달린 청소 위성을 올려보내는 방법, 작살을 이용해 우주 쓰레기를 잡은 후 대기권으로 끌고 와 태워 없애버리는 방법, 우주 쓰레기들이 모여 있는 곳에 끈적끈적한 폴리머 거품을 방출해 쓰레기 파편들이 붙게 한 후 대기권으로 떨어뜨리는 방법 등 여러가지 방법이 시도되고 있다.[22]
인공위성의 수명
중대형 정지궤도위성의 경우 약 12~20년 정도, 저궤도위성의 경우에는 3~7년 정도로, 정지궤도 위성의 경우 정지궤도에서 태양이나 달의 인력에 의해 위성은 남북으로 기울어지려는 경향이 있어 연료의 80% 이상을 북/남 위치 유지에 사용하기 때문에 얼마나 충분한 연료를 싣고 있는가에 따라 위성수명이 결정된다. 저궤도위성의 수명은 연료량에 의해 결정되는 것이 아니라 전력을 생성하는 태양전지셀은 우주의 복사환경에 의해 계속 성능이 저하되는데 배터리가 얼마나 많이 충·방전을 할 수 있는가, 수명의 말기에 얼마나 위성이 필요로 하는 전력을 얼마나 생성하는가, 전자부품의 소자가 복사환경에 의해 얼마나 성능이 저하되는가 등이 저궤도위성의 수명을 좌우하는 요소에 해당한다.[23]
대한민국의 인공위성
우주개발 능력은 경제력, 과학기술력 등 한 나라의 총체적 국력을 대외적으로 가늠하는 상징적인 척도가 되고 있다. 우주 개발은 크게 위성체 분야, 발사체(로켓) 분야 그리고 우주이용 및 우주과학 분야로 나눌 수 있으며, 국내 인공위성 분야의 기술수준은 후발 우주개발국가보다도 시작이 늦어 낙후 되어 있다. 그러나 1990년대에 들어 소형실험위성인 우리별 1, 2호의 발사 및 운용, 통신방송위성인 무궁화위성 1, 2호의 발사 및 운용 등으로 본격적인 위성시대로 진입했다고 볼 수 있다. 인공위성연구센터는 국내 최초의 발사체인 KSLV-1의 탑재체로 사용할 과학기술위성 2호를 개발했다. 나로호를 이용하여 두차례 발사를 시도하였으나 모두 실패해 3차 발사에서는 과학기술위성 2호대신 기능이 축소된 나로과학위성이 사용되었다. 이후 과학기술위성 3호를 개발하여 러시아에서 발사하였다. 한국항공우주연구원의 2020~2022년 우주개발계획은 우주개발 계획의 명확화를 통해 연구계, 산업계의 우주개발 역량을 지속 발전시키며, 우주선진국으로 도약하기 위한 발판 마련하는 것이다. 영구적인 목표는 한국에서 독자적인 기술로 위성과 발사체를 만들어 독자적인 기술을 확보하고 해외 발사서비스 시장에 진출하는 것이다.[24]
위성 이름 발사일 궤도 임무 우리별 1호 1992년 8월 11일 태양동기궤도 위성제작기술습득 우리별 2호 1993년 9월 26일 태양동기궤도 소형위성기술습득 무궁화 1호 1995년 8월 5일 정지궤도 통신, 방송 무궁화 2호 1996년 5월 26일 정지궤도 통신, 방송 우리별 3호 1999년 5월 26일 태양동기궤도 지상 및 과학 관측 무궁화 3호 1999년 9월 4일 정지궤도 통신, 방송 아리랑 1호 1999년 12월 21일 태양동기궤도 지상, 해양, 과학 관측 과학기술위성 1호 2003년 9월 27일 태양동기궤도 우주환경 측정 한별 2004년 3월 13일 정지궤도 모바일 방송 아리랑 2호 2006년 7월 28일 태양동기궤도 지상 관측 무궁화 5호 2006년 8월 22일 정지궤도 통신, 방송 천리안 2010년 6월 27일 정지궤도 통신, 해양, 기상 관측 올레 1호 2010년 12월 28일 정지궤도 통신, 방송 아리랑 3호 2012년 5월 18일 태양동기궤도 지상 관측 나로과학위성 2013년 1월 30일 태양동기궤도 저궤도 인공위성 궤도 진입기술 습득 아리랑 5호 2013년 8월 22일 태양동기궤도 지상 관측 과학기술위성 3호 2013년 11월 21일 태양동기궤도 우주/지구과학 관측 아리랑 3A호 2015년 3월 26일 태양동기궤도 지상 관측
각주
- ↑ 1.0 1.1 〈인공위성관련 정보〉, 《인공위성연구소》
- ↑ 〈세계를 보는 우리의 첨단 위성〉, 《한국항공우주연구회》
- ↑ 박상영 연세대 천문우주학과 교수, 〈인공위성과 우주개발의 역사〉, 《아이티파인드》
- ↑ 〈인공위성의 용도와 떨어지지 않는 이유는〉, 《매일경제》, 1999-05-27
- ↑ 5.0 5.1 이종화, 〈인공위성도 다니는 길이 있다〉, 《네이버포스트》, 2005-07-04
- ↑ 〈정지궤도〉, 《위키백과》
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 〈인공위성의 분류〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈태양동기궤도위성〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 9.0 9.1 9.2 〈첩보위성과 군사위성의 차이〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈(자막뉴스) 첫 군사 통신위성 아나시스 2호 우주로…다음은 정찰위성〉, 《연합뉴스TV》, 2020-07-21
- ↑ 〈천리안위성 2A호〉, 《국가기상위성센터》
- ↑ 최아름, 〈어디서든 터지는 저궤도 위성통신...지상망 대안 ‘부상〉, 《정보통신신문》, 2020-03-14
- ↑ 〈지구 관측 위성〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈우주망원경〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈GPS〉, 《위키백과》
- ↑ 17.0 17.1 〈인공위성〉, 《나무위키》
- ↑ 〈우주정거장〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈탐사선〉, 《나무위키》
- ↑ 〈인공위성〉, 《한국항공우주연구회》
- ↑ 안선희 기자, 〈우주 쓰레기가 온다…지구 둘러싼 90% 물체가 ‘폐기물’〉, 《한겨레》, 2021-07-02
- ↑ 〈(우주산업 리포트) 우주쓰레기 청소 사업에 나선 기업들〉, 《동아사이언스》, 2021-06-18
- ↑ 〈인공위성의 수명, 어떻게 결정되나?〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈'20~'22 우주개발계획〉, 《한국항공우주연구원》
참고자료
- 〈인공위성관련 정보〉, 《인공위성연구소》
- 〈세계를 보는 우리의 첨단 위성〉, 《한국항공우주연구회》
- 박상영 연세대 천문우주학과 교수, 〈인공위성과 우주개발의 역사〉, 《아이티파인드》
- 〈인공위성〉, 《나무위키》
- 〈탐사선〉, 《나무위키》
- 〈인공위성의 용도와 떨어지지 않는 이유는〉, 《매일경제》, 1999-05-27
- 이종화, 〈인공위성도 다니는 길이 있다〉, 《네이버포스트》, 2005-07-04
- 〈정지궤도〉, 《위키백과》
- 〈인공위성〉, 《한국항공우주연구회》
- 안선희 기자, 〈우주 쓰레기가 온다…지구 둘러싼 90% 물체가 ‘폐기물’〉, 《한겨레》, 2021-07-02
- 〈(우주산업 리포트) 우주쓰레기 청소 사업에 나선 기업들〉, 《동아사이언스》, 2021-06-18
- 〈'20~'22 우주개발계획〉, 《한국항공우주연구원》
- 〈인공위성의 수명, 어떻게 결정되나?〉, 《네이버 지식백과》
- 〈인공위성〉, 《네이버 지식백과》
- 〈첩보위성과 군사위성의 차이〉, 《네이버 지식백과》
- 〈(자막뉴스) 첫 군사 통신위성 아나시스 2호 우주로…다음은 정찰위성〉, 《연합뉴스TV》, 2020-07-21
- 〈GPS〉, 《위키백과》
- 〈우주망원경〉, 《네이버 지식백과》
- 〈지구 관측 위성〉, 《네이버 지식백과》
- 최아름, 〈어디서든 터지는 저궤도 위성통신...지상망 대안 ‘부상〉, 《정보통신신문》, 2020-03-14
- 〈천리안위성 2A호〉, 《국가기상위성센터》
- 〈태양동기궤도위성〉, 《네이버 지식백과》
- 〈인공위성의 분류〉, 《네이버 지식백과》
- 〈우주정거장〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기
