0003. 정찰위성, 북한 정찰위성의 원리

대략 일주일 쯤 전이죠, 21일, 북한이 정찰위성 만리경을 발사했습니다.

실제로 정찰위성이 제 역할을 할 수 있을지 없을지, 그리고 위성을 통해 얼마나 많은 군사 정보를 획득할 수 있을지는 확신할 수 없지만, 위성을 탑재한 미사일을 발사한 북한의 Show 는 미국과 일본 그리고 우리나라를 긴장시키기에 충분했던 것 같습니다.

위성 이슈가 있는 김에 북한이 이번에 발사한 만리경 같은 위성에 대한 몇 가지 상식들을 알아보겠습니다.

인공위성은 고도의 과학 지식을 기반으로 한 인류 최고의 기술 집약체 중 하나 입니다.
선진국들이야 수십, 수백 개씩 갖고 있는, 흔하디 흔한게 위성이지만, 우리나라만 해도 인공위성을 쏘아 올리겠다고 선언 (1989년 KAIST 인공위성연구센터 설립) 한 이후 3년이 지나서야 자체 기술이 일부 포함된 우리별 1호를 발사할 수 있었고, 아직까지도 우리 기술 100%의 위성은 발사하지 못하고 있습니다.

위성은 그만큼 어려운 과제라는 것이죠. 그렇게 어려운 과제를 기껏해야 상식 주제의 블로그에서 그 원리를 포스팅 한다? 당연히 말도 안되는 일이죠!!!

따라서 포스팅은 정말로 상식 수준! 전문 용어, 어려운 말 하나도 안 쓰고 상식으로 이해할 만한 수준의 내용으로 진행하겠습니다.

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정찰위성이란 무엇인가?

정찰 위성이란 말 그대로 정찰을 목적으로 만든 위성이라는 뜻입니다.
무엇을 정찰할까요? 옆 나라 놀이공원이나 태평양 한가운데의 돌고래떼들을 정찰하지는 않겠죠?
당연히 적국의 군사시설을 정찰하기 위한 용도입니다.

그렇다면 정찰위성 말고, 또 다른 위성에는 어떤 것들이 있을까요?

종류	용도
통신위성	통신 중개기를 탑재하여 지상에서 수신한 신호를 증폭하여 다시 쏘아주는 역할을 함
기상위성	기상 관측을 위한 자료를 수집하기 위한 위성
관측위성	해수면의 온도, 조류의 변화 등을 관측하는 위성
항법위성	지구에서 항법장치 (GPS) 의 활용을 위한 서비스를 제공하는 위성

이 외에도 위성의 종류는 훨씬 다양합니다.

용도에 따라 필요한 탑재 기기가 조금씩 다르겠죠. 기상위성 같은 경우에는 고해상도의 촬영이 가능한 카메라가 장착이 되어 있을테고, 관측위성 같은 같은 경우에는 해수면의 온도 측정이 가능한 측정기가 장착 되어 있을 것입니다.

정찰 위성의 경우에도 기상위성과 마찬가지로 고해상도의 카메라가 탑재되어 있어야겠죠.
그래야 적국의 군사 이동 동향이나 중요 군사시설 등에 대한 정보를 얻을 수 있을 테니까요.

뉴스에서 미사일이 발사되는 화면인데, 위성이라고 하는 이유

위성은 우주공간에서 많은 임무를 수행합니다. 그러기 위해서 갖가지 기기들을 탑재해야만 하죠.
하지만 무게가 무거울수록 하늘 높이, 나아가 우주 밖으로 날리는 일은 엄청나게 큰 힘이 필요합니다.

만약 위성이 필요한 만큼의 큰 힘을 낼 수 있는 에너지, 즉 연료를 모두 싣고 있다면 아마 지금보다 크기나 무게가 수십배 더 커져야 했을 것입니다. 하지만 여러 기술적 한계와 물리적 사유로 인해 그럴 수가 없었죠.

이 때문에 과학자들은 수많은 방법을 고민하였습니다.
비행기에 위성을 실어서 하늘에서 발사하는 방법, 기구에 띄워서 발사하는 방법 등

여러가지 방식을 고려한 끝에, 인공위성 자체에는 최소한의 연료만을 탑재시키고, 인공위성을 우주 공간으로 쏘아 올리기 위한 연료는 다른 로켓에 실은 후, 로켓은 공중에서 버려버리는 방법이 가장 효율적이었던 것 같습니다.

위 그림은 나로호의 발사 과정을 설명한 그림인데요, 거의 모든 로켓 발사체를 통한 위성 발사의 과정이 비슷합니다.

뉴스에서 보여지는 화면은 마치 미사일을 발사하는 화면 같지만 실제로는 위성이 탑재되어 있는 로켓 발사체 라고 보면 됩니다.
그리고 실제로, 미사일과 위성의 발사 모습은 똑같습니다. 폭탄을 싣냐, 위성을 싣냐만 다를 뿐이죠.

이번에 발사된 북한 정찰위성은 만리경 1호 이고, 쏘아올린 로켓은 천리마-1형 입니다.

정지위성과 이동위성

간혹 정지위성은 매우 빠르게 움직이기 때문에 눈에 보이지 않는다. 라고 알고 계신분이 있는데요,

반은 맞고 반은 틀렸습니다.

정지 위성은 매우 빠르게 움직입니다. 초속 3km 정도의 속도. 만약 시속으로 따진다면, 초속 10,800km 가 되네요.

서울에서 미국 서부까지 대략 9천km 정도 되니까 그 속도가 실감이 나지 않을 정도죠.

하지만 정지위성은 우리 눈에 보이기에 정지해 있는 것 처럼 보입니다.
지구의 표면 속도는 적도를 기준으로 대략 초속 460m 정도 됩니다.

우리는 초속 460m 로 움직이고 정지 위성은 초속 1만 km 가 넘는 속도로 움직이는 데 왜 정지해 있는 것으로 보이냐구요?

그것은 바로 정지 위성은 대략 3만 6천 km 상공에 떠 있기 때문입니다.
아래 그림을 보면 쉽게 이해 되시죠.

정지위성은 매우 빠르게 움직이는 것은 사실이지만, 우리 눈에는 정지해 있는 것으로 보이며, 가끔 비전문 천체 관측자들의 눈에는 새로운 행성이나 UFO 로 오인 되기도 합니다.

반면, 실제로 빠르게 움직이는 위성도 있습니다.

이동위성이라고 하고, 이런 위성들은 특별한 목적으로 활용되는데요,

이번에 북한이 발사한 정찰위성인 만리경도 이러한 이동위성에 해당합니다.
지구를 중심으로 타원형 궤도로 움직입니다. 궤적을 보니 우리나라와 일본을 지나가네요.

뉴스보도로는 13시간마다 한번씩 한반도를 촬영한다고 합니다.

인공위성의 동력원은?

정찰위성이든 아니든 위성은 에너지를 소모합니다. 물론 궤도를 따라 빠르게 이동하는 것은 관성에 따라 움직이는 것이므로 추가적인 에너지가 필요 없습니다.

하지만 궤도는 아주 미세하게 낮아지거나 멀어지는 등 본 궤도에서 움직이게 되므로 이것을 보정해줄 에너지도 필요하고, 계속해서 빙빙 돌기도 할테니까, 지상을 바라보며 사진을 찍으려면 렌즈가 지구쪽을 향해야 겠죠? 이 때 몸체를 돌려주기 위한 에너지도 필요합니다.
또 당연히 촬영을 하고, 지구로 송신을 하는 등의 과정에서도 에너지가 소모 됩니다.

일반적으로 보통의 위성은 모두 태양전지판을 통해 전기를 자체 생산합니다.

태양전지판을 사용해 얻어진 전기로 위에서 언급한 필요 에너지들을 생산한다고 알려져 있지만,

실상은 그렇지 않습니다. 태양전지판에서는 전기만 생산할 뿐, 전기 에너지로는 우주 공간에서 궤도를 변경하는 등의 활용이 불가능하거든요.

따라서 인공위성은 궤도 수정이나 몸체 보정을 위한 연료, 즉 화석연료와 압축산소는 처음부터 가지고 올라갑니다.
전기 에너지는 카메라 동작 정도로만 쓰이죠.

그렇기 때문에 인공위성은 그 생명 주기가 굉장히 짧습니다.

우리나라 아리랑 1호의 경우 당초 예상 수명은 3년 정도에 불과했는데, 운이 좋아서 8년 정도 운영을 했습니다.
그만큼 궤도 수정이나 위치 보정을 할 일이 없었다… 그런 거죠.

보이저2호가 1977년에 발사되어 벌써 50년 가까이 임무를 수행하며 다양한 행성 사진들을 전송해 오고 있죠?

‘어? 보이저 2호는 수명이 50년인데, 인공위성은 3년이라고?’

얘는 수명이 그만큼 긴 게 아니라, 그저 흘러가고 있는 겁니다. 관성대로~ 아마 어딘가에 부딪히지 않는 한 영원히 흘러가겠죠. 단, 어디까지 흘러가는지 지구에서 알수는 없을 겁니다. 통신이 안될니까요.

북한의 만리경은 과연 제대로 작동을 할까?

앞서 말씀 드렸다시피 인공위성은 첨단 기술의 집약체입니다. 특히 정찰위성은 더 그렇습니다.

북한이 쏘아 올린 정찰위성이 과연 제대로 작동을 할까요? 다시 말하면 제 기능을 하며 우리의 안보를 위협할 만한 수준이 될까요?

전문가들의 의견은 좀 나뉘는 것 같습니다.

밝혀진 바로는 촬영 영상의 해상도가 1m 급 이상이 되어야 어느정도 식별이 되며 제 기능을 발휘할 수 있는데, 만리경1호는 이에 미치지 못한다고 합니다.

해상도 1m 급? 정찰위성 카메라의 성능 기준을 말함. 사진으로 봤을때, 1m 크기가 점 하나로 표시 될 정도의 해상도라는 얘기. 1m 급 이상이 된다는 것은 그만큼 해상도가 높아서 1m 미만의 크기가 점 하나로 표시 될 정도가 되어야 한다는 말이며 만리경이 촬영한 영상에서의 점 하나는 1m 보다 큰 3m 급이 될 것이라고 예상함 우리나라 정찰 위성의 경우 0.3~0.5m 급으로 알려짐

하지만 어떤 전문가는 3m 급만 되어도 충분히 식별이 가능하므로 위협이 될 수 있다고도 얘기 하네요.

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