인공위성, 천리안위성 2B호 미래세대를 위한

 바다는 넓고 깊습니다.

지구 표면적의 34정도가 바다이고, 지구상의 96%가 바다에 있는 것으로 알려져 있습니다. 바다가 우리 생활에 많은 영향을 미칠 수 있다는 뜻이죠.

무엇인가를 이해하기 위해서는 가까이에서 경험하거나 시간을 갖고 차분히 응시해야 합니다.

해양탐사를 위해서는 배를 타고 현장에서 직접 조사하거나 비행기나 인공위성처럼 먼 거리에서 넓고 큰 바다를 한눈에 관측할 수 있는 원격탐사를 하는 것이 가장 좋은 방법입니다.

보다 정밀한 원격탐사를 위해 정부는 2020년 2월 19일 남미 가이아나(프랑스령)에서 해양관측위성 천리안 2B호를 발사하여 현재 정지궤도인 35,857km로 진입 중입니다.

▲천리안 위성 2B호 싣고 발사되는 아리안 5ECA 발사체, 사진 한국항공우주연구원

▲천리안 위성 2B호의 비행상 상 도해색 위성이란?바다색을 떠올리면 푸른색을 떠올릴 수도 있지만 실제 바다색은 그 구성성분의 종류나 농도에 따라서 굉장히 다양하게 변화합니다.

예를 들면 바다에 식물성 플랑크톤이 많아질수록 푸른색에서 청록색 혹은 녹색으로 색이 변하고, 육지나 저층에서 부상한 무기입자가 많아질수록 노란색이나 회색으로 변합니다. 이렇게바다의색을분석하는것을해색원격탐사라고합니다.

우주의 위성으로부터 태양빛에 반사된 바다색을 분석하여 해수중의 식물성 플랑크톤 농도, 탁한 상태, 해양 수질이나 적조·녹조의 농도 등을 모니터링 할 수 있는 위성을 해색위성이라고 합니다.

▲해색위성 식물성 플랑톤 분석영상의 정지위성의 이점은?앞서 말한 천리안 위성 2B호는 정지궤도 위성입니다. 정지궤도위성은 적도상의 35,857km 고도에서 자전 속도와 같은 속도로 지구를 따라 공전합니다.

1점부터 계속 지구를 따라 돌고 있기 때문에 지구에서 보면 정지한 것처럼 보입니다. 정지궤도위성은 지구 전체를 관측할 수는 없지만 특정 지역의 양상을 지속적으로 관측할 수는 있습니다.

“그동안 해외 해양 위성은 모두 극궤도 위성입니다. “극궤도 위성이라고는 약 700㎞고도에서 남극과 북극을 하루 수회 통과하고 위성을 관측 위성으로 동일 지역은 하루 1회 이하에서만 관측할 수 있습니다.

단시간에 바다에서 일어나는 변화를 연속적으로 관측하기 위해서는 정지 궤도 위성이 필요한데, 극궤도 위성보다 50배 먼 거리에서 지구를 관측하면서 충분한 해상도를 갖춘 해양 탑재 위성 제작에는 고도의 기술이 필요합니다.

세계 최초의 정지 궤도 바다 빛깔 위성 천리안 위성 1호

한반도 주변 해양은 매우 다양하고 강한 조석 현상으로 돌변하기 때문, 기존의 극궤도 위성에서는 지원하지 않습니다.

한국 해양 과학 기술원의 전신인 한국 해양 연구원에서는 새로운 촬영 방법에 의한 정지 궤도 위성 개발 비용을 축소할 방법을 기획·제안했습니다.

2010년 6월에는 한국 해양 연구원과 항공 우주 연구원도 협력하고 해양 탑재체 GOCI을 장착한 세계 최초의 정지 궤도 바다 빛깔 위성인 천리안 위성 1호 발사에 성공하고 과거 10년간 운영을 거듭했지요.

천리안 위성 1호는 한반도 상공의 정지 궤도에서 오전 9시부터 오후 4시까지 1시간 간격으로 하루 8차례 한반도를 포함한 동북아 해역을 촬영했습니다.

이로써 한반도 주변 해역과 조석 현상에 의해서 해양이 어떻게 변화하는가에 적조의 이동 방향이나 표층 농도가 시시각각으로 어떻게 변화하는지 등 하루의 바다의 변화에 대한 관측 정보를 모니터링할 수 있게 되었습니다.

천리안 위성 1호의 임무 수행 기간은 7년으로 예정되었으나, 기간이 길어져서 2021년까지 임무를 수행할 계획입니다.

천리안 위성 2B호는 어떤 면이 다를까요?천리안 위성 2B호 해양 탑재체 GOCI-Ⅱ는 해양 수산부의 지원으로 한국 해양 과학 기술원이 기획하고 항공 우주 연구원이 제작한 바다 빛깔 위성입니다.

천리안 위성 2B호는 1호와 마찬가지로 실시간으로 한반도 주변 해역의 적조, 녹조를 감시하고 중국에서 오염물의 이동이나 수질을 감시하고 해양 재해 대응, 과학적인 어장 환경 분석 등을 실시합니다.

기후 변화에 따른 이산화 탄소 순환, 해양 생태계 변화 등 지구 환경적인 규모에 대해서 연구할 수 있는 자료도 얻을 수 있습니다.

천리안 1호보다 공간 해상도 관측 영역·분석 정확도 등 획기적으로 성능이 개선되고 사용하는 밴드인 관측 파장대가 8파장에서 12파장에 1개의 와이드 밴드까지 가세하면서 종전보다 더 높은 정도로 바다의 변화를 조사할 수 있게 되었습니다.

▲천리안 위성 2B호가 12개의 슬롯으로 나눠 촬영하는 한반도 관측 영역, 천리안 위성 2B호의 전 지구 관측 영역

공간 해상도도, 종래의 화소 마다의 500미터에서 250미터로 정밀도가 4배로 향상해, 제1호에서 볼 수 없었던 영역을 볼 수 있을 것으로 기대됩니다.
관측영역 또한 한반도 주변 동북아 해역에서 동남아시아 해역, 호주 북부, 태평양과 인도양의 일부인 전 지구의 13개까지 확대 관측할 수 있게 되었습니다. 한반도 주변 관측 횟수도 종전 하루 8회에서 10회로 증가했습니다
천리안 위성 2B호에 해양탑재체처럼 실린 환경탑재체, 거의 인접한 위치에서 기상을 관측하는 천리안 위성 2A호가 동시에 지구를 바라보고 있어 서로 다른 세 종류의 위성 자료를 융합시킴으로써 활용 가치가 더욱 높아질 것으로 기대됩니다.
미래 세대를 위해 해양위성 자료를 축적하고 있습니다.
온실 효과 가스 배출에 의해 해수면 온도는 장기적으로 높아지고 있습니다. 이 때문에 잦은 이상해황 발생과 해양 생태계의 변화 등으로 바다가 병들고 있습니다
“한반도 인근 바다는 기후변화에 민감하게 반응해 고수온, 저염수 등 이상 해황이 자주 나타나고 있지만 정규 관측 자료가 부족해 기후 변화에 따른 해양 생태계의 반응이 어느 정도인지 알기 어려운 상태입니다”
지난 10년간 천리안 위성 1호를 통해 주변국의 산업화와 함께 녹조, 갈조(괭이가 부족한 부분), 미세먼지 등의 인위적인 활동으로 인한 한국의 바다 단기 변화는 종종 탐지되어 왔습니다.
천리안 위성 2B호를 통해 단기적인 해양 관측과 함께 천리안 위성 1호로 쌓아온 10년간의 데이터와 2B호에서 얻은 지 10년의 데이터를 더해 20년 정도의 한반도 특화 해양위성 데이터를 구축할 계획입니다.
이를 통해 한반도 기후변화의 장기 변동성에 초점을 맞춘 연구가 가능해질 것으로 기대되고 있습니다.

▲ 천리안 위성 1호가 찍은 2020년 2월 24일 우리나라 바다사진, 장기적으로 연속적인 해양위성 자료를 구축하기 위해서는 선박을 타고 우리나라 바다로 나가 탁도, 해양 생산성 등 광학적 특성이 다른 해역의 광측정 자료나 클로로필 농도 등 현장 관측이 필요합니다.

이를 통해 천리안 위성 관측 자료의 품질을 검증하고, 천리안 위성 2B호에서 얻은 데이터를 분석하는 알고리즘을 계속 개선하여 위성 자료의 신뢰도를 높여갈 예정입니다.
천리안 위성 2B호가 생산한 자료를 사용하는 사람이 늘어날수록 세계적으로 해양 과학기술도 계속 발전할 것으로 기대됩니다.
천리안 위성 1호와 2B호에서 얻은 자료를 바탕으로 이루어지는 기후변화 해양생산성, 탄소순환, 장기변동성에 대한 연구는 미래 세대를 위한 해양수산정책을 수립하는 데 중요한 자료가 될 것입니다.
해양위성대국으로 도약합니다
천리안 위성 1호와 2B호는 국제 해양학계에서 대한민국이 과학 선진국과 어깨를 나란히 할 수 있는 해양수산부의 중요한 자산입니다.
미국항공우주국(NASA) 등 세계 유수의 위성센터도 보유하지 않은 세계 최초의 정지궤도 해색위성을 보유하여 해양 원격탐사 활용 기술의 노하우를 축적하고 있습니다.
한국을 비롯하여 중국, 미국, 유럽 등 전 세계 과학자들이 국제해양학회로부터 천리안 위성 1호를 이용한 원격탐사 연구를 발표하여 200편 이상의 관련 국제논문을 출판해 왔습니다.
또 이번에도 천리안 위성 2B호를 발사해 선진 기관과 공동 관측 등에 지속적으로 협력하고 관측 영역 내 위성 비보유국의 활용 기술 개발 지원에 대해 논의해 왔습니다.
천리안 위성 2B호가 정지궤도에 무사히 안착해 해양관측 임무를 안정적으로 수행함으로써 우리 바다를 더 잘 이해하고 해양위성 강국으로 한 단계 더 도약할 수 있기를 기대합니다.
한국해양과학기술원 이승주 박사