미국은 10여 년 전부터 지상의 사람이 읽고 있는 신문의 헤드라인을 촬영할 수 있는 수준의 첩보위성을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 사실일까. 전문가들은 이론적으로 가능하다고 말하지만 실제 이 같은 수준의 첩보위성이 지구궤도를 돌고 있는지는 알 수 없다고 말한다. 어쩌면 미국 또는 다른 선진국이 첩보위성을 이용해 지상에 있는 사람의 얼굴을 보며 누구인지 신분을 확인하거나 그 사람이 금속제 무기를 휴대하고 있는지 까지 알아낼 수 있을지 모른다.
또한 첩보위성을 이용해 바다 속을 잠항하고 있는 잠수함의 위치나 지하벙커 같은 시설물을 찾아내는 것도 가능할 수 있다. 단지 이 같은 첩보위성이 실제 지구를 돌고 있는지 확인할 수 없을 뿐이다.
첩보위성과 유사한 아리랑 위성
우리나라는 첩보위성을 보유하고 있을까. 이에 대한 대답은 명료하다. 현재 우리나라 는 첩보위성을 보유하고 있다고 말할 수 없다. 자체적 또는 외국과의 공동개발 형태로 각종 인공위성을 설계하고 제작할 수 있는 기술력은 있지만 이를 우주에 쏘아 올릴 수 있는 로켓, 즉 발사체를 보유하지 못했기 때문이다. 실제 우리나라의 모든 인공위성은 외국의 우주센터에서 외국의 발사체를 이용, 우 주에 쏘아 올려지고 있다. 혹시 고성능의 첩보위성을 개발했다고 하더라도 이를 외국인의 손에 맡겨 우주로 발사할 가능성은 희박 하다. 또한 발사사실이 만천하에 공개되는 상황이라면 첩보위성이라고 할 수도 없다.
그렇다면 우리나라는 인공위성을 통한 첩보활동이 전혀 불가능하다는 얘기일까. 이 같은 점을 알기위해서는 현재 우리나라가 계획 중인 인공위성의 성능부터 살펴봐 야 한다. 현재 국내에서 추진하고 있는 인공위성 계획 중 다목적 실용위성(이하 아리랑) 시리즈는 대부분 민·군 겸용이라는 꼬리표가 붙어 있다. 이는 첩보위성으로 분류할 수는 없지만 성능 자체는 첩보위성과 유사할 수 있 다는 의미를 내포하고 있다. 한국항공우주연구원이 수행중인 국내 인공위성 개발계획 가운데 오는 2013년까지의 계획이 완료되면 우리나라는 지상에 있는 차량의 차종을 구분할 수 있고, 숲속에 위장막으로 감춰진 금속제 인공물을 찾아낼 수 있다.
야간에 탱크나 트럭을 이용한 대규모 병력이동이 있을 경우 인공위성을 통해 잡아내는 것도 가능하다. 현재 국내에서 추진 중인 인공위성 개발 계획은 크게 세 갈래로 나뉜다. 저(低)궤도 인공위성인 아리랑 시리즈를 비롯해 고(高) 궤도 인공위성인 정지궤도 복합위성 시리즈, 그리고 과학기술위성 시리즈가 바로 그 것. 아리랑 시리즈는 가장 핵심적인 지구탐사 인공위성으로 민·군 겸용의 성격이 가장 강하다.
지난 1999년 아리랑 1호와 2006년 아리 랑 2호가 발사됐으며, 오는 2013년까지 3호, 3A호, 5호가 발사될 예정이다. 4호의 경우 국내에서 선호하는 숫자가 아니기 때문에 제 외됐다. 아리랑 시리즈는 모두 지상 600~800km 상공을 돌기 때문에 저궤도 위성이라고 부른다. 한반도를 기준으로 약간 왼쪽으로 기운 상태에서 지구를 돌고 있는데, 루트는 남에 서 북쪽으로 진행하는 남북 극궤도다.
정지궤도 복합위성은 지구의 자전과 같은 속도로 움직여 마치 한반도 상공에 정지해 있는 것처럼 보이는 3만6,000km 상공의 인공위성으로 올 11월 발사예정인 1호(통신 해양기상위성)와 2016년 발사예정인 2호가 있다. 정지궤도 복합위성은 지구탐사라는 목적을 가지고 있지만 기상이나 해양관측을 위해 광범위한 지역을 대상으로 하기 때문에 군사적 목적은 적다고 할 수 있다.
과학기술위성 시리즈는 순수 과학연구를 목적으로 하고 있으며, 무게도 100~150kg 내외에 불과한 저궤도 소형위성이다. 대학, 연구소, 민간업체들이 공동으로 위성과 탐사용 탑재체를 개발하는 방식을 취하고 있 다. 지난 1998년 1호를 발사했으며, 올 7~8 월중 2호를 발사할 예정이다.
과학기술위성 2호의 경우 인공위성 자체의 성능보다는 국내에 건설된 우주센터, 즉 나로우주센터에 서 러시아와 공동개발한 발사체 KSLV-1을 이용해 발사한다는 점에 더욱 큰 의미가 부여되고 있다. 국내의 인공위성 가운데 민·군 겸용이 라는 용도에 따라 첩보위성과 유사한 기능을 갖는 것은 바로 아리랑 시리즈다.
아리랑 시리즈 계획의 핵심은 주간은 물론 야간에도 영상촬영이 가능하고, 숨겨진 각종 인공물 탐지는 물론 구름이 잔뜩 낀 날과 같은 악천 후의 영향을 받지 않는 촬영체계를 구축하는 데 있다.
가장 기본적인 광학계 인공위성
현재 인공위성을 이용해 지구를 탐사하는 대 표적 기술은 일반 디지털카메라와 같은 광학계, 야간촬영이 가능한 적외선, 그리고 레이 더 전파를 이용하는 영상레이더 등 세 가지가 있다. 가장 기본적인 형태는 광학계.
인공위성에 망원경이 달린 디지털카메라를 탑재한 것으로 이해하면 된다. 하지만 광학계 인공위성의 경우 햇빛의 가시광선을 이용해 촬영한다는게 가장 큰 약점이다. 태양빛이 비추지 않는 야간에는 촬영이 불가능하며, 두꺼운 구름층이 한반도를 덮고 있을 경우에는 구름만 찍을 수 있을 뿐이다. 아리랑 시리즈 가운데 1~3호까지가 모두 광학계다.
물론 이들 3기 위성 모두 고해상도 영상촬영 능력에는 다소간 차이가 있다. 지난 1999년 발사돼 현재는 가동이 중단된 아리랑 1호의 경우 흑백 6m 해상도의 영상 을 촬영할 수 있었다. 2006년 발사된 아리랑 2호는 흑백 1m, 컬러 4m급 해상도의 영상촬영이 가능하다. 해상도는 위성영상의 한 점이 지상에서는 얼마만큼의 크기인지를 기준으로 하고 있다. 아리랑 2호의 경우 지상에서 1m 크기의 물체가 위성영상에서는 1개의 점으로 표시 된다는 의미다. 이 정도의 해상도에서는 차량의 대략적인 형태를 파악할 수 있으며, 대규모 병력이 줄지어 이동하는 움직임을 포착 할 수 있다.
2011년 발사예정인 아리랑 3호의 경우 해상도 0.7m급 광학카메라를 탑재할 예정인 데, 이는 지상에 있는 70cm 크기의 물체가 위성영상에서는 한 점으로 표시된다는 의미다. 이는 지상에 있는 차량의 세부적인 차종 을 구분할 수 있을 정도의 성능이다. 현재 해외에서는 0.1m 해상도의 광학카메라를 개발 하는 것이 가능한 것으로 알려져 있다. 이는 지상에 있는 차량 번호판의 숫자를 인식할 수 있는 수준이다. 인공위성의 경우 보다 자세히 지상을 촬영하기 위해서는 보다 큰 망원경 카메라를 탑재해야 하기 때문에 무조건 해상도를 높이기는 어렵다.
예를 들어 우주의 다른 별을 보려면 거대한 전체망원경이 필요한 것처럼 인공위성을 이용하는 경우에도 보다 자세한 촬영을 하려면 그만큼 큰 망원경 카메라를 탑재해야 한다. 하지만 망원경 카메라가 커지면 커질 수 록 인공위성의 무게는 증가하고, 무거운 인공위성이 지구의 중력에 이끌려 떨어지지 않도록 유지하려면 그만큼 많은 연료가 소모돼 수명이 짧아지게 된다. 또한 무거운 인공위성을 발사하기 위해서는 보다 큰 로켓을 필요로 하기 때문에 비용도 더 많이 소요된다.
적외선카메라 VS 영상레이더
적외선카메라가 달린 인공위성은 야간에도 촬영이 가능하다는 게 최대 장점. 적외선카메라는 군인들이 사용하는 야간투시경과 동일한 기술이 적용돼 있다. 또한 온도 차이에도 민감하기 때문에 방 금 운행을 마치고 정지해 있는 자동차의 뜨거워진 엔진 부분을 주변부와 다른 상태로 보여주는 것도 가능하다. 특히 낮 시간대에 적외선으로 촬영하면 주변과 달라진 부분을 쉽게 감지할 수 있다.
예를 들어 땅을 파고 다시 덮어놓은 경우 적외선에서는 주변과 다른 형태의 모습을 보여주게 된다. 우리나라에서는 2013년 발사 예정인 아리랑 3A호에 적외선카메라가 장착된다. 인공위성을 이용한 지구탐사 방법에는 영상레이더(SAR)를 이용하는 방식도 있다. 일반적으로 레이더는 박쥐가 초음파를 발사 해 사물을 구별하는 것처럼 전파를 발사한 뒤 반사돼온 전파를 통해 적국의 전투기 같은 사물을 식별한다. 레이더 기술의 발달은 반사돼온 전파를 이용해 영상화하는 기술로 까지 발전하게 됐는데, 대표적인 것이 바로 영상레이더 기술이다.
영상레이더는 말 그대로 반사된 전파를 모아 영상 형태로 보여주는 것. 이에 따라 도심의 빌딩지역을 비추었을 때 건물의 형태를 영상으로 보는 것이 가능하다. 물론 이 같은 영상레이더를 인공위성에 달면 같은 방식으로 지구탐사를 할 수 있게 된다. 영상레이더를 항공기에 달아 사용하는 기술은 이미 오래전부터 개발돼 왔으며, 국내에서도 수년전부터 사용해 왔다.
현재 이 같은 영상레이더가 탑재된 인공위성은 독 일, 이탈리아, 이스라엘, 중국 등 약 10여 개 국이 가동 중인 상태다. 미국이나 러시아의 경우 영상레이더를 이용하는 첩보위성을 보유하고 있지만 공개돼 있지 않다. 이 때문에 어느 정도의 성능을 가졌는지, 또는 몇 기나 가동 중인지는 알 수 없는 상태다. 영상레이더를 인공위성에 장착해 지구를 촬영하면 구름 낀 날에도 지상을 볼 수 있다. 레이더 전파는 구름을 통과하기 때문이다. 특히 철로 만들어진 인공물을 찾아내는 능력이 우수하다. 철로 만들어진 물체는 레이더 전파가 통 과하지 못하고 반사되기 때문이다.
이 때문에 숲 속에 탱크가 숨겨져 있거나 차폐 막 등으로 특수하게 건설되지 않은 건물 속의 금속제 인공물을 찾아내는 것도 가능하다. 국내에서는 오는 2010년에 발사할 예정인 아리랑 5호에 영상레이더가 탑재된다. 아리랑 5호에 탑재되는 영상레이더는 다중촬영 모드를 지원하기 때문에 낮은 해상도 로 넓은 범위를 한꺼번에 보거나 좁은 범위를 정밀하게 보는 것이 모두 가능하다. 또한 아리랑 5호는 9.6GHz X밴드 대역의 고주파 전파를 사용하지만 저주파를 사용 할 경우 지하시설물을 탐색하는 것도 가능하다. 최근 해외에서 인공위성을 이용해 고대의 지하유적지를 발견했다고 하는 경우는 대부분 저주파 대역의 영상레이더가 탑재된 인공위성을 이용한 것이라고 보면 된다.
3가지 방식 통합해 정보 획득
이처럼 우리나라에서 추진 중인 인공위성 개발계획 가운데 첩보위성과 유사한 기능을 하는 것은 아리랑 시리즈다. 또한 광학계 이외에 적외선, 영상레이더 등을 장착한 인공위성이 필요한 이유는 각각의 위성영상을 비교함으로써 새로운 정보를 얻어내는 것이 가능하기 때문이다. 예를 들어 동일한 지역을 광학계, 적외선, 영상레이더 등으로 촬영한 뒤 이 영상들을 비교 분석하면 각각의 위성영상 만으로는 알 수 없는 새로운 정보를 얻어낼 수 있다는 얘기다.
대덕=강재윤기자 hama9806@sed.co.kr
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