온라인 역사관만리 밖을 보는 해양의 파수꾼
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- 등록일 : 2020-04-06
만리 밖을 보는 해양의 파수꾼
- 차세대 정지궤도 해양탑제체(GOCI-II) 개발 -
사진 1. GOCI-Ⅱ 개발에 참여한 KIOST 해양위성센터 연구진
해양환경에 큰 피해를 줄 수 있는 오염물질의 이동을 명확하게 감시하고, 장기기후변화 연구에도 기여할 것으로 기대 받는 천리안위성 2B(GEO-KOMPSAT 2B)가 지난 2월 19일, 남미 기아나우주센터에서 성공적으로 발사됐다. 이 같은 기대의 이면에는 다양한 해양의 특성을 보다 세밀하게 관측하기 위한 해양탑재체(Geostationary Ocean Color Imager-Ⅱ, 이하 GOCI-Ⅱ)를 개발하기 위해 8년의 시간을 달려 온 KIOST의 노고가 숨어 있다. KIOST 해양위성센터를 방문하여 세계 최고 수준의 해양위성 개발·운용 역량을 갖추게 된 비결을 들어본다.
해양탑재체가 탑재된 정지궤도위성의
장기관측 임무를 계승·발전
고도 약 700km에 위치한 극궤도위성은 전지구의 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만 동일 지역을 하루에 한 번만 관측하기 때문에 매 시간 단위로 급변하는 해양환경의 변화 정보를 수집하는 데 어려움이 크다. 이에 반해 적도 상공 약 36,000km에 머무르는 정지궤도위성은 지구의 자전주기와 지구를 1회전하는 정지궤도위성의 공전주기가 같기 때문에 동일한 지역을 24시간 관측할 수 있다는 장점이 있다. 특히 한반도는 연안지역을 중심으로 해양의 일변화(diurnal variation)1) 현상이 다양하다. 한반도를 중심으로 중국과 일본을 아우르는 동북아 지역의 해양환경을 1시간 간격으로 모니터링하는 GOCI를 탑재한 천리안위성이 지난 2010년 6월 발사되었다. 세계 최초의 정지궤도 해양위성인 GOCI는 적조·녹조·갈조 등 부유조류를 비롯하여 해무, 해빙 등 다양한 해양환경의 관측 정보를 유관기관 및 연구자와 일반인들에게 배포, 이전까지는 관측이 어려웠던 연안해의 시간변화를 파악할 수 있는 기회를 제공했다. 하지만 임무수명이 7년이었던 천리안위성의 특성과 약 10년 정도가 소요되는 위성의 개발기간을 고려하면, 장기관측 임무를 계승·발전시킨 차세대 위성의 개발이 필수적이었다.
1) 하루 주기를 가지고 낮과 밤에 따른 변화가 뚜렷한 현상
사진 2. KIOST 해양위성센터 유주형 센터장
뜨거운 열정으로 보낸 8년의 기록
해양 관측 정보를 제공하는 필수 인프라 구축
해양수산부, 과학기술정보통신부(당시 미래창조과학부), 기상청, 환경부가 예비타당성 조사를 진행한 대형 과제인 만큼 사업을 기획하는 기간만 1년 이상 소요됐다. 그 과정에서 항공우주연구원 등을 비롯한 관계 기관들과 의견을 조율하는데 많은 어려움이 있었다고 한다. 이는 위성 개발이 트레이드-오프(trade-off)2) 적 측면이 있기 때문이다. KIOST는 성능 향상을 위해 구경과 크기가 큰 탑재체를 싣기 원했는데, 본체 개발 및 관제 팀 입장에서는 탑재 중량이 늘어나는 것이 큰 부담으로 작용한 것이다. 서로 다른 성과 측정의 기준 사이에서 KIOST의 요구를 관철하는 가장 좋은 방법은 상대방의 입장에서 생각하는 것이었다. KIOST 해양위성센터 한희정 책임기술원은 “기존의 기술을 그대로 반복한다면 GOCI-Ⅱ 개발의 의미가 희석된다.”며 “우리가 위성 개발의 전 분야를 아우르는 전문가는 아니지만, 타 기관의 연구자들이 내놓은 기술요소를 파악해서 서로가 Win-Win할 수 있는 방법을 찾아갔다.”고 전했다. GOCI의 개발 및 활용 노하우를 바탕으로 NASA를 비롯한 세계 유수의 기관들과 동등한 위치에서 협력해 온 KIOST 역량이 뒷받침 되었기에 가능한 일이었다. 이를 토대로 위성 시스템의 구체적인 사양을 도출한 KIOST는 주관기관인 한국항공우주연구원과 프랑스 에어버스사(社)로 공동설계팀을 파견해 GOCI-Ⅱ의 설계, 조립, 시험의 과정을 참여하고 프로젝트를 차근차근 실행했다. 세계 최고 수준의 탑재체를 개발하는 것이 쉬운 일은 아니었지만, 공동개발 과정에서 서로의 노하우를 주고받으며 GOCI-Ⅱ의 개발뿐 아니라, 우리나라의 우주기술의 자립 측면에서도 주도적인 역할을 수행했다.
2) 두 개의 정책목표 가운데 하나를 달성하려고 하면, 다른 목표의 달성이 늦어지거나 희생되는 관계
표 1. GOCI-Ⅱ 사업추진 경과
사진 3. 천리안위성 2B에 탑재한 GOCI-Ⅱ 테스트 모습(한국항공우주연구원 제공)
사진 4. KIOST 해양위성센터 한희정 책임기술원
4배 더 밝은 눈으로
한반도 관측 및 전구 관측 임무 수행
GOCI-Ⅱ는 1개 픽셀이 측정할 수 있는 공간 해상도를 4배 높였다. 기존에는 공간해상도 문제로 외해역의 대규모 해양 현상을 주로 분석하였다면, GOCI-II는 이와 더불어 연안역의 소규모 해양 현상을 더 자세하게 볼 수 있게 된다. 가시광선과 근적외선을 관측하는 밴드의 종류도 5개를 추가했다. 산출 정보 또한 13종에서 26종으로 늘리며 활용도를 높이는 데 중점을 뒀다. 관측횟수도 일일 8회에서 10회로 조정하여 해양의 미세한 변화를 보다 세세히 관측하고자 노력한 점도 눈에 띈다. GOCI과 비교했을 때 24배나 증가한 데이터를 효과적으로 분석하기 위한 인프라 구축도 필수였다. 이에 부산 본원에 해양위성센터 안테나 운영동을 건설하여 대용량의 자료를 전송받을 채비를 끝마쳤다. 또한 병렬처리 기술 및 분산 스토리지 등 최신 IT 기술을 접목하여 자료의 분석 속도도 향상시켰는데, 시뮬레이션 결과 1회분의 관측 자료를 분석하는데 2시간 가량 소요되던 시간을 15분 내외로 단축시킬 수 있었다.
그림 1. GOCI-Ⅱ를 탑재한 천리안위성 2B
그림 2. 해양위성센터 안테나 운영동 조감도
가장 주목할 만한 변화는 한반도 주변에 머물렀던 관측 영역의 확장이다. 동북아 지역의 지역관측과 더불어 호주와 동남아시아 지역 등을 포함한 전구(지구 전체 면적의 1/3)를 1일 1회 관측할 수 있게 된 것이다.
표 2. GOCI와 GOCI-Ⅱ의 주요 성능 비교
사진 5. 천리안위성 2A/2B 융·복합 활용 워크숍
사진 6. GOCI-Ⅱ 위성자료처리 소프트웨어 개발 회의
사진 7, 8. GOCI-Ⅱ 지상시스템 상세설계 검토 회의
사진 9. KIOST 해양위성센터 안재현 선임연구원
특히 기존에는 GOCI 영상을 보고 매일 영상 분석자가 주관적 기준을 가지고 부유조류, 해무, 미세먼지, 해빙 등을 탐지하였는데, 이런 위성영상의 분류(classification) 작업을 보다 객관적으로 자동화하는 탐지 알고리즘을 개발할 필요가 있었다. 해양 사고의 원인이 되는 해무의 경우, 국립해양조사원 등 타 기관의 지속적인 요구를 반영하여 GOCI 기반 해무탐지 알고리즘을 개발, 26종으로 확대한 GOCI-Ⅱ의 정규 산출물에 해무가 포함되어 있어, 기상청, 공군 기상대 등 해무 자료가 필요한 기관에 보다 빠르게 자료를 제공할 수 있게 되었다고.
사진 10. KIOST 해양위성센터 박명숙 책임연구원
전구 관측이 가능해지면서 GOCI-Ⅱ의 활용 방안 또한 더욱 확대되었다. 재해가 잦은 인도네시아와 호주 등의 재난을 감시하고, 태평양에서 조업 중인 원양어선을 대상으로 수산 활용 정보도 제공할 수 있다. KIOST의 GOCI 성공에 힘입어 미국과 유럽의 정지궤도 해양 위성들이 개발 중이거나 계획 중이다. 향후 이 세 개 지역의 위성들이 동시에 운영된다면, 전구를 실시간으로 관측하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있어 그 시너지가 기대된다. 이는 해양재난 방지를 위한 전 세계의 노력은 물론, 해양연구를 향한 수많은 연구자들의 발걸음에 든든한 지원군이 될 전망이다.
국립해양조사원과 운영 이원화
응용기술 개발을 목적으로 융·복합 R&D 집중
정지궤도 안착 후 궤도상에서 시험과정을 진행 중인 GOCI-Ⅱ는 향후 KIOST 해양위성센터와 국립해양조사원에 신설된 국가해양위성센터의 상호 협력 하에 운영될 계획이다. 국립해양조사원이 자료 배포 등을 통한 대국민서비스를 진행함에 따라, KIOST는 GOCI-Ⅱ의 활용도를 높이기 위한 R&D에 집중할 수 있게 됐다. 이에 GOCI의 관측 임무를 계승한다는 점에서 기존 자료와 향후 10년의 자료를 종합한 장기 관측 데이터를 축적하는 것은 물론, 정보를 활용하는 사용자의 특성을 고려한 응용기술 개발을 목적으로 천리안위성 2A에 탑재된 AMI(기상탑재체), 천리안위성 2B에 탑재된 GEMS와 연계한 융·복합 연구도 계획 중에 있다. 수온센서가 설치되지 않은 GOCI-Ⅱ의 취약점을 극복함과 동시에 GOCI-Ⅱ로는 관측이 가능한 에어로졸 정보 등을 제공하며 상보적 연구를 진행한다는 방침이다.
사진 11. KIOST 해양위성센터 최우창 기술원
사진 12. KIOST 해양위성센터 허재무 기술원
국립해양조사원과 운영 이원화
응용기술 개발을 목적으로 융·복합 R&D 집중
정지궤도 안착 후 궤도상에서 시험과정을 진행 중인 GOCI-Ⅱ는 향후 KIOST 해양위성센터와 국립해양조사원에 신설된 국가해양위성센터의 상호 협력 하에 운영될 계획이다. 국립해양조사원이 자료 배포 등을 통한 대국민서비스를 진행함에 따라, KIOST는 GOCI-Ⅱ의 활용도를 높이기 위한 R&D에 집중할 수 있게 됐다. 이에 GOCI의 관측 임무를 계승한다는 점에서 기존 자료와 향후 10년의 자료를 종합한 장기 관측 데이터를 축적하는 것은 물론, 정보를 활용하는 사용자의 특성을 고려한 응용기술 개발을 목적으로 천리안위성 2A에 탑재된 AMI(기상탑재체), 천리안위성 2B에 탑재된 GEMS와 연계한 융·복합 연구도 계획 중에 있다. 수온센서가 설치되지 않은 GOCI-Ⅱ의 취약점을 극복함과 동시에 GOCI-Ⅱ로는 관측이 가능한 에어로졸 정보 등을 제공하며 상보적 연구를 진행한다는 방침이다.
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- 최종수정일 :
- 2024-01-31