최근 우리나라는 다목적 위성인 ‘아리랑 2호’와 첫 군용 통신위성인 ‘무궁화 5호’를 잇따라 쏘아올리며 위성 강국으로의 힘찬 발을 내디뎠다. 이미 세계 각국은 기상관측, 통신, 위성항법시스템 등 실생활에 도움이 되고 군사적으로도 유용한 정보를 얻기 위해 앞다퉈 인공위성을 쏘아 올리고 있다. 머리 위에서 땅 위 구석구석을 지켜보는 ‘위성의 눈’에 대해 알아보자.

대기권 밖에서 떠다니는 인공위성은 도로 위 자동차 번호판 숫자까지 알아낼 수 있는 신비의 ‘눈’을 가졌다. 대체 어떤 카메라로 찍는 걸까. 디지털 카메라의 촬영 원리를 생각하면 이해하기 쉽다. 광학 렌즈가 장착된 위성은 태양빛이 지구에 반사돼 되돌아오는 빛을 렌즈를 통해 모으고, 이를 디지털 정보로 바꾼 뒤 지상 기지국에 보내 영상으로 재현한다. 단 지상으로부터 수백㎞ 떨어져 있기 때문에 초점을 무한대로 맞출 수 있는 기술이 필요하다.

우리나라가 지난달 28일 발사한 다목적 위성 ‘아리랑 2호’는 해상도 1m급의 고성능 디지털 카메라를 장착하고 있다. 그러나 구름이 끼거나 밤에는 촬영이 불가능한 단점이 있다. 때문에 세계적인 첩보위성들은 대부분 밤낮없이 전천후로 촬영이 가능한 적외선 카메라를 달고 있다.

해상도 10㎝급의 고성능 디지털 카메라를 가진 미국의 대표적 첩보위성인 ‘키홀-12’는 적외선 카메라를 달고 지상을 내려다 본다. 카메라에 장착된 적외선 센서는 열을 추적하는데, 지상의 대륙간탄도탄이나 미사일 등의 발사를 감지할 수 있다. 이스라엘과 이라크전 때 진가를 발휘했다. 미국의 ‘래크로스’(해상도 1m급)처럼 레이더를 장착한 위성도 있다. 위성에서 레이더 빔을 지상으로 쏜 뒤 물체에서 반사되는 신호의 강도를 측정해 영상으로 구현하는 원리다.2008년 발사 예정인 우리나라의 ‘아리랑 5호’위성에는 디지털 카메라 대신 레이더가 장착될 예정이다.

위성 카메라는 해상도와 함께 한꺼번에 찍을 수 있는 폭이 중요하다. 해상도가 높을수록 찍는 폭이 좁게 된다. 통상 해상도 1m의 위성은 20㎞ 안팎, 해상도 10m의 위성은 40∼50㎞의 폭을 한 번에 찍을 수 있다.

요즘은 아이가 늦게까지 집에 들어오지 않으면 119에 신고하는 대신 휴대전화부터 찾는다. 휴대전화에 내장된 위성항법장치(GPS) 기능 덕분이다. 인공위성을 이용한 미국의 위성항법시스템인 GPS 덕에 휴대전화를 소지한 아이의 위치를 10m안팎의 오차 범위 내에서 정확히 파악할 수 있다.

GPS는 동일한 시각에 맞춰져 있는 4개의 위성에서 보내는 신호를 앞뒤, 좌우, 높이, 시간 등 네가지 요소를 동시에 계산해 위치를 짚어낸다. 찾는 물체의 위치는 위성에서 신호를 발사한 시점과 수신 시점의 시간 차를 측정한 뒤 빛의 속도를 곱해 계산한다. 그러나 GPS가 갑자기 정보 제공을 중단하거나 엄청난 오차가 발생하면 어떻게 될까. 착륙하던 항공기가 부딪혀 폭발할 수도 있고, 연습 중인 유도미사일이 궤도를 벗어나 다른 나라를 폭격해 쑥대밭을 만들 수 있다. 이런 사태에 대비하기 위해 유럽연합(EU)을 중심으로 ‘갈릴레오 프로젝트’라는 또 다른 위성항법시스템이 준비 중이다.2010년까지 45억달러(약 4조 6000억원)를 투입해 30개의 위성을 고도 2만 3600㎞에 쏘아올려 선박과 자동차, 항공기 등에 위치정보를 제공할 예정이다. 한국도 최근 참여가 확정됐다.

갈릴레오 위성의 큰 장점은 GPS 위성들과 같은 서비스를 제공하면서도 위치정보의 오차가 1m 이내(GPS는 5∼10m)로 크게 줄어든다는 점이다. 또 GPS보다 신호구조가 개선돼 실내에 있는 사람의 위치도 잡아낼 수 있다.

그러나 무엇보다 미군이 통제하는 GPS와 달리 유사시 서비스가 중간에 끊길 가능성이 적어 안정적인 서비스를 제공받을 수 있다.

이영표기자 tomcat@seoul.co.kr