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인공위성

last modified: 2015-04-04 21:54:06 by Contributors

  • 1세대 아카펠라 그룹 인공위성은 여기로.
sar_satellite.jpg
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Contents

1. 개요
2. 설명
3. 인공위성의 분류
3.1. 군사위성
3.2. 민간 위성
3.3. 기타
4. 대중문화 속의 인공위성
5. 관련 항목


1. 개요

An (Artificial) Satellite[1]

행성 주위를 돌도록 쏘아 올린 인공 장치. 발사되는 인공위성의 99%는 지구 주변을 도는 위성이며 좁게는 이것만을 인공위성으로 분류한다. 넓게는 화성이나 목성 등등 태양계의 다른 천체 주변 궤도를 도는 탐사선들까지 포함한다. 인공위성의 내부 구조는 간단하게 추진체, 컴퓨터장비, 전기공급, 뼈대 등으로 나눌 수 있다.

우주 정거장도 인공위성의 일종이다.

2. 설명

최초의 인공위성은 1957년 10월 14일에 발사된. 소련스푸트니크 1호.[2] 이 때만 해도 그냥 우주에 뭔가 쏴 올렸다는 사실만으로 상대방(=미국)에게 충격과 공포를 주기 위한 목적이었지만,[3] 점점 용도가 늘어가면서 현재는 용도에 따라 과학위성, 통신위성, 군사위성, 기상위성 등등으로 나뉜다.

참고로 대한민국 최초의 인공위성은 1992년 8월 11일에 발사한 우리별 1호. 우리별 1호는 ESA(유럽우주기구)가 제작한 '아리안 로켓'에 실어서 발사했다. 북한은 스커드 미사일 기술로 자체제작한 대포동 발사체를 이용해 '광명성 1호'라는 위성을 자체 발사하려 했으나 실패했고, 2009년 4월 5일에는 대포동 2호 발사체를 이용하여 '광명성 2호'를 발사하려 했으나 실패했다. 결국 성공한 것은 2012년 12월 12일 은하 3호에 실은 광명성 3호가 최초. 대포동2호는 2단 분리가 안돼서 실패했다는 주장이 언론에 돌았으나 나중에 은근슬쩍 말이 바뀌어서 분리에는 성공했으나 우주궤도 진입에는 실패했다고 수정됐다.

문제는 이게 고장나거나 실종되거나 하면 바로 우주쓰레기가 된다는 것. 뭐 저궤도의 경우엔 알아서 타버리는데, 문제는 정지궤도의 인공위성. 뭐 쓰레기 처리 인공위성을 쏘아올린다나 말은 있는데, 아직 한대도 안올라온게 현실. 그래서 보통 수명이 거의 다한 정지궤도 위성은 남은 추진체를 써서 수백 km 정도 높은 '묘지 궤도'(Graveyard orbit)에 올려 폐기한다.

2011년 9월 24일경에는 미국의 낡은 인공위성이 잔해가 되어 지상에 떨어진다고 화제가 된 바 있었다. 떨어지는 전해만 6톤 정도로 대기권에 타고 산산조각 난 잔해중 큰 것은 100kg 정도라고. 지상의 사람에게 맞을 확률은 1/3200 정도로 인구가 많은 유라시아 지역에 떨어진다 하여 이슈가 되었다. (관련 기사)

2013년 4월 한국의 송호준세계 최초로 개인이 제작한 인공위성이 국내에서 청계천 상가 부품으로 제작되어 카자흐스탄에서 발사되었다. 일명 OSSI 프로젝트로, 국가만의 기밀 정보로 취급받던 인공위성의 인식을 풀어보려고 폐인같이 달려들어 5년간 제작하였고 이것을 누구나 보고 제작할 수 있도록 소스까지 공개했다.소스 링크 기사

3. 인공위성의 분류

3.1. 군사위성

© Marshall80 from
독일 정찰위성 SAR-Lupe가 러시아 코스모스3M 로켓에 실려있는 모형
말 그대로 군사적인 목적으로 사용되는 위성. 정찰위성, 항법위성, 통신위성 등의 종류가 있다. 전투용 위성을 만드려는 시도는 있었지만, 1967년 우주 조약에 의해 우주에 대량살상무기를 설치하는 것을 금지하면서 어찌어찌해서 현재까지 만들어지지 않았다.

  • 정찰위성
    그야말로 군사 위성의 대표적인 예. 카메라를 달고 목표 지점 상공을 지나가면서 사진을 찍어 해당 지역의 영상을 제공한다. 대표적으로는 미국의 키홀 위성이 있다.

    말로는 쉽지만, 우주개발이 한창이던 60~70년대의 기술로 쓸만한 성능을 구현하는것은 어려운 일이었다. 애초에 수백 km 상공의 위성에서 지상의 사진을 선명하게 찍는 것부터 힘든 일이고 그렇게 찍은 사진을 지상까지 전달하는 것도 어려운 일이었다. 결국 원격 전송이 가능한 TV 카메라로는 도저히 화질에 답이 없어서 선택한 방법이 바로 인공위성에 필름 카메라를 탑재해서 사진을 찍고, 그 뒤 필름을 대기권에 재돌입시켜서 지상에서 회수하는 것. 미국의 경우에는 필름만 캡슐에 담아 재돌입시키고 낙하산이 펼쳐져 천천히 낙하하는 필름을 비행기로 낚아채는 방법을 사용했고, 소련은 필름과 카메라를 통째로 캡슐에 담아 지상에 낙하시켜 회수하는 방식을 썼다. 오브듀티 블랙옵스2에도 이 내용이 언급된다.

    정찰위성 프로젝트가 정착되고 시간이 지난 후엔 두 대 이상의 카메라를 이용, 합성하는 방식으로 3D(!) 지형데이터를 얻기도 했다. 이후엔 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)를 사용, 전천후 감시체제에 돌입하며 미소 양국은 인공위성을 수백 대씩 뿌려댔다.

    넓게보면 정찰 위성에 포함 시킬수도 있는 조기경보 위성도 존재한다. 미국은 조기경보 위성으로 대규모 공습시 영공으로 들어오기도 전에 알아차릴 수 있다. 러시아가 보유한 해상감시 위성은 목표를 탐색, 추적, 대함미사일 유도까지한다. 미국이나 러시아에 경우 지금도 각자 수백개의 군사위성을 보유하고 있다.

    이들 군사위성은 임무 특성상 고도가 낮고, 궤도를 수정해야 할 필요성이 많다. 안그래도 저고도 위성이라 지구로 떨어지지 않기 위한 추진체가 필요한데, 궤도 수정까지 해야 하니 수명이 무척 짧다. 따라서 정말, 꾸준히, 많이 쏴야되므로 돈을 많이 먹는 물건. 그런 이유로 사실상 정찰위성을 본격적으로 사용한 국가는 미국과 소련 뿐이다. 그 외의 나라는 민군 겸용으로 지구 관측 위성을 쏘아올리거나, 성능을 희생하더라도 높은 궤도에 쏘아올리는게 대부분.

  • 항법위성
    위성을 사용해 지상에서 자신의 위치를 확인하기 위한 위성. GPS, 글로나스, 릴레오, 이더우 등이 있다.

    지금은 민간용으로 풀린 지 오래라서 잘 알려져 있지 않지만, 본래 군사용으로 개발된 위성이다. 그런데 대한항공 007편 격추 사건을 계기로 미국이 한창 개발중이던 GPS를 민간에게도 개방할 것을 약속하게 된 것. 지금도 대다수의 항법위성은 민간용과 군용 주파수를 다르게 하고, 때로는 2000년 이전의 GPS처럼 민간용에 고의적으로 오차를 집어넣어 정확도를 낮추기도 한다.

    다만, EU의 갈릴레오는 완전한 민간용 항법위성이다. 개발 목적 자체가 다른 항법위성이 군사용이기 때문에 군사적 목적에 따라 민간 사용이 제한되는 것을 피하기 위해서인 물건.

    항법 위성이란게 적어도 4대 이상의 위성이 머리 위에 떠 있어야 작동할 수 있기 때문에, 최소 4대의 위성이 필요하고 전 세계에 서비스하려면 20~30기의 위성이 필요한 터라 상상초월의 돈지랄이다. 그렇기 때문에 힘 좀 쓴다는 미국, 소련/러시아, 중국 정도만이 본격적으로 사용중이거나 개발중이고 아니면 EU처럼 연합해서 지지부진하게(..) 개발하거나 일본, 인도 등과 같이 특정 지역만 서비스 가능하도록 제한적으로 개발하고 있다.

  • 통신위성
    위성을 경유해 지상의 두 지점에서 서로 통신을 하기 위한 위성. 물론 군대만 통신을 하는게 아니기 때문에 민군 겸용으로 사용될 수 있다. 역시 군 전용 통신위성을 두는 것은 항법 위성보다는 덜하기는 해도 돈지랄은 돈지랄이므로 미국이나 러시아 같은 나라가 아닌 대부분의 나라에서는 민군 겸용 위성으로 만들어 쏜다.

  • 궤도 무기
    말 그대로 위성에 무기를 싣거나, 위성 자체가 무기인 것. 위에서 말했듯이 1967년 우주 조약에 의해 우주에 대량살상무기를 설치하는 것을 금지하면서 어찌어찌해서 현재까지 만들어지지 않았다. 대량살상무기의 설치를 금지한다는 말은 곧 대량살상무기가 아닌 무기는 궤도에 올려도 된다는 뜻이지만, 사실 굳이 궤도상에 핵무기가 아닌 다른 무기를 올려야 할 필요가 별로 없다(...)

    그렇다고 해서 아예 우주상에 무기를 올리려는 시도가 없었던 것은 아니라서, 미국의 경우 궤도상에서 발사체를 투하해 운동에너지로 지상을 공격한다는 신의 지팡이 같은 아이디어도 나왔었고, 우주상에 미사일이나 레이저, 입자 빔 무기 등을 올려 적의 미사일을 요격한다는 레이건의 SDI 같은 구상도 있었다. 하지만 결국 전부 흐지부지되고 끝.

    소련은 미국보다 더 우주 무기 개발에 적극적이어서, 아예 군용 목적의 알마즈 우주 정거장을 올려서 한동안 운용했었다. 특히 알마즈-2(살류트-3)에는 23 mm 기관포가 탑재되어 접근하는 적을 공격할 수 있도록 만들어지기도 하였다. 이 포는 정거장의 폐기 전에 무인 상태에서 시험 발사까지 실행했다고 한다. 단, 다른 알마즈 우주 정거장에는 따로 무기가 들어가지 않았다(승무원용 권총 정도는 제외하고...).

    또한 소련은 폴류스하는 공격 위성을 개발하여 발사하려고 한 적도 있다. 근데 이건 시험 모델 발사하다가 실패해서 날려먹은 뒤로 무기한 연기되었다가 소련이 망해버렸다(...)

    우주 무기라고 하기에 애매한 것으로는 소련의 FOBS(Fractional Orbital Bombardment System)가 있는데, 핵무기를 일단 궤도상에 올린 다음 적절한 지점에서 다시 역추진해서 지상으로 떨구는 물건. 분명 핵을 우주에 올리는 물건이지만 한바퀴 돌기 이전에 지상으로 떨궈지기 때문에 우주 조약에 의한 '우주에 대량살상무기 설치 금지' 조항에 위반되지 않는다! 이런 물건을 만든 목적은 ICBM과 같은 일반적 방법으로는 소련에서 미국을 공격할 때 미국의 감시가 치밀한 북극 근처를 통과하기 때문에, 이를 피해 감시가 상대적으로 덜 조밀한 남쪽으로 돌아서 공격하기 위한 것.

덤으로, 군사위성으로 쏘아올렸는데 과학발전에 이바지한 위성이 있다. VELA라고 미국에서 쏘아올린 핵실험 탐지 인공위성이 있는데, 이놈이 잡아내라는 핵실험은 안 잡아내고 (이스라엘과 남아공이 저지른 핵실험을 잡아냈다고 앗싸라비야 했는데, 결론은 아닌걸로 밝혀졌다) 저 심우주쪽에서 핵실험으론 보이지 않는 감마선을 발견. 연구결과 GRB, 즉 감마선 폭발로 밝혀졌다. 그래서 군사위성중에선 좀 알려진 케이스라고 할수 있다.

3.2. 민간 위성

최초의 위성은 민간 위성이다. 할 줄 아는 것이라고는 삐- 삐- 소리를 송출하는 것밖에 없는 스푸트니크가 어떤 군용 목적이 있을까? 미국의 최초 인공위성인 익스플로러 1호 역시 과학 목적을 가진 민간 위성이었다. 물론 이 위성을 개발한 이면에는 군사적, 정치적인 목적이 있었지만...

  • 지구 관측 위성
    말 그대로 지구를 관측하는 모든 위성을 이르는 말. 대개 카메라나 레이더를 달고 지구 표면, 대기나 기타등등을 관측한다. 넓게 보면 군용의 정찰 위성 역시 지구 관측 위성에 포함되지만, 그건 그냥 정찰 위성이라고 부르면 되므로(...) 지구 관측 위성이라는 말은 군용이 아닌 위성을 부르는 말로 쓰인다. 기상 위성 역시 지구 관측 위성의 범주에 포함되지만 같은 이유로 따로 분류된다.

    대개 카메라나 레이더를 싣고 지표면의 사진을 죽 찍은 뒤, 이 사진을 원하는 사용자들에게 돈을 받고 파는 식으로 사용된다. 한마디로 지금 구글 어스에서 볼 수 있는 사진들은 대부분 이 지구 관측 위성에서 촬영한 사진을 구글에서 수집하여 서비스하는 것. 이런 사진들은 단순한 지도 목적 외에도 해양 감시, 환경 오염 파악, 산림 파악, 농작물 현황 확인 등등 다양하게 쓰인다.

    대한민국의 지구 관측 위성으로는 아리랑 위성 시리즈가 있다. 사실상 한국의 주력 위성.

  • 기상위성
    타이로스 1이 찍은 사이클론 사진

    일반적으로 모든 인공위성은 대기현상을 측정하므로 기상위성이라고 할 수 있으나, 명확히 구별하면 기상관측만을 주목적으로 설계하여 발사된 위성만을 말한다. 기상위성은 저기압 또는 전선 등의 정확한 위치와 크기, 태양광선의 반사량 등을 관측한다. 기상위성도 군사위성으로 묶이는 경향이 있다. 뭐 전쟁에서 기상이란 중요한 변수중 하나니까 말이다.

    최초의 기상위성은 미국의 뱅가드 2였으며, 그후 타이로스 1이라는 기상위성이 쏘아올려 졌다. 대한민국의 경우에는 과거에는 자체적인 기상위성이 없어서, 일본,[4] 미국의 정지 기상위성 관측결과를 30분 단위로 받아 사용하였다.[5] 그러다가 마침내 2010년 기상관측위성인 천리안 위성을 발사하여, 기상정보의 자급자족이 가능하게 되었다. 항공우주연구원 천리안 위성 소개 페이지 앞으로 보다 진보된 정지궤도복합위성 2A를 개발하여 발사할 계획이다.

  • 통신위성
    (ɔ) NASA from
    세계 최초의 상업용 통신위성 인텔셋 1

    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 인공위성. 덤으로 일반 통신뿐만 아니라, 방송신호도 송수신한다. 스카이라이프가 그것. 제일 많이 알려진건 인텔셋. 최초의 통신위성은 30m짜리 알루미늄 풍선인 Echo였다. 상업용으론 예전엔 국가간 컨소시엄이었지만 현재는 회사가 되어버린 사진의 인텔셋 1이 최초였다. 물론 당연하게도 아마추어 무선용 인공위성도 있다. Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio, 줄여서 오스카라고 부른다.

    통신 위성을 휴대폰에 써먹으려고 했던 것이 바로 이리듐 계획이다. 그 외에도 INMARSAT이나 글로벌스타, 투라야 등의 위성 통신 시스템이 있다.

    대한민국의 통신위성으로는 무궁화 위성이 있다. KT에서 주문하여 해외 업체에서 제작 발사한 통신위성. 무궁화 5호부터는 전용 군용 채널이 생기기도 하였다. 지금은 무궁화 6호 위성이라고 이름붙어졌을 위성이 대신 올레 1호라고 이름붙여져 발사된 게 최신이다. 그 외에는 SK 텔링크에서 일본 업체와 공동으로 운용하는 한별이 있고, 위에서 말한 천리안 위성 역시 통신 임무도 수행중이다.

  • 과학위성
    말 그대로 과학적 목적으로 쏘아올린 인공위성. 최초의 과학위성은 스푸트니크 1호(선전용으로 보낸 전파를 이용하여 지구 대기권을 연구하는데 공헌했다)이다. 그다음에 미국 최초로 쏘아올린 인공위성인 익스플로러 1호도 과학위성으로 밴 앨런 대를 관측하는 기여를 하게되었다.

    대한민국에서는 리별 위성과 학기술위성이 있다. 나로호에 실었던 과학기술위성 2A, 2B와 나로과학위성 역시 과학위성.

3.3. 기타

  • 우주 정거장
    일종의 유인 인공위성. 자세한 것은 항목 참조.

  • 탐사선
    일부 탐사선은 지구나 다른 천체의 궤도를 돌기 때문에 인공위성으로 분류될 수 있다.

  • 우주 망원경
    (ɔ) NASA from
    허블 우주 망원경#

    빛을 산란시키는 대기에 영향을 받지 않기 위해 만든 것으로 허블 망원경이 대표적이다. 광학 망원경 뿐만 아니라 다양한 전자기파 대역의 우주망원경들이 존재한다. 예를 들어 지구 대기권에 가려서 못잡는 것들(X선, 감마선 등)을 잡아내는 망원경, 우주배경복사를 탐지하거나, 적외선 망원경을 띄우기도 한다. 사실 정찰 위성이나 지구 관측 위성들 역시 관측하는 대상이 지구일 뿐 우주 망원경들과 거의 비슷하다.

    물론 인공위성이 아닌 우주 망원경 역시 존재한다. 지구에서 벗어나 태양 주위를 돌며 태양을 관측하는 SOHO나 멀리 라그랑주점에 자리를 잡고 관측할 예정인 제임스 웹 망원경 등등. 행성의 주위를 도는 게 위성이고 항성의 주위를 도는 건 행성이니 태양궤도에 올라간 인공위성은 '인공소행성'이라고 부르면 될 것 같은데...

4. 대중문화 속의 인공위성

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대중문화 작품을 보면 행성을 향해 폭격을 하거나 하는 무기가 많이 등장한다. 실제로 이런 무기는 일종의 로망이고, 소련폴리우스미국이 설계했던 신의 지팡이로 볼 때 기술적으로 아예 불가능한 이야기는 아니다. 현재 예산 문제 등 제반 사항 탓에 거의 불가능하지만 기술이 발달하면 정말로 위성궤도상에서 떠다니는 공격위성이 나올 지도 모르겠다. 그리고 동쪽 섬 나라에서는 모든 물체에게 생명을 불어넣다 못해 기어이 인간이 된 인공위성이 등장했다. 그게 동쪽 섬나라 이야기인 줄로만 알았지만, 대한민국 최초의 인공위성 우리별 1호도 인간이 되었다!

장르가 첩보물인 경우 정찰 위성도 심심찮게 나온다. 근데 스케일이 큰 경우엔 이걸 가지고 그 사람의 외형은 물론 책으로 뭘 읽고 있는지까지 볼 수 있다는 뻥을 치는 작품도 종종 있다. 마치 CCTV를 어찌어찌 조절하면 찍힌 사람 얼굴까지 다 볼 수 있다고 나오는 수사물처럼.
일단 인공위성 해상도는 고도에 따라 다르지만, 민간용, 상업용 인공위성은 해상도가 50cm급에 도달했다. 기술적으로는 그보다는 조금 더 나은데, 정부 규제로 0.5m급으로 묶여있다고. 여기서 해상도라는 것은 50cm짜리 물체를 식별한다는 뜻이 아니라, 화상의 도트 하나가 50cm라는 것이다. 당연히 50cm보다 큰 물체여야 제대로 식별할 수 있다.
하지만 군사용 첩보 정찰 위성은 그런 제한이 없어서, CIANSA가 운용하는 정찰위성은 일단 사람 입은 옷과 헤어스타일은 구분 되는 수준까지 왔다더라? 저고도 정찰위성이면 해상도가 높아질테니 뭐 사람 구분 정도는 가능할지도. 천조국 너프가 시급함미다

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  • [1] 널리 행성 주위를 도는 천체를 위성(satellite)이라 하고, 그 중 인공물체인 것을 인공위성(artificial satellite)이라 한다. 그러나 (한영 공히) 후자의 의미로 쓰면서 위성(satellite)이라고만 하기도 한다. 예를 들어 통신 위성(a communications satellite).
  • [2] 픽사의 2008년작인 영화WALL-E》에 잠깐 등장한다. 주인공인 WALL-E가 지구에서 우주로 떠나면서 지구 상공의 인공위성 쓰레기 밴드를 통과할 때 WALL-E의 얼굴을 가리는 자그마한 위성이 바로 스푸트니크다.
  • [3] 실제 미국은 소련의 위성 발사 성공에 큰 충격을 받아 과학기술, 교육부문에 큰 변화가 일어났다. 이를 스푸트니크 쇼크(Sputnik crisis)이라고 한다. 왜냐하면 인공위성을 쏘아올릴수 있는 발사체는 대륙간 탄도 미사일로 전용할수 있기 때문이다. 미국이 괜히 경기를 일으킨게 아니다.
  • [4] 예전 과학책을 보면 나오는 해바라기가 일본것. 정확한 이름은 Geostationary Meteorological Satellite인데, 별칭이 해바리기
  • [5] 기상 변화란 건 초단위로 받을 필요가 없다. 기상정보를 하루에 두번 받는 나라가 지구에 거의 대부분이니 이건 문제가 아니다.
  • [6] 미국의 광학정찰 위성. 해당항목의 4번 참조
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