인공위성
1. 개요
人工衛星 / Satellite
우주에서 천체의 주위를 돌도록 만든 인공 구조물을 말한다.[1] 인류가 만들어낸 가장 기초적인 우주선이며, 현재 발사되는 모든 인공위성의 99%는 지구 주변을 돌고있다. 인공위성의 내부 구조는 간단하게 추진체, 컴퓨터장비, 전기공급, 뼈대 등으로 나눌 수 있다.
유사하지만 대립되는 개념으로, 탐사선이 있다. 탐사선은 인공위성처럼 천체 주변을 도는 것이 아니라, 심우주 공간으로 항행을 해 각종 과학 임무를 수행하는 데 초점을 둔 무인 우주선이다.
2. 역사
최초의 인공위성은 1957년 10월 4일에 발사된 소련의 스푸트니크 1호.[2] 이때만 해도 그냥 우주에 뭔가 쏴 올렸다는 사실만으로 상대방(=미국)에게 충격과 공포를 주기 위한 목적이었지만,[3] 점점 용도가 늘어가면서 현재는 용도에 따라 과학위성, 통신위성, 군사위성, 기상위성 등으로 나뉜다.
참고로 대한민국 최초의 인공위성은 1992년 8월 11일에 발사한 우리별 1호. 우리별 1호는 ESA(유럽우주기구)가 제작한 '아리안 로켓'에 실어서 발사했다. 북한은 스커드 미사일 기술로 자체제작한 대포동 발사체를 이용해 '광명성 1호'라는 위성을 자체 발사하려 했으나 실패했고, 2009년 4월 5일에는 대포동 2호 발사체를 이용하여 '광명성 2호'를 발사하려 했으나 '''또''' 실패했다. 결국 성공한 것은 2012년 12월 12일 은하 3호에 실은 광명성 3호가 최초. 대포동2호는 2단 분리가 안 돼서 실패했다는 주장이 언론에 돌았으나 나중에 은근슬쩍 말이 바뀌어서 분리에는 성공했으나 우주궤도 진입에는 실패했다고 수정됐다.
문제는 이게 고장나거나 실종되거나 하면 바로 우주쓰레기가 된다는 것. 저궤도의 경우엔 알아서 타버리는데, 문제는 정지궤도의 인공위성. 이런 인공위성의 잔해들이 위험한 이유는, 감속이 일어나지 않고 계속 에너지를 유지하는 우주공간의 특성 때문이다. 지금도 정지궤도 상에는 수많은 우주 쓰레기가 날아다니고 있으며, 만일 이 중 하나가 인공위성이나 크기가 큰 쓰레기를 파괴한다면 그 파편들이 샷건의 산탄처럼 퍼져나가, 엄청난 속도를 지닌 또 다른 우주쓰레기들이 되어 버린다. 지금도 다양한 목적의 인공위성들이 발사되고 있으므로, 이대로 그 잔해가 우주에 방치되다가는 결국 미세한 우주쓰레기의 막이 궤도상을 빠르게 회전하는 막이 되어버릴 것이며, 우주선이 정지궤도를 지나기에 너무나 위험한 상황이 올 수 있다.[4] 인류의 우주 진출이 그대로 무산될 수 있는 실질적인 위험인 것이다. 쓰레기 처리 인공위성을 쏘아올린다는 말은 있는데, 아직 한 대도 쏘아올리지 못한 것이 현실. 그래서 보통 수명이 거의 다한 정지궤도 위성은 남은 추진체를 써서 수백 km 정도 높은 '묘지 궤도'(Graveyard orbit)에 올려 폐기한다.
2011년 9월 24일경에는 미국의 낡은 인공위성이 잔해가 되어 지상에 떨어진다고 화제가 된 바 있었다. 떨어지는 잔해만 6톤 정도로 대기권에 타고 산산조각난 잔해 중 큰 것은 100kg 정도라고. 육지에 떨어질 확률은 1/3200 정도로 인구가 많은 유라시아 지역에 떨어진다 하여 이슈가 되었다. (관련 기사)
2013년 4월 한국의 송호준이 '''세계 최초로 개인이 제작한 인공위성'''이 국내에서 청계천 상가 부품으로 제작되어 카자흐스탄에서 발사되었다. 일명 OSSI 프로젝트로, 국가만의 기밀 정보로 취급받던 인공위성의 인식을 풀어보려고 폐인같이 달려들어 5년간 제작하였고 이것을 누구나 보고 제작할 수 있도록 '''소스까지 공개했다.'''소스 링크 기사 사실 송호준이 만들었다는 초소형 위성 정도는 다른 나라에서는 키트로도 쉽게 구할 수 있으니, 그리 대단한 기술인 것도 아니고 국가 기밀 기술 따위와는 더더욱 상관이 없으며, 국내에서도 대학생들이 동아리나 학과 활동으로 큐브위성을 설계하고 제작하는 경우가 많이 있고, 이러한 대학생 경진대회도 있을 정도이다. 그러나 대학, 단체, 기관, 국가의 주도가 아닌 개인이 직접 위성을 만들고 개인이 회사에 접촉하여 자비로 위성을 날렸다는 점을 높게 평가할 수 있다.
3. 인공위성의 분류
3.1. 용도에 따른 분류
3.1.1. 군사위성
군사적인 목적으로 사용되는 위성이다. 정찰위성, 항법위성, 통신위성의 종류가 있다. 전투용 위성을 개발할려는 시도는 있었지만 1967년 우주조약에 의해 우주에 대량살상무기를 설치하는 것을 금지하면서 현재까지 제작되어지지 않았다.
- 정찰위성
군사 위성의 대표적인 예이다. 카메라를 달고 목표 지점 상공을 지나가면서 사진을 찍어 해당 지역의 영상을 제공한다. 대표적으로는 미국의 키홀 위성 과 소련의 코스모스[5] 가 있다.
우주 개발이 한창이던 60~70년대의 기술로 쓸 만한 성능을 구현하는 것은 어려운 일이었다. 애초에 수백 km 상공의 위성에서 지상의 사진을 선명하게 찍는 것부터 힘든 일이고 그렇게 찍은 사진을 지상까지 전달하는 것도 어려운 일이었다. 결국 원격 전송이 가능한 TV 카메라로는 도저히 깨끗한 화질을 얻을 수가 없어서 선택한 방법이 바로 인공위성에 필름 카메라를 탑재해서 사진을 촬영하고 그 뒤 필름을 대기권에 재돌입시켜서 지상에서 회수하는 것이다. 미국의 경우에는 필름만 캡슐에 담아 재돌입시키고 낙하산이 펼쳐져 천천히 낙하하는 필름을 비행기로 낚아채는 방법을 사용했고, 소련은 필름과 카메라를 통째로 캡슐에 담아 지상에 낙하시켜 회수하는 방식을 썼다.
당시 이런 위성 필름을 회수하기 위한 군사작전 역시 미국과 소련 간에 치열하게 펼쳐졌다.[6] 그리고 1980년대 이후 위성과 지상 간의 실시간 데이터 전송 기술이 발전해서 영화에서 본 것처럼 실시간으로 전송을 받은 뒤 분석하는 것이 가능해졌다.
정찰위성 프로젝트가 정착되고 시간이 지난 후엔 두 대 이상의 카메라를 이용, 합성하는 방식으로 3D(!) 지형데이터를 얻기도 했다.(이 기술은 현재 민간에서도 사용된다.)[7] . 이후엔 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)를 사용, 그 전후로 감시체제에 돌입하며 미국, 소련 양 국가는 인공위성을 수백 대씩 뿌려댔다.
넓게 보면 정찰 위성에 포함시킬 수도 있는 조기경보 위성도 존재한다. 미국은 조기경보위성으로 대규모 공습이 시도되려 할 때에 영공으로 들어오기도 전에 알아차릴 수 있다. 러시아가 보유한 해상감시 위성은 목표를 탐색, 추적, 대함미사일 유도까지한다. 미국이나 러시아의 경우 지금도 각자 수백 개의 군사위성을 보유하고 있다.[8]
이들 군사위성은 임무 특성상 고도가 낮고, 궤도를 수정해야 할 필요성이 많다. 안 그래도 저고도 위성이라 지구로 떨어지지 않기 위한 추진체가 필요한데[9] , 궤도 수정까지 해야 하니 수명이 무척 짧다. 따라서 정말 꾸준히 많이 발사를 하므로 돈이 많이 든다. 그런 이유로 사실상 정찰위성을 본격적으로 사용한 국가는 미국과 소련 뿐이다. 그 외의 국가는 민군 겸용으로 지구 관측 위성을 쏘아올리거나 성능을 희생하더라도 높은 궤도에 쏘아올리는 게 대부분이다.
우주 개발이 한창이던 60~70년대의 기술로 쓸 만한 성능을 구현하는 것은 어려운 일이었다. 애초에 수백 km 상공의 위성에서 지상의 사진을 선명하게 찍는 것부터 힘든 일이고 그렇게 찍은 사진을 지상까지 전달하는 것도 어려운 일이었다. 결국 원격 전송이 가능한 TV 카메라로는 도저히 깨끗한 화질을 얻을 수가 없어서 선택한 방법이 바로 인공위성에 필름 카메라를 탑재해서 사진을 촬영하고 그 뒤 필름을 대기권에 재돌입시켜서 지상에서 회수하는 것이다. 미국의 경우에는 필름만 캡슐에 담아 재돌입시키고 낙하산이 펼쳐져 천천히 낙하하는 필름을 비행기로 낚아채는 방법을 사용했고, 소련은 필름과 카메라를 통째로 캡슐에 담아 지상에 낙하시켜 회수하는 방식을 썼다.
당시 이런 위성 필름을 회수하기 위한 군사작전 역시 미국과 소련 간에 치열하게 펼쳐졌다.[6] 그리고 1980년대 이후 위성과 지상 간의 실시간 데이터 전송 기술이 발전해서 영화에서 본 것처럼 실시간으로 전송을 받은 뒤 분석하는 것이 가능해졌다.
정찰위성 프로젝트가 정착되고 시간이 지난 후엔 두 대 이상의 카메라를 이용, 합성하는 방식으로 3D(!) 지형데이터를 얻기도 했다.(이 기술은 현재 민간에서도 사용된다.)[7] . 이후엔 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)를 사용, 그 전후로 감시체제에 돌입하며 미국, 소련 양 국가는 인공위성을 수백 대씩 뿌려댔다.
넓게 보면 정찰 위성에 포함시킬 수도 있는 조기경보 위성도 존재한다. 미국은 조기경보위성으로 대규모 공습이 시도되려 할 때에 영공으로 들어오기도 전에 알아차릴 수 있다. 러시아가 보유한 해상감시 위성은 목표를 탐색, 추적, 대함미사일 유도까지한다. 미국이나 러시아의 경우 지금도 각자 수백 개의 군사위성을 보유하고 있다.[8]
이들 군사위성은 임무 특성상 고도가 낮고, 궤도를 수정해야 할 필요성이 많다. 안 그래도 저고도 위성이라 지구로 떨어지지 않기 위한 추진체가 필요한데[9] , 궤도 수정까지 해야 하니 수명이 무척 짧다. 따라서 정말 꾸준히 많이 발사를 하므로 돈이 많이 든다. 그런 이유로 사실상 정찰위성을 본격적으로 사용한 국가는 미국과 소련 뿐이다. 그 외의 국가는 민군 겸용으로 지구 관측 위성을 쏘아올리거나 성능을 희생하더라도 높은 궤도에 쏘아올리는 게 대부분이다.
- 항법위성
위성을 사용해 지상에서 자신의 위치를 확인하기 위한 위성. GPS, 글로나스, 베이더우 등이 있다.[10]
지금은 민간용으로 풀린 지 오래라서 잘 알려져 있지 않지만 본래 군사용으로 개발된 위성이다. 그런데 대한항공 007편 격추 사건을 계기로 미국이 한창 개발 중이던 GPS를 민간에게도 개방할 것을 약속하게 된 것이다. 현재 대다수의 항법위성은 민간용과 군용 주파수를 다르게 하고 때로는 2000년 이전의 GPS처럼 민간용에 고의적으로 오차를 집어넣어 정확도를 낮추기도 한다. 다만 유럽 연합의 갈릴레오는 완전한 민간용 항법위성이다. 개발 목적 자체가 다른 항법위성이 군사용이기 때문에 군사적 목적에 따라 민간 사용이 제한되는 것을 피하기 위해서이다.
항법 위성이란 게 적어도 4대 이상의 위성이 머리 위에 떠 있어야 작동할 수 있기 때문에, 최소 4대의 위성이 필요하고 전 세계에 서비스하려면 20~30기의 위성이 필요한 터라 돈이 매우 많이 든다. 미국, 러시아, 중국 정도만이 본격적으로 사용 중이거나 개발 중이다. 아니면 유럽연합처럼 연합을 해서 지지부진하게 개발하거나 일본, 인도 등과 같이 특정 지역만 서비스 가능하도록 제한적으로 개발하고 있다.
지금은 민간용으로 풀린 지 오래라서 잘 알려져 있지 않지만 본래 군사용으로 개발된 위성이다. 그런데 대한항공 007편 격추 사건을 계기로 미국이 한창 개발 중이던 GPS를 민간에게도 개방할 것을 약속하게 된 것이다. 현재 대다수의 항법위성은 민간용과 군용 주파수를 다르게 하고 때로는 2000년 이전의 GPS처럼 민간용에 고의적으로 오차를 집어넣어 정확도를 낮추기도 한다. 다만 유럽 연합의 갈릴레오는 완전한 민간용 항법위성이다. 개발 목적 자체가 다른 항법위성이 군사용이기 때문에 군사적 목적에 따라 민간 사용이 제한되는 것을 피하기 위해서이다.
항법 위성이란 게 적어도 4대 이상의 위성이 머리 위에 떠 있어야 작동할 수 있기 때문에, 최소 4대의 위성이 필요하고 전 세계에 서비스하려면 20~30기의 위성이 필요한 터라 돈이 매우 많이 든다. 미국, 러시아, 중국 정도만이 본격적으로 사용 중이거나 개발 중이다. 아니면 유럽연합처럼 연합을 해서 지지부진하게 개발하거나 일본, 인도 등과 같이 특정 지역만 서비스 가능하도록 제한적으로 개발하고 있다.
- 통신위성
위성을 경유해 지상의 두 지점에서 서로 통신을 하기 위한 위성. 물론 군대만 통신을 하는 게 아니기 때문에 민군 겸용으로 사용될 수 있다. 역시 군 전용 통신위성을 두는 것은 항법 위성보다는 덜하기는 해도 돈지랄은 돈지랄이므로 미국이나 러시아 같은 나라가 아닌 대부분의 나라에서는 민군 겸용 위성으로 만들어 쏜다.
- 궤도 무기
위성에 무기를 싣거나 위성 자체가 무기인 것이다. (위에서 말했듯이) 1967년 우주 조약에 의해 우주에 대량살상무기를 설치하는 것을 금지하면서 어찌어찌해서 현재까지 만들어지지 않았다. 대량살상무기의 설치를 금지한다는 말은 곧 '대량살상무기가 아닌 무기는 궤도에 올려도 된다'는 뜻이지만 사실 굳이 궤도상에 핵무기가 아닌 다른 무기를 올려야 할 필요가 별로 없다.
그렇다고 해서 아예 우주상에 무기를 올리려는 시도가 없었던 것은 아니라서 미국의 경우 궤도상에서 발사체를 투하해 운동에너지로 지상을 공격한다는 신의 지팡이 같은 아이디어도 나왔었고 우주상에 미사일이나 레이저, 입자 빔 무기 등을 올려 적의 미사일을 요격한다는 레이건의 SDI 같은 구상도 있었다. 하지만 결국 전부 흐지부지되고 취소되었다.
소련은 미국보다 더 우주 무기 개발에 적극적이어서 아예 군용 목적의 알마즈 우주 정거장을 올려서 한동안 운용했었다. 특히 알마즈-2(살류트-3)에는 23 mm 기관포가 탑재되어 접근하는 적을 공격할 수 있도록 만들어지기도 하였다. 이 포는 정거장의 폐기 전에 무인 상태에서 시험 발사까지 실행했다고 한다. 단, 다른 알마즈 우주 정거장에는 따로 무기가 들어가지 않았다.(승무원용 권총 정도는 제외) 또한 소련은 폴류스라는 공격 위성을 개발하여 발사하려고 한 적도 있다. 그런데 이건 시험 모델을 발사하다가 실패해서 파괴된 뒤로 무기한 연기되었다가 소련이 붕괴되었다.
우주 무기라고 하기에 애매한 것으로는 소련의 FOBS(Fractional Orbital Bombardment System)가 있는데, 핵무기를 일단 궤도상에 올린 다음 적절한 지점에서 다시 역추진해서 지상으로 떨구는 물건. 분명 핵을 우주에 올리는 물건이지만 한바퀴 돌기 이전에 지상으로 떨궈지기 때문에 우주 조약에 의한 '우주에 대량살상무기 설치 금지' 조항에 위반되지 않는다! 이런 물건을 만든 목적은 ICBM과 같은 일반적 방법으로는 소련에서 미국을 공격할 때 미국의 감시가 치밀한 북극 근처를 통과하기 때문에, 이를 피해 감시가 상대적으로 덜 조밀한 남쪽으로 돌아서 공격하기 위한 것.
군사위성으로 쏘아올렸는데 과학 발전에 이바지한 위성이 있다. VELA라고 미국에서 쏘아올린 핵실험 탐지 인공위성이 있는데 이것은 잡아내라는 핵실험은 안 잡아내고 (하지만 실제로 이스라엘과 남아공이 저지른 핵실험을 잡아냈다.벨라 사건 문서 참조) 저 심우주 쪽에서 감마선을 발견했다. 연구 결과 GRB, 즉 감마선 폭발로 밝혀졌다. 그래서 군사위성 중에서 좀 알려진 케이스라고 할수 있다.그렇다고 해서 아예 우주상에 무기를 올리려는 시도가 없었던 것은 아니라서 미국의 경우 궤도상에서 발사체를 투하해 운동에너지로 지상을 공격한다는 신의 지팡이 같은 아이디어도 나왔었고 우주상에 미사일이나 레이저, 입자 빔 무기 등을 올려 적의 미사일을 요격한다는 레이건의 SDI 같은 구상도 있었다. 하지만 결국 전부 흐지부지되고 취소되었다.
소련은 미국보다 더 우주 무기 개발에 적극적이어서 아예 군용 목적의 알마즈 우주 정거장을 올려서 한동안 운용했었다. 특히 알마즈-2(살류트-3)에는 23 mm 기관포가 탑재되어 접근하는 적을 공격할 수 있도록 만들어지기도 하였다. 이 포는 정거장의 폐기 전에 무인 상태에서 시험 발사까지 실행했다고 한다. 단, 다른 알마즈 우주 정거장에는 따로 무기가 들어가지 않았다.(승무원용 권총 정도는 제외) 또한 소련은 폴류스라는 공격 위성을 개발하여 발사하려고 한 적도 있다. 그런데 이건 시험 모델을 발사하다가 실패해서 파괴된 뒤로 무기한 연기되었다가 소련이 붕괴되었다.
우주 무기라고 하기에 애매한 것으로는 소련의 FOBS(Fractional Orbital Bombardment System)가 있는데, 핵무기를 일단 궤도상에 올린 다음 적절한 지점에서 다시 역추진해서 지상으로 떨구는 물건. 분명 핵을 우주에 올리는 물건이지만 한바퀴 돌기 이전에 지상으로 떨궈지기 때문에 우주 조약에 의한 '우주에 대량살상무기 설치 금지' 조항에 위반되지 않는다! 이런 물건을 만든 목적은 ICBM과 같은 일반적 방법으로는 소련에서 미국을 공격할 때 미국의 감시가 치밀한 북극 근처를 통과하기 때문에, 이를 피해 감시가 상대적으로 덜 조밀한 남쪽으로 돌아서 공격하기 위한 것.
3.1.2. 민간 위성
최초의 위성은 민간 위성이다. 할 줄 아는 것이라고는 삐- 삐- 소리를 송출하는 것밖에 없는 스푸트니크가 어떤 군용 목적이 있을까? 미국의 최초 인공위성인 익스플로러 1호 역시 과학 목적을 가진 민간 위성이었다. 물론 이 위성을 개발한 이면에는 군사적, 정치적인 목적이 있었지만...
- 지구 관측 위성
말 그대로 지구를 관측하는 모든 위성을 이르는 말. 대개 카메라나 레이더를 달고 지구 표면, 대기 등을 관측한다. 넓게 보면 군용의 정찰 위성 역시 지구 관측 위성에 포함되지만, 그건 그냥 정찰 위성이라고 부르면 되므로(...) 지구 관측 위성이라는 말은 군용이 아닌 위성을 부르는 말로 쓰인다. 기상 위성 역시 지구 관측 위성의 범주에 포함되지만 같은 이유로 따로 분류된다.
대개 카메라나 레이더를 싣고 지표면의 사진을 죽 찍은 뒤, 이 사진을 원하는 사용자들에게 돈을 받고 파는 식으로 사용된다. 한마디로 지금 구글 어스에서 볼 수 있는 사진들은 대부분 이 지구 관측 위성에서 촬영한 사진을 구글에서 수집하여 서비스하는 것. 이런 사진들은 단순한 지도 목적 외에도 해양 감시, 환경 오염 파악, 산림 파악, 농작물 현황 확인 등 다양하게 쓰인다.
대한민국의 지구 관측 위성으로는 아리랑 위성 시리즈가 있다. 사실상 한국의 주력 위성.
대개 카메라나 레이더를 싣고 지표면의 사진을 죽 찍은 뒤, 이 사진을 원하는 사용자들에게 돈을 받고 파는 식으로 사용된다. 한마디로 지금 구글 어스에서 볼 수 있는 사진들은 대부분 이 지구 관측 위성에서 촬영한 사진을 구글에서 수집하여 서비스하는 것. 이런 사진들은 단순한 지도 목적 외에도 해양 감시, 환경 오염 파악, 산림 파악, 농작물 현황 확인 등 다양하게 쓰인다.
대한민국의 지구 관측 위성으로는 아리랑 위성 시리즈가 있다. 사실상 한국의 주력 위성.
- 기상위성
최초의 기상위성은 미국의 뱅가드 2였으며, 그후 타이로스 1이라는 기상위성이 쏘아올려 졌다. 대한민국의 경우에는 과거에는 자체적인 기상위성이 없어서, 일본,[11] 미국의 정지 기상위성 관측결과를 30분 단위로 받아 사용하였다.[12] 그러다가 마침내 2010년 기상관측위성인 천리안 위성을 발사하여, 기상정보의 자급자족이 가능하게 되었다. 항공우주연구원 천리안 위성 소개 페이지 앞으로 보다 진보된 정지궤도복합위성 2A와 2B를 개발하여 발사할 계획이다.
- 통신위성
스카이라이프가 그 예이다. 제일 많이 알려진건 인텔셋. 최초의 통신위성은 단순한 30m짜리 알루미늄 풍선인 Echo였다. 당연히 수신하여 증폭변환하여 송신하는 현대의 통신위성과는 달리 지상의 기지국에서 쏘아올린 전파를 반사시키는 단순한 장치였다. 상업용으론 예전엔 국가간 컨소시엄이었지만 현재는 회사가 되어버린 사진의 인텔셋 1이 최초였다. 물론 당연하게도 아마추어 무선용 인공위성도 있다. Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio, 줄여서 오스카라고 부른다. 나무위키에는 SO-50위성의 정보가 등재되어있다.
이러한 통신위성을 처음 제안한 사람은 아서 C. 클라크(Arthur Charles Clarke)이다. 무선통신 전문잡지인 Wireless World 1945년 10월호에 Extra-Terrestrial Relays (지구 밖에서의 통신중계)라는 제목으로 실은 글에서 정지궤도에 통신중계용 인공위성을 올린다면 3개면 전체가 중계범위에 들어갈 수 있으며 그에 필요한 에너지도 크지않아서 태양에너지로로 작동가능할 것이라고 적었다.[13]
통신 위성을 휴대폰의 중계국으로 써먹으려고 했던 것이 바로 이리듐 계획이다. 그 외에도 INMARSAT이나 글로벌스타, 투라야 등의 위성 통신 시스템이 있다.
대한민국의 통신위성으로는 무궁화 위성이 있다. KT에서 주문하여 해외 업체에서 제작 발사한 통신위성. 무궁화 5호부터는 군사 전용채널이 생기기도 하였다. 지금은 무궁화 6호 위성이라고 이름붙어졌을 위성이 대신 올레 1호라고 이름붙여져 발사된 게 최신이다. 그 외에는 SK텔링크에서 일본 업체와 공동으로 운용하는 한별이 있고, 위에서 말한 천리안 위성 역시 통신 임무도 수행중이다.
무궁화3호는 단돈 5억에 홍콩의 업체에 팔려서 황금알을 낳는 거위를 팔았다는 논란을 불러왔다..#
지구 상공 일정한 궤도에서 지구 주위를 회전하면서 지상 통신국으로부터 송신하는 신호를 수신하여 그 신호를 증폭 변환한 후 다시 상대 지구국에 재송신하는 우주 전파중계소 역할을 하는 인공위성으로 일반 통신뿐만 아니라, 방송신호도 송수신한다. 이러한 통신위성을 처음 제안한 사람은 아서 C. 클라크(Arthur Charles Clarke)이다. 무선통신 전문잡지인 Wireless World 1945년 10월호에 Extra-Terrestrial Relays (지구 밖에서의 통신중계)라는 제목으로 실은 글에서 정지궤도에 통신중계용 인공위성을 올린다면 3개면 전체가 중계범위에 들어갈 수 있으며 그에 필요한 에너지도 크지않아서 태양에너지로로 작동가능할 것이라고 적었다.[13]
통신 위성을 휴대폰의 중계국으로 써먹으려고 했던 것이 바로 이리듐 계획이다. 그 외에도 INMARSAT이나 글로벌스타, 투라야 등의 위성 통신 시스템이 있다.
대한민국의 통신위성으로는 무궁화 위성이 있다. KT에서 주문하여 해외 업체에서 제작 발사한 통신위성. 무궁화 5호부터는 군사 전용채널이 생기기도 하였다. 지금은 무궁화 6호 위성이라고 이름붙어졌을 위성이 대신 올레 1호라고 이름붙여져 발사된 게 최신이다. 그 외에는 SK텔링크에서 일본 업체와 공동으로 운용하는 한별이 있고, 위에서 말한 천리안 위성 역시 통신 임무도 수행중이다.
무궁화3호는 단돈 5억에 홍콩의 업체에 팔려서 황금알을 낳는 거위를 팔았다는 논란을 불러왔다..#
- 과학위성
말 그대로 과학적 목적으로 쏘아올린 인공위성. 최초의 과학위성은 스푸트니크 1호(선전용으로 보낸 전파를 이용하여 지구 대기권을 연구하는데 공헌했다)이다. 그다음에 미국 최초로 쏘아올린 인공위성인 익스플로러 1호도 과학위성으로 밴 앨런 대를 관측하는 기여를 하게되었다. 대한민국에서는 우리별 위성과 과학기술위성이 있다. 나로호에 실었던 과학기술위성 2A, 2B와 나로과학위성 역시 과학위성.
3.1.3. 기타
일종의 유인 인공위성. 자세한 것은 문서 참조.
일부 탐사선은 지구나 다른 천체의 궤도를 돌기 때문에 인공위성으로 분류될 수 있다.
허블 우주 망원경이 대표적이다. 광학 망원경 뿐만 아니라 다양한 전자기파 대역의 우주망원경들이 존재한다. 예를 들어 지구 대기권에 가려서 못잡는 것들(X선, 감마선 등)을 잡아내는 망원경, 우주배경복사를 탐지하거나, 적외선 망원경을 띄우기도 한다. 사실 정찰 위성이나 지구 관측 위성들 역시 관측하는 대상이 지구일 뿐 우주 망원경들과 거의 비슷하다. 최초의 우주 망원경은 1990년에 발사된 허블 우주 망원경이며, 2003년에 발사된 스피처 우주 망원경, 2009년에 발사된 케플러 우주망원경 등이 있다.
물론 인공위성이 아닌 우주 망원경 역시 존재한다. 지구에서 벗어나 태양 주위를 돌며 태양을 관측하는 SOHO나 멀리 라그랑주점에 자리를 잡고 관측할 예정인 제임스 웹 우주 망원경 등등.
빛을 산란시키는 대기의 영향을 받지 않기 위해 만든 것으로 물론 인공위성이 아닌 우주 망원경 역시 존재한다. 지구에서 벗어나 태양 주위를 돌며 태양을 관측하는 SOHO나 멀리 라그랑주점에 자리를 잡고 관측할 예정인 제임스 웹 우주 망원경 등등.
위성체인데 크기가 매우 작은 위성을 의미한다. 특성 상, 대학교 혹은 대학원에서도 개발 및 운용이 가능하며, 특수한 경우에는 고등학교에서도 개발(이 수준에서는 조립에 가깝다.)이 가능하다. 미래창조과학부에서는 매년 큐브위성경연대회를 주최하여(한국항공우주연구원 주관) 전국에서 개발 목표와 계획이 뛰어난 팀을 선정하여 개발비 및 발사비를 지원하고 있다.
3.2. 형상에 따른 분류
- 3축 안정화 위성
일반적으로 박스 형상의 몸체와 전개 가능한 태양전지판으로 구성된 위성이다. 탑재체의 안테나와 센서를 지구로 지향하기 위하여 한 축을 기준으로 한 저속 회전을 제외하고는 관성적으로 안정한 위성이다. 태양전지판은 태양에 대해 관성적으로 고정될 수 있도록 위성체에 대해 반대로 회전한다. 3축 안정화 방식은 센서와 구동기의 성능에 크게 의존하지만 높은 정밀도를 갖는다. 위성의 안정화를 위해 위성 자체를 회전시키는 대신 내부에 회전하는 반작용 휠을 설치하여 회전강성을 얻어 위성을 안정화시킬 수 있다.
- 회전 안정화 위성
위성을 원통형 몸체로 만들어 몸체의 축 주위로 일정한 속도로 회전시키는 방법으로 자세 안정화를 이루는 방식이다. 상대적으로 간단하지만, 안테나 센서 태양전지판이 관성목표를 지향할 수 없는 단점을 갖고 있다.
3.3. 크기에 따른 분류
위성의 질량은 부여된 임무에 따라 결정되며, 일반적으로 소형위성급 이상은 실용 목적으로, 소형 이하급 위성은 과학실험, 기술 개발 및 검증을 목적으로 한다. 보통 나노, 피코, 펨토 위성은 초소형 위성으로 분류한다.
4. 운용궤도
지구를 중심으로 해수면 기준 대략 160km - 2,000km 고도를 갖고 도는 궤도이다. 공간해상도가 높아야하는 정찰위성이나 지구관측위성은 대부분 저궤도 위성이라고 보면 된다. 국제우주정거장도 고도 350km의 상당히 낮은 궤도의 저궤도 인공위성이다. 아리랑 위성도 저궤도에서 운용되고 있다.
- 중궤도 (Medium Earth Orbit, MEO)
지구 중심으로 고도 2,000km부터 35,786km 사이의 궤도이다. GPS NAVSTAR 위성이 이 궤도를 이용한다.
- 지구동기궤도 (Geo Synchronous Orbit, GSO)
지구 중심으로 고도 35,786km의 고도를 가지는 궤도이다. 이 궤도에서는 인공위성의 각속도가 지구 자전속도와 동일해진다.
- 고궤도 (High Earth Orbit, HEO)
지구 중심으로 고도 35,786km보다 높은 고도를 가지는 궤도이다. 이 궤도를 대체 어떤 위성이 이용할까 생각하겠지만 핵폭발을 감지하기 위한 미국의 VELA 위성이 사용하고 있다.
- 극궤도 (Polar Orbit)
경사각을 90도로 가져서 궤도가 극지방을 지나가는 궤도이다. 지구가 자전을 하기 때문에 위성이 지구를 한바퀴 돌 때 마다 지구가 자전한 만큼 서쪽으로 이동하게 되므로 지구 전체를 관측할 수 있기 때문에 많은 위성들이 극궤도로 운영되고 있다.
- 정지궤도 (Geostationary Orbit, GEO)
지구동기궤도 중 경사각이 0인 형태의 궤도이다. 지표면에서 봤을 때 항상 같은 위치에 인공위성이 정지해 위치한 것 처럼 보이는 특성이 있어 지속적인 관측에 유리하므로 통신위성이나 기상위성에 주로 이용되는 궤도이다. 무궁화 위성과 천리안 위성이 이 궤도를 이용한다.
- 정지천이궤도 (Geostationary Transfer Orbit)
정지궤도로 인공위성을 위치시키기 위해 이용하는 궤도이다.
- 경사궤도
지구동기궤도 중 경사각이 있는 형태로 운영되는 궤도이다. 정지궤도는 위치를 벗어나지 않기 위해 Station Keeping을 해야 하는데 이 때 소모되는 연료가 많기 때문에 남북방향의 위치보정을 포기하고 연료를 아껴 더 오래 운용하기 위해 사용된다. 지상에서 보면 대략 8자의 궤적을 보인다. 무궁화 1호가 발사도중 발사체 부스터 분리에 문제가 생겨서 궤도에 위치하기 위해 연료를 많이 사용하였기 때문에 경사궤도로 운용하여 수명을 연장했다.
- 태양동기궤도 (Sun Synchronous Orbit, SSO)
극궤도의 한 형태로 항상 동일한 시간에 같은 지점을 지나가도록 설계한 궤도이다. 이렇게 운영하면 매일 동일한 시간에 동일한 곳을 관측할 수 있기 때문에 일별 변화를 추적하기 좋은 특성을 가진다. 아리랑 위성이 태양동기궤도로 운용되고 있다.
- 묠니야궤도, 툰드라궤도
지구정지궤도는 적도에만 위치할 수 있으므로 극지방에서 사용이 어렵기 때문에 개발된 궤도이다. 타원궤도의 이심율을 크게하여 극지방에서 오랜 시간 머무를 수 있도록 한 궤도이다.
묠니야 궤도의 원지점은 약 40,000km이고, 근지점은 약 600km인 타원고도로, 묠니야 궤도는 주기가 12시간이기 때문에 한 바퀴 돌 때 마다 지구 반대편에 위치하게 된다. 툰드라 궤도는 주기를 24시간으로 설계하도록 한 것으로 지구에서 보면 8자 모양의 궤적을 보여준다.
묠니야 궤도의 원지점은 약 40,000km이고, 근지점은 약 600km인 타원고도로, 묠니야 궤도는 주기가 12시간이기 때문에 한 바퀴 돌 때 마다 지구 반대편에 위치하게 된다. 툰드라 궤도는 주기를 24시간으로 설계하도록 한 것으로 지구에서 보면 8자 모양의 궤적을 보여준다.
천체의 중력이 상쇄되는 지점이다. 지구-달 라그랑주 점에는 달 탐사를 위한 우주기지나 달과의 통신중계를 위한 위성이 고려되고 있으며, 태양 빛이 항상 가려지는 지구-태양 라그랑주 점에는 제임스 웹 우주 망원경이 고려되고 있다.
5. 위성의 구성
인공위성 시스템은 위성체, 위성과 통신을 수행하는 지상국, 위성을 임무궤도까지 올려주는 발사체로 구성된다. 위성체는 다시 탑재체와 위성 본체로 구성되어 있고, 위성 본체는 여러 서브시스템으로 구성되어 있다.
- 구조계
인공위성의 뼈대로 탑재체와 각종 서브시스템들이 장착되는 구조물이다. 여러 부품들을 내외부에 장착할 공간을 제공하고, 발사체와 접속하여 발사하중 및 진동, 충격을 버틸 수 있도록 한다.
- 전력계
위성에 장착되는 전력원을 공급하는 것으로 주로 태양전지 및 고성능 배터리로 구성된다. 인공위성이 지구를 돌면서 태양이 지구에 가려지는 eclipse 동안이나 사용 전력이 태양전지판에서 공급되는 전력 이상일 경우에는 배터리 전력이 사용되고, 충분한 전력이 태양전지에서 공급되면 배터리가 충전된다.
- 자세 및 궤도 제어계
궤도상에서 위성체의 자세 및 궤도를 책임져 원하는 방향으로 위성을 지향하고, 자세를 안정화하며 궤도를 유지하도록 한다. 자세는 일반적으로 위성체 내부의 반작용 휠을 회전시키는 방법을 사용한다. 자이로스코프, 스타트래커(별센서)와 같은 센서가 장착된다.
- 열제어계
일반적으로 지구궤도에서는 태양노출동안 섭씨 80도, 지구 그림자에서 섭씨 영하 70도의 커다란 온도변화를 겪게 된다. 또한, 태양에 직접 노출되는 부분과 반대편 사이의 온도차이가 크기 때문에 방열판, 히터를 통해 강제적으로 열을 발산하거나 가열하여 위성체 운용에 적합한 온도를 항상 유지해야 한다. 기본적으로 열 차폐막, 열담요, 코팅, 페인팅도 사용된다.
- 추진계
인공위성이 궤도에 진입할때, 위치유지 및 위성지향과 같은 자세 제어시에 연료를 이용해 추진하여 원하는 궤도와 위치를 유지한다. 미약하지만 공기저항으로 인해 속도가 떨어지고, 태양과 달의 인력으로 인해 섭동이 발생하기 때문에 끊임없이 궤도를 유지하기 위해 엔진을 작동시킨다. 다른 대부분의 부품들과 달리 연료는 소모품이기 때문에 인공위성의 운영 수명은 연료에 가장 크게 의존적이다.
- 원격측정 및 명령계
지구의 지상국과 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 서브시스템이다. 또한 위성의 위치 결정을 위한 레인징 기능도 지원한다.
- 탑재체
인공위성의 용도, 목적 그 자체인 서브시스템이다. 관측위성의 자외선, 가시광선, 적외선 등을 관측하는 카메라, SAR 레이더, 통신위성의 통신 중계기 등이 해당된다.
6. 국가별 인공위성 목록
지구궤도, 태양궤도, 달궤도 등 인공위성이나 궤도를 도는 탐사선 목록만 추가하며, 궤도를 돌지 않는 탐사선 목록은 추가하지 않도록 유의한다.
6.1. 대한민국
6.2. 미국
- 뱅가드 위성
- GOES 시리즈: 미국의 기상관측 위성이다.
- GPS NAVSTAR 위성
- 이리듐 계획
- 키홀 위성
- 허블 우주 망원경
- 스피처 우주 망원경
- 케플러 우주 망원경
- 제임스 웹 우주 망원경
- 스카이랩
6.3. 러시아
6.4. 유럽
6.5. 중국
- 베이더우
- 텐궁
6.6. 일본
- HIMAWARI 시리즈 (MTSAT)
6.7. 다국적
7. 관련 기관 및 단체
7.1. 대한민국
7.2. 미국
7.3. 러시아
7.4. 유럽
7.5. 중국
7.6. 일본
8. 대중문화 속의 인공위성
어보브 앤 비욘드의 노래 Satellite는 인공위성처럼 멀리서 사랑하는 이를 바라보며 마음 속으로 응원한다는 내용이다. 어쿠스틱 버전에서는 사랑하는 이가 엇나가는 모습에 안타까워하는 감정이 추가되었다.
대중문화 작품을 보면 행성을 향해 레이저 빔이나 미사일로 대기권 밖에서 지상, 또는 우주 공간의 우주선이나 우주 정거장에 폭격을 하는 무기로서의 기능이 많이 등장한다. 실제로 이런 무기는 일종의 로망이고, 소련의 폴리우스나 미국이 설계했던 신의 지팡이로 볼 때 기술적으로 아예 불가능한 이야기는 아니다. 현재 예산 문제 등 제반 사항 탓에 거의 불가능하지만 기술이 발달하면 정말로 위성궤도상에서 떠다니는 공격위성이 나올 지도 모르겠다. 그리고 동쪽 섬 나라에서는 모든 물체에게 생명을 불어넣다 못해 기어이 '''인간이 된 인공위성'''이 등장했다. 그게 동쪽 섬나라 이야기인 줄로만 알았지만, 대한민국 최초의 인공위성 우리별 1호도 인간이 되었다!
대체역사물인 2009 로스트 메모리즈에서는 일본이 인공위성 '사쿠라'를 1965년에 발사한 것으로 설정되어 있는데, 이는 일본이 미국과 소련에 맞먹는 초강대국으로 발돋움했음을 의도적으로 보여주는 설정이다. 실제 일본 최초의 인공위성은 이보다 5년 뒤인 1970년에 발사한 오오스미이다.
MCU에서는 대규모 행성레벨 무인 드론 군단을 우주에서 목적지로 직접 투하하는 시스템이 등장했다.[16]
장르가 첩보물인 경우 정찰 위성도 심심찮게 나온다. 근데 스케일이 큰 경우엔 이걸 가지고 그 사람의 외형은 물론 책으로 뭘 읽고 있는지까지 볼 수 있다는 뻥을 치는 작품도 종종 있다. 마치 CCTV를 어찌어찌 조절하면 찍힌 사람 얼굴까지 다 볼 수 있다고 나오는 수사물처럼.
일단 인공위성 해상도는 고도에 따라 다르지만, 민간용, 상업용 인공위성은 해상도가 50cm급에 도달했다. 기술적으로는 그보다는 조금 더 나은데, 정부 규제로 0.5m급으로 묶여있다고. 여기서 해상도라는 것은 50cm짜리 물체를 식별한다는 뜻이 아니라, 화상의 도트 하나가 50cm라는 것이다. 당연히 50cm보다 몇 배는 큰 물체여야 제대로 식별할 수 있다. 하지만 군사용 첩보 정찰 위성은 그런 제한이 없어서, CIA와 NSA가 운용하는 정찰위성은 일단 사람 입은 옷과 헤어스타일은 구분 되는 수준까지 왔다고 한다.
다만 기술적 한계가 존재하므로 미래에도 책 제목을 알아보는 정찰위성은 만들기 어려운데 일단 그 정도 관측 정밀도를 위해서는 렌즈 크기만도 십수 미터는 되는 천문대급 카메라가 필요하고 이런 건 인공위성으로 만들기 곤란한 사이즈다. 허블 우주 망원경의 렌즈 크기가 고작 2.4미터다! 게다가 대기의 간섭이 있기 때문에 아무리 고성능 카메라를 써도 한계가 있는데, 역시 허블 우주 망원경이 우주에서 별을 관측하기 때문에 지상의 거대한 망원경보다 훨씬 더 정확한 관측이 가능하다는 것을 생각하면 된다.
가면라이더 메테오가 변신을 할 때 변신을 승인하는 역할을 한다.
남런처의 스킬이 인공위성과 연관이 많다. 1차 각성기 새틀라이트 빔은 이름 그대로 천계의 인공위성에서 지상으로 폭격을 하는 기술이고, 진각성 패시브는 인공위성과 중화기의 연동 시스템을 구축하여 개틀링건과 슈타이어 스킬을 변형시키며, 진각성 액티브는 아예 인공위성에서 핵폭탄을 떨어뜨리는 스킬이다.
과거 세계를 제패한 기업들이 우주 진출에 열을 올리면서 서로를 견제하려고 일정 궤도 이상으로 상승하면 공격해버리는 공격 위성인 어설트 셀들을 잔뜩 살포했는데 문제는 한두 기업이 아닌 모든 기업들이 앞다투어서 어설트 셀을 쏘아올리다보니 결국 지구의 위성궤도 전체가 어설트 셀로 빈틈없이 도배가 되어버려서 결과적으로 아무도 우주로 진출할 수 없게 되었다. 그야말로 인류가 스스로를 지구 안에 가둬버린 셈(...). 결국 아머드 코어 4 시점의 인류는 한정된 지구의 자원을 두고 서로 싸우는 중. 실제로 게임상에서 어설트 셀의 사거리 구간까지 상승하면 어설트 셀에게 공격을 받지만 이쪽은 절대 반격이 불가능하다...
- 여름의 로켓 - 초등학생들이 로켓을 제작해 인공위성을 발사한다는 내용의 만화. 허황되다고 생각된다면 일단 읽어 보시라.
- 페어리 라이프
- 우리별 일호와 얼룩소
- 디지몬 유니버스 어플리 몬스터즈의 새틀라몬.
- 로봇 소리
- 손자위성
- 무한전기 포트리스의 이오나.
- - 타임 코스모스를 이용해 미래로 가려다 갑작스런 운석과의 충돌로 인해 타임 코스모스가 고장나서 우주 공간의 미아가 되었는데 하필 고길동도 같이 말려든 탓에 타임 코스모스가 운석과 충돌했을 때 우주로 떨어져 둘리 일행과 헤어지는데 고길동은 망가진 인공위성을 타고 우주 해적, 해충 등에게 쫓기는 해프닝까지 겪다가 둘리가 타임 코스모스를 잘못 건드리는 바람에 졸지에 얼음별까지 가버리게 되었다.
- DC 코믹스 - 브라더 아이
무한지구의 위기 이전에는 근미래를 배경으로 하는 시리즈에서 히어로 O.M.A.C.에게 힘을 공급하는 원거리 서포터.
크라이시스로 역사가 변하며 브루스 웨인이 설계해 쏘아올린 위성이 맥스웰 로드의 농간으로 변모하여 인류를 기계군단으로 감염시켜 부리는 O.M.A.C 군단의 지도부 인공지능 빌런이 되었다. 뉴52 이후에는 브레이니악의 해킹으로 타락해 변하였고 퓨처스 엔드를 일으킨다.
크라이시스로 역사가 변하며 브루스 웨인이 설계해 쏘아올린 위성이 맥스웰 로드의 농간으로 변모하여 인류를 기계군단으로 감염시켜 부리는 O.M.A.C 군단의 지도부 인공지능 빌런이 되었다. 뉴52 이후에는 브레이니악의 해킹으로 타락해 변하였고 퓨처스 엔드를 일으킨다.
- 파이널 판타지 14 - 달라가브
붉은 위성으로 여신 니메이아의 충직한 개 달라가브라는 전설이 있었지만, 실은 알라그 제국이 크리스탈 타워에 에너지를 보내기 위해 만든 인공위성이었다. 이후 미드 갈론드가 달라가브를 이용하려는 메테오 계획을 세우지만 실패하고 10년 뒤에 넬 반 다르누스가 달라가브를 카르테노 평원에 추락시켜 제 7재해를 일으킨다. 이 위성의 핵은 야만신 바하무트.
9. 관련 문서
- 천문학 관련 정보
- 항공 우주 관련 정보
- 대한민국의 우주개발사
- 인공위성 체계
- 관련 인물
- 송호준 - 세계 최초로 개인제작 인공위성을 쏘아올린 사람
- 기타
[1] 즉, 정의상 우주정거장도 인공위성의 일종이다.[2] 픽사의 2008년작인 영화 《월-E》에 잠깐 등장한다. 주인공인 WALL-E가 지구에서 우주로 떠나면서 지구 상공의 인공위성 쓰레기 밴드를 통과할 때 WALL-E의 얼굴을 가리는 자그마한 위성이 바로 스푸트니크다. 실제로 스푸트니크 1호는 발사 몇개월 뒤 대기권에서 소멸되었다.[3] 실제 미국은 소련의 위성 발사 성공에 큰 충격을 받아 과학기술, 교육부문에 큰 변화가 일어났다. 이를 스푸트니크 쇼크(Sputnik crisis)이라고 한다.[4] 실제로 이 전조가 보이고 있어, 우주정거장이 위협받은 적도 있다. 우주쓰레기항목 참조.[5] 하지만 모든 코스모스 위성은 전부 군사위성이 아니다. 과학용 위성과 민군겸용 통신/항법위성도 코스모스라고 불렀다.[6] Ice Station Zebra라는 영화에서 이를 다루었으며, 콜 오브 듀티: 블랙 옵스 2의 캠페인 피로스의 승리에도 이 내용이 언급된다.[7] 구글 어스의 지형 보기가 그 예이다.[8] 전성기 시기의 소련은 무려 일주일에 위성 한 대씩 올리는 위엄을 선보였다.[9] 저고도에서는 (희박하긴 하지만) 대기에 의한 공기저항이 상대적으로 커서 점차 궤도가 낮아지게 된다. 그래서 이를 보상하기 위해서 추진제를 자주 사용해서 고도를 유지해야 한다.[10] 갈릴레오도 항법위성을 이용하긴 하나 철저하게 민간에서 개발된 물건이므로 제외한다[11] 예전 과학책을 보면 나오는 "해바라기"가 일본것. 정확한 이름은 Geostationary Meteorological Satellite인데, 별칭이 히마와리(ひまわり), 즉 해바라기다.[12] 기상 변화란 건 초단위로 받을 필요가 없다. 기상정보를 하루에 두번 받는 나라가 지구에 거의 대부분이니 이건 문제가 아니다.[13] 이때 아직 태양전지가 만들어지지 않은 때이다.[14] 군 정찰위성을 개발 중이다.[15] KAIST 산하의 위성 제조사로, 2018년 UAE의 첫 인공위성인 KhalifaSat을 공동개발했다. [16] 사실 효율로는 매우 비효율적이다. 그냥 기지에서 날리는 게 낫다. 굳이 대기권 밖에서 발사하는 것은 이것이 외계의 침공을 상정한 시스템이라서 우주공간에서 결전을 보도록 해 놓은 것이기 때문.