북한은 지난해 5월 군사정찰위성 2호기를 발사했다. 비행 과정에서 폭발하며 위성 발사엔 실패했다. 2호기 발사는 지난해 11월 21일 군사정찰위성 1호기를 발사한 이후 6개월여 만이었다. 군사정찰위성 만리경 1호의 발사는 성공적이었지만 위성의 역할은 하지 못하고 있다. 북한은 지난해 3개의 군사정찰위성을 더 쏘겠다고 공언했다. 이에 대비해 우리 군은 위성감시체계를 구축할 예정이다. 북한을 비롯한 다양한 국가들이 발사한 한반도 상공의 위성을 감시할 수 있다. 경상남도 거창군에 있는 우주물체 레이저 관측지원시설이 그 역할을 한다.

경상남도 거창군에 위치한 우주물체 레이저 관측지원시설(사진제공=국방신속획득기술연구원)

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대형 망원경은 무게만 4t. 이 망원경은 12초에 한바퀴를 돈다. 위성이 초당 8km 속도로 비행을 하는데 이를 쫓기 위해서 속도를 맞춘다. (사진제공=국방신속획득기술연구원)

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해발 900m 높이의 감악산 산길은 험지였다. 오르막 구간의 경사는 족히 25도 이상이었다. 일반 차량도 힘겹게 올랐다. 정상에 오르자 하늘과 제일 가까운 곳임을 알 수 있었다. 마차산(해발 588m), 중성산(150m), 남산(211m) 등 주변 산을 거느리고 있었다. 원형 돔 형태의 건물 안에 들어서자 첨단장비와 각종 서버가 가득 차 있었다. 장비들이 내뿜는 열기를 식히기 위해 에어컨이 풀가동되고 있었다.
국방신속획득기술연구원 관계자는 “도심에서는 네온사인 등 광공해가 많아 관측이 불가능하다”면서 “미국이 관측소를 해발 4200m 고도의 하와이 마우나케아에 설치한 이유”라고 말했다.

궤도 높이에 따른 위성 관측

이곳은 지구 주변을 돌고 있는 인공위성을 관측하는 곳이다. 인공위성은 궤도 높이에 따라 저궤도(고도 200~2000km), 중궤도(2000~3만6000km), 정지궤도(3만 6000km) 그리고 고궤도 인공위성으로 나뉜다. 지구관측위성과 첩보위성은 저궤도를, 위성항법시스템, GPS를 위한 항법위성은 중궤도를 돈다. 정지궤도는 주로 넓은 범위를 담당하는 통신위성과 기상위성이 있다. 지구 자전 속도와 똑같은 속도로 지구를 공전하기 때문에 한 곳에 정지해 있는 것처럼 보인다. 고궤도 인공위성은 우주관측에 활용된다.

위성을 볼 수 있는 망원경을 보여주겠다며 한화시스템 관계자는 2층으로 안내했다. 지름 9m 크기의 돔 아래에는 5m 높이의 대형 망원경이 있었다. 망원경 무게만 4t. 이 망원경은 12초에 지구 한 바퀴를 돈다. 위성이 초당 8km 속도로 비행을 하는데 이를 쫓기 위해서는 속도를 맞춰야 하기 때문이다. 망원경 전원을 켜자 ‘삑’소리와 함께 360도 돌며 작동이 시작됐다.
한화시스템 관계자는 “밤하늘에 반짝이며 움직이는 물체는 비행기, 별처럼 빛을 내며 빠른 속도로 움직이는 물체는 위성”이라며 “한반도 상공에는 하루 1000여개 이상의 위성이 도는데 이를 다 추적할 수 있다”고 말했다.

망원경 직경만 1.5m… 국내 최대 크기

망원경의 직경은 1.5m다. 국내기술로 개발한 망원경 중에 가장 큰 크기다. 망원경을 통해 레이저를 발사하고 돌아오는 신호로 추적을 한다. 망원경이 큰 만큼 더 작은 물체까지 볼 수 있다. 정지궤도 추적도 가능하다. 위성을 레이다와 영상으로 탐지할 수 있다. 레이다는 넓게 보기 때문에 오차율이 크다. 영상은 날씨가 흐릴 경우 탐지가 힘들다. 통상 각 나라에서 발사하는 위성은 비영리단체인 참여적과학자모임(UCS)에 등록한다. 문제는 군사위성이다. 비밀리에 지구를 돌고 있다. 우리 군은 고출력레이저위성추적체계를 2030년까지 구축해 한반도 상공을 떠도는 군사위성까지 모두 추적할 예정이다.

우주물체 레이저 관측지원시설의 망원경은 추적물체와 똑같은 속도로 움직인다. 만약, 정지궤도 위성을 추적하려면 지구 자전 속도로 망원경을 움직이면 된다. 정지궤도는 지구 자전 속도와 똑같기 때문이다. 초속 8km의 속도로 이동하는 위성을 추적할 때는 그 속도에 맞춰 망원경을 움직이면 된다. 각도로 환산하면, 초당 10도다. 이렇게 추적하다 보면 별처럼 고정된 물체는 하나의 점으로, 인공위성처럼 빠르게 움직이는 물체는 궤적에 따라 선분 형태로 나타난다. 적도 궤도가 아닌 극궤도를 도는 인공위성은 이 선분이 수직 방향으로 나타나게 된다. 여기에 한미정보를 종합해 우주 물체를 추적하면 위성인지 아닌지, 위성이 민간용인지, 군사용인지를 추정할 수 있다.

반사체 없는 인공위성 추적 위한 첨단기술 보유

1층에 위치한 레이저 발사실로 옮겼다. 마치 반도체 공장처럼 하얀색 가운과 색안경을 써야 했다. 레이저를 2층에 있는 망원경까지 전달하기 위해서는 일종의 거울을 통해야 한다. 이 거울은 레이저의 출력이 높을수록 첨단기술이 필요하다. 인공위성을 추적할 때는 인공위성에 반사체가 있기 때문에 출력을 낮춰도 추적할 수 있다. 반면, 우주물체를 추적할 때는 반사체가 없어 고출력을 발사한다. 우주물체를 추적할 땐 고출력을 발사한다. 이 과정에서 먼지가 날릴 경우 레이저 발사 각도가 틀어질 수 있다. 1도만 틀어져도 레이저는 우주공간에서 수십km의 오차가 발생한다. 치명적인 오류가 발생하는 셈이다. 레이저는 강한 빛을 내기 때문에 눈을 보호하기 위한 색안경은 필수다.

손의승 국방신속획득기술연구원 팀장은 "우주물체 레이저 관측지원시설을 이용해 올해까지 성능시험을 마치고 고출력레이저위성추적체계 개발에 필요한 핵심기술을 확보할 것"이라면서 "우리 군이 체계를 구축하면 군사위성뿐만 아니라 언제든지 추락할 수 있는 폐위성 등을 사전에 예측할 수 있게 된다"고 말했다.

양낙규 군사전문기자 if@asiae.co.kr
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