[정보] 인공위성의 종류와 특징에는 어떤것이 있을까? 인공위성 사용목적 종류 크기, 한국 위성 개발역사

인공위성은 1970년대 후반부터 전성기를 맞이했다. 2004년 1월까지 발사된 인공위성만 해도 5천624개이다. 이 중 수명이 다해 운영이 중단되거나 고장 난 위성, 폐기된 위성을 제외하고 현재 운용되고 있는 것은 1천129개 정도다. 이들 인공위성이 모두 같은 일을 하는 것은 아니다. 사용 목적에 따라 수행하고 있는 일이 다르다. 과학적 현상을 관측하고 연구하거나, 군사적 목적으로 사용되기도 하며, 지구의 기상 현상을 관측하고 예측함으로써 피해를 줄이는 데 사용되기도 한다. 또한 최근에는 GPS(위성항법장치) 위성을 이용한 항법, 측지 분야 등에도 사용되고 있다. 오늘은 인공위성의 종류와 각각의 역할 특징에 대해서 살펴볼게요.

한국 위성 개발 역사

1. 인공위성이란?

위성(Satellite)이란 큰 질량을 가진 물체 주변을 도는 작은 질량의 물체를 말한다. 인공위성(Artificial Satellite)은 사람이 특수한 목적을 달성하기 위해 지구 주변을 돌도록 만든 물체이다. 인공위성의 경우 지구궤도상에 있는 것뿐만 아니라, 다른 행성탐사를 위해서 지구로부터 멀리 날아가는 경우도 편의상 인공위성으로 간주한다. 물체 사이에는 만유인력이라는 서로 잡아 당기는 힘이 작용한다. 한편, 호를 그리는 운동을 하는 물체에는 호의 바깥쪽으로 나가려 하는 원심력이 작용한다. 지구가 위성을 잡아 당기는 중력과 위성이 밖으로 나가려고 하는 원심력이 서로 평형을 이루면 위성은 지구로 떨어지지도 않고, 떨어져 나가지도 않는 상태가 되어 일정한 궤도를 그리며 운행하게 된다.

2. 인공위성의 종류와 분류

무게와 크기에 따른 분류

인공위성 무게 크기 분류

고도 및 궤도에 따른 분류

• 저궤도(LEO, Low Earth Orbit): 고도 500km~1500km 
• 중궤도 : 고도 5000~15000km 
• 정지궤도(Geosynchronous Orbit): 고도 35786 km, 궤도 공전주기와 지구 자전주기가 일치하여 해당지역에서 볼 때 항상 고정된 위치에 있는 것으로 보인다. 정지궤도는 방송 통신 목적으로 많이 사용되며 국가의 자원으로 관리된다. 
• 몰니야(Molniya) 궤도: 원지점 약 4000km, 근지점 약 600km의 이심률이 대단히 큰 타원궤도로 궤도면이 적도면에 대해 약 63도의 경사를 이루고 있다. 정지궤도 위성으로는 커버할 수 없는 고위도 지역을 커버하기 위한 목적으로 사용된다.
•  태양동기궤도 : 궤도면의 회전방향과 주기가 지구의 궤도주기와 동일하여 위성 궤도면과 태양이 항상 동일한 각도를 유지 하게 된다. 따라서 주어진 위도에 대해 위성이 통과하는 지역의 지방시(Local Time)이 항상 동일하다. 또한 위성이 받는 태양 빛의 조건이 비슷하여 태양전지판이 일정한 태양 빛을 받으므로 전력생성이 안정적인 장점을 가진다.

사용목적에 따른 분류

과학위성(Scientific Satellite)

지구와 지구 주변의 환경을 관측하고 각종 우주과학 실험을 수행하는 인공위성을 말한다. 세계 최초의 과학위성인 스푸트니크 1호(Sputnik 구 소련)에는 지구의 대기 밀도를 측정하기 위한 장비가 탑재되어 있었다. 1990년에는 허블(Hubble) 우주망원경이 설치되어 우주탄생의 비밀을 파헤치는 데 큰 몫을 하고 있다. 90년대에는 무인자동화 기술과 컴퓨터의 발달로 과학 위성이 우주실험실로 이용되고 있다. 특히 미국, 일본, 유럽이 함께 건설을 추진하고 있는 국제우주정거장 ISS(International Space Station)는 거대한 구조물의 우주정거장이다. ISS는 과학 실험장 역할을 맡아 지구상에서는 수행할 수 없는 실험들을 수행하게 된다.

군사위성(Military Satellite)

첩보위성이라고도 불리며, 정찰, 통신, 경보, 항해 등 군사적 목적으로 사용되고 있는 인공위성을 말한다. 냉전체제 당시 미국과 소련이라는 두 강대국에 의해 많이 발사됐다. 적의 상공에서 사진 촬영을 하고, 상대의 미사일 발사를 탐지해 알리기도 하며, 군사용 통신에 사용되기도 하고, 군사용 GPS(위성항법장치)를 위해 사용되기도 한다. 또한 목적이 밝혀지지 않은 비밀 위성도 많이 있는 것으로 알려져 있다. 대부분의 인공위성들이 군사적 목적으로 개발됐다. 하지만 경쟁적인 군사위성의 발사는 인공위성을 비약적으로 발전시켰다고 볼 수 있다. 현재는 그 기술력을 바탕으로 통신위성, 과학위성, 관측위성 등 인간의 삶에 필요한 쪽으로 개발하고 있다.

원격탐사위성(Remote Sensing Satellite)

지구 관측위성으로도 불리며, 지구표면과 대기의 관찰, 사진촬영 등의 목적으로 사용된다. 지구의 표면, 대기 등을 관찰할 때는 주로 항공기를 이용하지만 빠른 시간에 넓은 범위를 관측하기 위해서는 인공위성이 효율적이다. 주로 지도를 정교하게 만드는 데 사용되어 왔다. 원격탐사위성으로 인해 전 세계가 하나로 연결된 세계전도가 등장했으며, 해저지형도도 작성할 수 있게 됐다. 현재는 감시자로서 각종 지구 환경에 관련된 많은 분야에 사용되고 있다.

항행위성(Navigation Satellites)

위치정보를 담은 전파를 발사해 선박, 비행기, 심지어는 개인까지 현재의 정확한 위치를 알려주는 위성으로, 항해위성이라고도 한다. 우리에게 잘 알려진 GPS(위성항법장치) 역시 항행위성을 이용한 장비이다. GPS는 처음엔 군사적 목적으로 개발됐지만 현재는 일반인은 물론, 항공기 관제, 지진 감시, 구조 등에 활용되고 있다.

통신위성(Telecommunication Satellite)

실생활과 아주 밀접한 관련이 있는 위성이다. 우주 전파중계소 역할을 하는 인공위성으로 TV 신호나 음성신호 등을 한 지점에서 다른 지점으로 보낸다. 지상에서 수신탑을 이용하면 빌딩과 산 등의 장애물에 의해 간섭을 받을 수 있다. 하지만 위성은 우주에서 전파를 쏘아주기 때문에 난시청지역을 줄일 수 있다. 또한 통신위성을 통해서 지구 반대편에서 하는 축구를 깨끗한 화면에 실시간으로 볼 수 있다.

기상위성(Meteorological Satellite)

기상관측을 주목적으로 설계해 발사된 인공위성을 말한다. 최근 기상위성을 이용한 기상 관측은 여러 국가에 커다란 영향을 미치고 있다. 태풍이 만들어지는 것과 이동 경로를 미리 알아내 피해를 줄이는 것과 같이 중요한 역할을 하기 때문이다. 기상위성은 주로 자체 카메라로 구름을 찍고 그 사진을 바탕으로 날씨를 예측할 수 있으며, 온도측정, 습도, 복사열 등을 측정하기도 한다. 

최근에는 세계 각국에서 마이크로(Micro) 위성(10~100kg)과 나노(Nano) 위성(1~10kg), 심지어는 1kg 이하의 피코(Pico) 위성의 개발에 박차를 가하고 있다. 이는 비용과 효용성 측면에서 종래의 대형 위성(1천kg 이상)들에 비해 절대적으로 우위에 있기 때문이다. 한 개의 대형 위성을 발사하려면 막대한 비용이 들어가고, 발사에 실패할 경우 입는 손해가 극심하다. 하지만 그 비용으로 목적에 맞는 여러 개의 작은 인공위성들을 쏘게 될 경우 비용이나 위험성을 고려할 때 큰 이득이 있다. 이렇게 작은 인공위성의 개발은 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)기술과 같은 나노기술의 발달로 가능하게 됐다.