[S스페셜 - '우주' 이야기] (8) 우주서 미세먼지·대기오염 상시 관측하는 ‘천리안 2B’

정지궤도 복합위성 ‘천리안 2A호’의 비행 상상도.

미세먼지와 대기오염은 나날이 심각한 문제로 대두되고 있다. 환경단속을 위해서는 지상 또는 항공기 등에서 관측할 수 있으나 정지궤도 위성을 활용하면 지구환경의 연속적인 광역감시를 효과적으로 할 수 있다. 정지궤도상 환경관측은 세계적으로 처음 시도되고 있으며, 현재 우리나라 이외 미국과 유럽에서도 유사한 계획이 추진 중이다.

지상 1000㎞ 고도 내외의 저궤도를 도는 위성은 100분 정도의 짧은 주기로 지구를 돌기 때문에 관심지역을 상시 감시할 수 없다. 대신 적도 상공 3만5786㎞ 고도의 원궤도(정지궤도)에 인공위성이 위치하게 되면 지구의 자전주기와 동일하게 되어 지표면의 약 40% 지역에 대한 상시 관측을 확보하게 된다.

미세먼지는 국내에서도 발생되지만 중국 등에서 유발된 것도 상당하다고 알려져 있다. 정지궤도 복합위성 ‘천리안 2B호’는 우주에서 대기오염 물질이나 미세먼지를 상시 관측·감시할 수 있는 ‘정지궤도 환경감시 초분광영상기’인 환경탑재체(GEMS)를 장착하고 있다. GEMS는 자외선과 가시광선 영역인 300나노미터(㎚·1㎚은 10억분의 1m)에서 500㎚ 파장 대역을 0.2㎚ 폭으로 쪼개어 1000개 채널을 관측하여 이산화질소와 이산화황, 오존, 포름알데히드, 에어로졸 등의 정보를 획득한다. 낮에만 관측할 수 있으며, 한반도를 중심으로 동서, 남북 방향으로 5000㎞에 달하는 지역을 매시간 30분씩, 7㎞ 해상도로 2.54초 동안 획득한 영상 697개를 모아 계절에 따라 하루에 8∼12번 관측하게 된다. 정지궤도에서 연속적인 관측이 이루어지므로 환경오염원을 준 실시간으로 감시할 수 있으며, 그 위치와 오염물질의 종류 및 이동 경로 등도 파악할 수 있어 우리나라 환경 예보의 개선에 크게 이바지할 것으로 예상된다.

정지궤도 복합위성 ‘천리안 2B호’의 환경탑재체(GEMS) 자료획득 과정.

천리안 2호는 시스템과 본체를 국내 독자 방식으로 개발하는 최초의 정지궤도 위성이다. 지난 2010년에 발사된 천리안 1호 대비 임무 수명과 성능의 향상으로 인해 약 1t 정도 더 무거운 발사 중량 3.5t급의 위성 2기로 구성되어 있다. 먼저 천리안 2A호에는 기존보다 성능이 향상된 기상탑재체(AMI)와 우주기상탑재체(KSEM)가 장착되며, 천리안 2B호에는 GEMS와 함께 향상된 성능의 해양탑재체(GOCI-2)가 동시에 들어선다.

정지궤도 복합위성 천리안 2호는 2016년 1월에 상세설계를 완료하였다. 지난해 5월부터 천리안 2A호, 올해 3월부터는 천리안 2B호 본체의 비행 모델 조립시험이 착수되어 순조롭게 진행 중이며, 올해 5월 AMI를 시작으로 KSEM, GOCI-2, GEMS 등이 순차적으로 한국항공우주연구원에 입고될 예정이다. 내년 상반기에는 항공우주연구원의 우주시험동에서 천리안 2A호와 천리안 2B호의 전체 위성형상을 동시에 볼 수 있을 것이다. 천리안 2A호는 2018년, 천리안 2B호는 2019년에 각각 ‘아리안-5’ 발사체에 실려 남미에 위치한 기아나 우주 센터에서 발사될 예정이다.

이상률 한국항공우주연구원 정지궤도복합위성사업단장

2013년 11월에 수립된 우주개발 중장기 계획에는 2040년까지 다양한 중·정지궤도 위성 개발이 규정되어 있다. 이번에 개발된 천리안 2호 본체는 향후 검토 중인 한국형 통신방송 위성과 휴대폰형 정지궤도 통신위성, 항법위성, 보정항법 위성, 적외선 관측위성, 전파탐지 위성, 데이터 중계위성 등에 그대로 재활용하거나 약간의 설계 변경만으로도 적용할 수 있을 것으로 예상되어 국내 위성기술의 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.

이상률 한국항공우주연구원 정지궤도복합위성사업단장