한국항공우주연구원(이하 항우연)은 1989년 설립된 정부 출연 연구기관으로, 저궤도 위성, 정지궤도 위성, 달 탐사선을 국내 최초로 개발했을 뿐 아니라, 나로호, 누리호 같은 액체로켓^❶을 국내 최초로 개발하는 등 국가 우주개발을 선도한 연구 기관입니다.

위성정보활용지원센터는 우주개발진흥법 제17조에 의거해 설립, 운영되고 있습니다. 주 임무와 기능은 국가 위성과 위성정보를 통합 운영·관리하는 것입니다. 이 밖에도 위성산업 육성, 재해·재난 사회문제 대응 등의 임무를 수행하고 있습니다.

센터 내 위성운영부에서 정지궤도 위성, 저궤도 위성, 달 탐사선 종합 관제실을 함께 운영하고 있습니다. 저는 그중 정지궤도 위성인 천리안 2A호의 관제 및 운영을 총괄하고 있습니다. 또한 개발단계부터 천리안 2A호의 궤도 계산용 지상 소프트웨어인 비행역학서브시스템^FDS의 개발을 수행했으며, 현재 궤도 운영도 담당 중입니다.

천리안 2A호는 16개 채널(가시 4개, 근적외 2개, 적외 10개)을 통해 태풍, 집중호우, 폭설, 안개, 황사 등 52종의 기상정보 관측 임무를 수행하고 있습니다. 24시간 쉬지 않고 10분 주기로 1장의 전구^{Full Disk} 영역, 5장의 확장 국지^ELA, 5장의 국지^LA 영상을 생성하고 있습니다.

저는 항공우주공학과를 졸업하고 석사학위 논문으로 정지궤도 위성이 충돌하지 않도록 하는 프로젝트를 연구했습니다. 이공 계통 연구소는 대부분 석사나 박사 때 무엇을 연구하는지에 따라 진로가 결정되는데, 저도 그게 계기가 되어 항우연에서 일하게 됐습니다. 이후 2010년에 발사된 천리안 1호 위성 개발에 참여하면서 지금까지 지상국 개발 및 위성 운영 업무를 수행하고 있습니다.

해양·대기 관측을 위한 데이터로는 해수면 온도, 염도, 해류 흐름 등이 있고, 지형 데이터로는 지형 변화, 토지 이용 등의 데이터가 있습니다. 지질 데이터로는 지질구조, 암석 분포, 지진 활동, 광물자원 같은 정보를 담고 있습니다. 각 데이터의 관측은 어떤 센서를 이용하는지에 따라 달라집니다. 다중분광 센서를 활용하면 해양 표면 반사율을 측정할 수 있고, 위성 레이더를 이용하면 해류의 흐름과 해수면 높이를 정밀하게 측정할 수 있습니다. 레이저 거리를 측정하는 라이다^LiDAR 센서로는 지형의 정밀 관측을, 다중분광 영상과 열적외선 센서로는 지표면의 광물 성분을 분석할 수 있고, 중력 및 자기장 측정을 통해서는 지하 구조를 파악할 수 있습니다.

활용기관으로부터 받은 관측 요청은 임무 계획 단계를 거쳐, 어떤 위성으로 언제 관측할지를 결정한 후, 이를 위성에 전송할 명령어로 변환하는 과정을 거칩니다. 만약 저궤도 위성으로 촬영해야 한다면, 위성이 통신 가시권을 지날 때 안테나를 통해 명령을 올려보내고, 다시 통신 가시권 지역을 통과할 때 촬영한 데이터를 내려받습니다.

기후 예측 분야에서는 천리안 위성 2A/2B가 생성한 기상 및 환경 관측 데이터를 통해 기후변화 모델을 개선하고 있으며, 자원 탐사 분야에서는 다중분광 영상정보를 이용해 지역에 분포된 광물을 예측합니다. 국방 분야에서는 위성 광학^❷, SAR^❸, IR^❹ 등의 정보를 이용해 군사 장비와 시설 등의 이동을 분석하고 있습니다.

특히 저궤도 위성 중 아리랑 5호는 SAR 탑재 위성이라 주로 국가 안보 목적으로 사용하고 있습니다. 광학 위성인 아리랑 3호는 상공에 구름이 있으면 지상 관측이 불가한데, 아리랑 5호는 구름 아래까지 관측이 가능합니다. 또한 세계 재난·재해가 발생해서 위성 데이터를 요청받으면 무상으로 제공하는 등 국제적 공헌 활동도 병행하고 있습니다.

위성 데이터에는 위성 본체(버스)^❺ 데이터와 탑재체^❻ 데이터가 있습니다. 항우연은 위성 관제가 주목적이라 위성 본체(버스) 데이터가 주요 관심 사항입니다. 공공 활동에 필요한 탑재체 데이터를 실제로 의미 있는 사이언스 데이터로 바꿔 국민에게 제공하는 일은 국가기상위성센터, 환경위성센터 등 각각의 위성정보 활용 센터가 맡고 있습니다.

저궤도 위성의 경우 지구 근궤도인 500~700km에 분포하기 때문에 여러 우주 물체의 충돌 위험이 있습니다. 실제로 빈번하게 충돌 경고가 발생하고, 위험하다고 판단하면 회피기동을 수행하고 있습니다. 달 탐사선 다누리의 경우 미국 달 탐사선 LRO와의 충돌 경고로 몇 차례 회피기동을 수행했습니다. 저궤도 위성의 경우엔 2015년 이후 10여 차례 회피기동을 실시해 충돌을 방지하고 있습니다.

우선 아침에 출근하면 간밤에 위성 상태 이상이 없었는지 점검합니다. 위성 거리 관측 데이터를 이용해 궤도 결정을 수행하고 현재 위치를 정확하게 파악하며, 필요할 경우 위치 유지 기동을 분석, 생성, 수행하고 있습니다. 위성의 상태는 5조 2교대로 상시 모니터링하고 있습니다. 언제든지 고장이 발생할 수 있기에, 항상 긴장된 상태에서 근무해야 합니다. 공교롭게도 명절이나 연휴에 고장 나는 경우가 많습니다.

우주방사선 등에 의해 위성에 고장이 발생하면, 위성은 자동으로 태양전지판이 태양을 향하도록 설계된 ‘태양 지향 모드(또는 안전 모드)’로 전환됩니다. 위성 운영지원팀은 고장의 원인을 분석하고, 위성이 정상적으로 촬영을 재개할 수 있도록 복구를 진행합니다.

또한 위성은 우주 공간에서 고장이 발생하면 수리가 불가하기 때문에 거의 모든 부품이 이중화되어 있어, 주 부품이 고장나면 부 부품으로 전환하여 사용합니다.

핵심은 과학적 사고, 데이터 처리 능력, 성실 근면, 다른 팀과의 소통능력이라고 생각합니다. 그리고 가능하면 석사나 박사 과정에서 이 분야의 연구를 하는 게 많은 도움이 될 것 같습니다.

앞으로는 지구 관측을 넘어 행성 탐사, 우주 망원경, 태양 관측 목적의 위성 개발을 우주항공청과 준비하고 있습니다. 또한 천리안 3호, 천리안 2A/2B 후속 위성인 천리안 5호, 천리안 6호 개발이 시작되고 있습니다. 후속 위성의 개발과 운영을 생각하면 아직 할 일이 많이 남았습니다.