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국내 지구관측 및 정보시스템

우리나라 지구관측위성 개발 현황

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국가우주개발중장기계획에 나타난 위성 개발과 활용 전략

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2013년 수립된 우주개발중장기계획에 따르면, 우리나라는 독자적 우주개발 능력 강화를 통한 국가위상 제고 및 국가경제발전에 기여를 비전으로 하며, 6대 중점 과제 중 하나로 ‘국민 삶의 질 향상을 위한 다가가는 위성정보 활용시스템 구축’이 포함된다. 공급 위주의 정책에서 벗어나 기상, 해양, 환경, 농업 및 산림, 재난재해, 통신항법, 국토관리 등 수요자 중심의 맞춤형 위성정보를 제공하고 범정부 차원의 위성정보 활용 지원시스템을 구축함으로써 위성활용 서비스를 확대하는데 그 목적이 있다.

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<그림 2.2-1> 국민 삶의 질 향상을 다가가는 위성정보 활용시스템 구축 (출처: 우주개발중장기계획, 2013.11)

다목적실용위성 (KOMPSAT. 아리랑)

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우리나라 인공위성의 역사는 1992년 8월 11일 남미 프랑스령 기아나 쿠루우주센터에서 발사된 ‘우리별(KITSAT) 1호’에서 시작된다. 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구센터가 영국 써리(Surrey) 대학의 기술을 받아 만든 이 위성이 성공을 이루면서 우리나라도 인공위성 보유국이 되었으며, 이후 1993년 9월에는 우리나라 자체 기술로 개발한 ‘우리별 2호’가 발사되었다.

그 후, 1996년 국가계획으로서 우주개발중장기기본계획을 수립하였으며, 이를 바탕으로 본격적인 실용위성 개발이 추진되었다.

다목적실용위성(아리랑위성) 1호는 한반도 지도제작, 해양관측, 과학실험이라는 세 가지 목적으로 개발되었는데, 이를 위해 공간해상도 6.6m의 고해상도 팬크로마틱 전자광학카메라와 공간해상도 1km의 다중분광 해양관측카메라, 고에너지입자검출기(HEPD)와 이온층측정센서(IMS)를 포함하는 과학탑재체를 탑재하여 1992년 12월 성공적으로 발사되었다.

설계된 임무기간보다 4년 더 활동한 뒤 2008년 2월 임무를 종료하였다.

우리나라가 주도적으로 개발한 지구관측 인공위성은 다목적실용위성 2호이다. 대규모 재난감시 및 대처, 국내외 정밀 수치지도 작성, 해양오염 및 적조 감시, 농업재해 모니터링, 자연자원 탐사 등을 목적으로 설계된 공간해상도 1m급의 다중분광 광학위성으로 2006년 7월 성공적으로 발사되었으며, 설계수명을 훌쩍넘은 지금까지도 지구관측 임무를 수행하고 있다.

2012년 5월 발사된 다목적실용위성 3호는 공간해상도 0.7m급의 전자광학카메라가 탑재된 초고해상도 지구관측위성으로 지구상공 고도 685km 궤도에서 하루에 약 15바퀴 지구를 선회하며 지구관측 업무를 수행하고 있다. 국내 최초의 서브미터급 광학위성으로서의 의의가 있다. 다목적실용위성 3호의 설계를 바탕으로 개발되어 2015년 3월 발사된 다목적실용위성 3A호의 고해상도 전자광학카메라 AEISS-A(Advanced Earth Imaging Sensor System-A)는 국내 위성 중 최고 해상도인 0.5m급 광학 촬영을 가능하게 하고 있으며, 이로서 미국에 이어 세계 두 번째로 50cm 이하의 영상을 제공하고 있다. 또한, 공개된 지구관측위성으로는 세계최초로 중적외선 센서를 탑재한 위성이라는 의의가 있으며, 야간이나 기상상황에 상관없이 지상의 열을 탐지해 화재, 화산활동, 도심 열섬현상 등을 관측할 수 있다. 고도 528km의 태양동기궤도에서 운용되며, 매일 주·야간 두 차례에 걸쳐 우리나라 상공을 지나며 최장 50분간 한반도를 촬영한다.

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<그림 2.2-2> 다목적실용위성 1,2,3호의 공간해상도 비교 (출처: KARI)

국내 최초의 전천후 영상레이더(SAR, Synthetic Aperture Radar)가 탑재된 다목적실용위성 5호는 3A호가 발사되기 전 2013년 8월 발사되었다. 다목적실용위성 5호에 탑재된 영상레이더는 마이크로파를 지상 목표물에 방사한 후 반사되어 돌아온 신호를 합성하여 영상을 만드는 장치로 주·야간 및 악천후에도 지상관측이 가능하다는 장점이 있으며, 기상의 영향을 많이 받는 광학위성의 단점을 보완할 수 있어 다목적실용위성 3호, 3A호의 고해상도 광학영상과 상호 보완적으로 활용될 수 있다.

다목적실용위성 5호는 하루 네 번 한반도를 관측할 수 있으며, 전송된 영상 정보는 공공안전, 재난·재해 예측, 국토·자원 관리, 환경감시 등에 활용되고 있다.

이처럼 다목적실용위성은 광학 및 영상레이더위성, 적외선 관측능력을 지닌 저궤도 지구관측 위성시리즈로서 상호 보완적으로 운용되며 국가 위성정보 활용 수요를 충족시키고 있다. 현재 영상레이더 성능을 향상시킨 다목적실용위성 6호와 초정밀광학 및 적외선 센서를 탑재하는 다목적실용위성 7호가 개발 중에 있다.

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<그림 2.2-3> 다목적실용위성 5호에서 촬영(베를린, 2014/2/20, HR모드, 출처: KARI)

정지궤도복합위성 (COMS, 천리안)

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적도 상공 약 36,000km 고도에서 지구의 자전속도와 같은 11,000km/h의 속도로 지구를 선회할 수 있도록 설계된 정지궤도위성은 늘 지구의 한 방향을 넓게 바라볼 수 있어 기상관측이나 통신 중계 등에 주로 활용된다. 2010년 6월 발사된 국내 최초의 정지궤도위성인 천리안 1호는 통신, 해양, 기상의 3가지 기능을 동시에 탑재한 복합위성으로 하루 24시간 내내 위성통신 서비스와 한반도 주변의 기상과 해양 관측을 수행한다.

천리안 1호의 성공적인 발사와 운영으로 우리나라는 미국, 유럽, 일본, 중국, 인도, 러시아에 이어 세계 7번째로 기상위성 보유국이 되었으며, 이에 따라 기상정보의 해외 의존에서 탈피해 자력으로 정확도 높은 기상서비스를 제공할 수 있게 되었다. 기존에는 일본으로부터 기상데이터를 제공받았으나 천리안 1호에서 수신된 기상데이터를 다른 나라에 제공함으로써 기상정보 수혜국에서 제공국으로 국가위상이 제고되었다는 의의가 있다.

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<그림 2.2-4>천리안 기상위성에서 관찰된 태풍 볼라벤 (2012/8/26, FD모드, 출처: KMA)

천리안 1호에 탑재된 해양 탑재체는 세계 최초의 해색관측 카메라라는 의의가 있으며, 최초의 해양관측 정지궤도위성으로서 매일 8회 한반도 주변 바다를 관측하여 해양 환경과 수산 자원에 관한 정보를 제공하고 실시간으로 모니터링 하고 있다. 또한, 세계에서 10번째로 통신위성을 자체 개발해 위성통신, 방송, 지리정보, 교통정보 등의 차세대 위성정보통신체계의 기반을 마련하였다.

천리안 2호는 천리안 1호의 임무를 승계하고 한반도 주변 환경감시 능력을 높이기 위한 후속 위성으로 기상·우주기상 관측용 위성(2A호)과 해양·환경 관측용 위성(2B호)으로 나뉜다. 천리안 2A호는 2018년 12월 5일 성공적으로 발사되어 현재 초기운영 중에 있다. 천리안 2A호의 기상관측 능력은 천리안위성 대비 해상도는 4배, 관측주기는 3배 이상 향상되고 관측채널도 3배 이상 높아져 정밀 기상관측 및 일기예보 정확도 향상과 한반도 및 아시아 지역의 기상이변 감시 및 예측능력이 한층 개선될 것으로 기대된다.

2019년 발사를 앞두고 있는 환경·해양관측 위성인 천리안 2B호의 해양 탑재체의 해상도 역시 천리안위성 1호 대비 4배 이상 향상될 예정이며, 환경 탑재체는 7km 해상도로 1일 8회에 걸쳐 한반도 주변의 미세먼지, 황사 등 국경을 넘나드는 대기오염물질의 이동 등을 감시하게 될 것이다. 천리안 2호의 기상관측위성(2A호)은 2018년, 해양‧환경관측위성(2B호)은 2019년으로 발사가 예정되어 있다.

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<그림 2.2-5>천리안 해양위성에서 관측된 녹조 (2011/7/19, 출처: KOSC)

국내 지구관측 위성정보 서비스 현황

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지구관측 인공위성에서 수집된 영상은 국토관리, 재해재난 감시, 해양 및 수자원 관리, 농림업 분야 응용, 환경감시, 국가 안보 등 다양한 분야에 활용되면서 막대한 부가가치를 창출하고 있다. 세계 위성영상 시장은 2015년 기준 약 17억 달러 규모이며, 매년 지속적으로 성장하여 2025년에는 약 30억 달러 규모로 성장할 것으로 예측하고 있다. 우리나라는 특히 저궤도 지구관측위성인 다목적실용위성 시리즈를 통해 연간 약 10만 장의 위성영상을 확보하고 있으며, 민간은 물론 정부부처와 산하기관을 대상으로 년간 약 6,000여장의 고해상도 영상을 보급하고 있다.

다목적실용위성 영상자료의 배포와 활용

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다목적실용위성영상은 과학기술정보통신부의 ‘위성정보의 보급 및 활용 규정’에 따라 협의체보급과 공공보급, 상용보급으로 구분하여 배포하고 있으며, 관련 업무는 한국항공우주연구원(이하 항우연) 국가위성정보활용지원센터에서 담당한다. 국가적 수요를 목적으로 하는 위성정보의 활용은 ‘위성정보활용협의체’를 중심으로 무상 지원되며, 이를 위한 전용유통시스템이 구축, 운영되고 있다. 비영리 목적의 공공사업 및 학술연구 지원을 위한 위성영상의 공공보급은 항우연이 담당하며, 사용자그룹으로 등록한 후 소정의 절차를 통하여 보급할 수 있다. 그 밖의 국내외 상용 목적의 위성정보는 민간 판매대행업체를 통해 판매하는데 국가공간정보보안관리지침을 준수해야 할 의무가 있다.

다목적실용위성의 보급을 위해 ‘아리랑위성 검색/주문 시스템’이 운영되고 있다.

  • 다목적실용위성 검색·주문시스템 이미지입니다.

<그림 2.2-8> 다목적실용위성 검색·주문시스템 아리랑 (https://arirang.kari.re.kr)

천리안 기상위성영상의 배포와 활용

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기상위성의 일차적 목적은 기상예보에의 활용이다. 이를 위해 기상청은 기상위성수신장비를 운영하며, 기상위성의 신호를 수신, 처리, 분석하여 다양한 기상위성 분석자료를 생산하고 이를 매일의 기상예보와 황사, 호우, 태풍 등의 악기상 예보에 활용하고 있다.

기상청 내에서는 인트라넷을 통해 전국의 기상관서에서 위성영상과 분석자료를 쉽고 빠르게 조회할 수 있는 시스템이 구축되어 있는데 기상예보관에게 다양한 위성분석자료를 제공하고 항공과 선박의 안전한 운항을 위한 상세 기상정보 제공, 슈퍼컴퓨터를 활용한 수치예보의 입력자료 생성, 동네 예보서비스 지원을 주요 목적으로 한다.

기상위성자료 수신분석 시스템에서 생산된 데이터들 중에서 위성영상, 해수면온도 분석 자료 등의 일부 자료는 민간예보사업자 및 기관에 제공되기도 한다. 자료는 기상청에서 운영하고 있는 민간예보사업자 지원서버를 통해 전달되며, 민간예보사업자들은 위성자료를 포함한 기상자료를 이용하여 특화된 기상서비스 상품을 개발하여 판매하는데 활용하고 있다.

기상청에서 보유하고 있는 위성자료는 기상연구소 및 대학의 연구용 자료로도 그 활용 가치가 높다고 할 수 있다. 학술 및 연구목적의 활용을 지원하기 위해 기상위성자료 제공시스템(ftp site)을 구축하여 기상청 외부에 있는 사용자도 쉽게 접근할 수 있도록 사용자 계정과 암호를 부여하여 관리하고 있다. 기상위성자료 제공시스템에 수록되어 있는 자료들은 기상청과 공동협력 연구 과제를 수행하는 국공립기관에 대해서만 개방되어 있다. 기타 일반사용자를 위한 기상정보 서비스는 민원관리 규정에 의해 민원자료 제공 신청 절차를 통해 소정의 수수료를 받고 자료를 제공하도록 되어 있다. 기상청과 국가기상위성센터 홈페이지에서 가용한 기상위성영상과 분석 자료를 제공하고 있다. 서비스되는 위성자료는 다음과 같다.

기상위성자료 서비스 내용 표입니다.
서비스 위성 정지궤도위성

천리안, MTSAT, FY-2D

극궤도위성

NOAA(15,18,19), ASCAT, AQUA/TERRA, WINDSAT, SSMIS

서비스 영역

전구, 전지구, 동아시아, 한반도, 한반도지역, 분반구, 서아시아, 이라크, 합성

자료 종류 이진자료(h5, he5, bin, asc), 영상자료(jpeg,png,gif)
영상 자료 기본영상

적외영상, 수증기영상, 가시영상, 단파적외영상, 합성영상, 강조영상

분석영상

구름탐지, 지표면온도, 표면도달일사량, 상층수증기량, 가강수량, 구름분석, 안개, 강우강도, 에어로졸, 대기운동벡터, 해수면온도, 해빙적설역탐지, 지구방출복사량

기상위성자료 서비스 내용 (출처: 기상위성센터)

  • 천리안 기상센서(MI) 모드별 촬영범위 이미지입니다.

천리안 기상센서(MI) 모드별 촬영범위 (출처: KMA)

천리안 해양위성영상의 배포와 활용

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해양관측위성은 한반도 주변 해양생태계 준실시간 모니터링, 장·단기 해양환경 및 기후변화 모니터링, 연안·해양 환경 감시 및 자원 관리, 해양·수산정보의 생산을 주요 임무로 한다. 해양관측 카메라는 2500km x 2500km의 촬영영역을 공간해상도 0.5km로 촬영하는데 우리나라를 포함하여, 일본과 중국 일부지역을 포함한다.

  • 천리안 기상센서(MI) 모드별 촬영범위 이미지입니다.

천리안 해양센서 촬영범위 (출처: KIOST)

천리안 해양위성(GOCI) 영상은 해양위성센터 홈페이지에서 영상의 저작권과 제3자 배포 금지에 대한 동의 후 검색 및 다운로드가 가능하다. GOCI위성과 더불어 AVHRR, MODIS(AQUA & Terra), VIRS 위성자료도 서비스하고 있으며, 영상 외에도 녹조와 적조, 연안 냉수대, 저염수, 해양투기 선박 궤적, 유류 유출, 쓰나미, 해무, 해빙, 황사, 태풍, 산불, 화산폭발, 연안 용승, 클로로필 생성, 갈조, 미세먼지 등 이슈별 산출물 서비스도 진행하고 있다.

뿐만 아니라, 해양위성영상의 저변확대를 위하여 해양자료처리시스템(GDPS: GOCI Data Processing System)을 구축하여 지원하고 있다. 기하보정된 GOCI 데이터를 이용하여 해양환경 및 해수의 분광 특성을 분석하기 위한 2차 결과물(Level 2)을 생산하고자 개발되었으며, 사용자의 목적에 따라 다양한 분석이 가능하도록 설계되었다. 해양위성센터의 실시간 해양환경 정보 제공을 위한 기본 운용 소프트웨어로 국내외 GOCI 이용자들을 위한 표준처리 소프트웨어이다. 기존 해양위성에 적용된 알고리즘과 GOCI의 알고리즘을 모두 사용하여 해양환경 분석 자료를 생성할 수 있고 대기보정을 통한 순수해양신호 추출이 가능하다. 특히, 세계 최초의 정지궤도 해양관측에 따른 위성의 기하학적 위치에서 비롯되는 해양신호의 왜곡 보정이 가능하다.

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