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세계 3번째 차세대 기상센서 보유국 된다최첨단 정지궤도 기상위성 천리안위성2호 올 연말 발사 예정
집중호우, 미세먼지 등 위험기상 실시간 위성영상 감시 가능

[국가기상위성센터=환경일보] 2010년 6월 천리안위성 1호를 발사하면서 세계 7번째 독자 기상위성 보유국이 된 우리나라가, 올해 말 천리안위성 2호를 발사하면서 일본, 미국에 이어 3번째 정지궤도 차세대 기상센서 보유국이 된다.

기상위성은 시공간적으로 정밀한 구름 영상자료를 실시간으로 제공할 수 있어 국지적으로 급격히 발달하는 소규모 기상현상에서부터 전 지구적으로 나타나는 광범위한 기상현상까지 모두 탐지할 수 있는 기상관측장비다.

과학기술의 발달에 따라 기상위성으로 관측한 자료의 정확도 및 신뢰도가 점차 높아지고 있으며 그 결과 기상위성에서 관측한 각종 자료는 기상예보 등 다양한 분야에서 매우 중요하게 활용되고 있다.

첫 번째 기상위성은 1960년 발사된 미국의 TIROS이며, 지구의 자전속도와 같은 속도로 지구궤도를 공전하는 정지궤도 기상위성과 지구의 극에서 극으로 궤도 운동을 하는 저궤도 기상위성으로 구분할 수 있다.

천리안위성2호의 열진공 시험 <사진제공=한국항공우주연구원>

정지궤도기상위성(Geostationary Meteorological Satellite)은 적도 상공 3만5800㎞에서 지구의 자전 각속도와 같은 각속도로 지구 주위를 공전하므로 지구에서 정지궤도기상위성을 보면 항상 정지한 상태로 보인다.

이에 비해 저궤도기상위성(Low Earth Orbit Meteorological Satellite)은 지구의 남극과 북극을 800~1200㎞ 고도로 지구 주위를 공전하며 지구를 관측한다. 지구를 1회 공전하는데 대략 100분이 소요되며 하루에 2회 같은 장소를 관측한다.

정지궤도에 비해 고도가 낮아 상세한 기상관측이 가능하지만 기상변화의 추적, 연속관측에 의한 구름의 움직임 등은 관측이 어렵다. 현재 운용되고 있는 저궤도기상위성은 미국의 NOAA, 시리즈와 중국의 FY 시리즈가 있다.

한국항공우주연구원 기상 운영센터 <사진=김경태 기자>

2010년 천리안1호 발사

우리나라는 2009년 국가기상위성센터를 신설하고 이듬해 6월 천리안위성을 발사해 2011년 4월부터 천리안위성 정규서비스가 시작됐다.

천리안위성은 지구궤도 상공 3만5800㎞ 동경 128.2도에 위치해 기상관측, 해양관측, 통신서비스 임무를 수행하는 우리나라 최초의 정지궤도 복합위성이다. 우리나라 상공은 중국, 일본 등이 앞다퉈 인공위성을 쏘아올렸기 때문에 위치 선정이 매우 치열한 곳이다.

2010년 6월 천리안위성 1호를 발사하면서 우리나라는 세계 7번째 독자 기상위성 보유국이 됐다. 천리안위성 1호는 15분마다 한반도 주변 위험기상을 감시하며 발사 5년 만에 99%에 달하는 운영 성공률을 기록했다.

올해 말 발사를 앞두고 마지막 점검 중인 천리안위성2A호. <사진제공=기상청>

천리안위성 1호는 ▷위험기상 감시 실시간 영상 및 각종 분석자료 서비스 ▷위성방송을 통한 위성정보 아태지역 서비스 ▷재난안전기관 및 민간기상사업자에 대한 실시간 위성정보 제공 ▷대국민 온라인 서비스 등을 제공하고 있다.

그러나 천리안위성 1호(2010.6 발사, 설계수명 7년)의 수명이 다하면서 기상·해양관측 서비스를 계속해서 제공하고 품질향상을 위한 후속위성 개발 필요성이 제기됐다.

한국항공우주연구원에 전시된 천리안위성1호 모형 <사진=김경태 기자>

특히 기상·해양·환경 상시관측이 가능한 정지궤도위성을 개발해 기상예보 정확도를 높이고, 기후변화 대응을 강화하기 위해 기상, 해양·환경관측용 천리안위성 2호 2기(2A호 기상, 2B호 환경·해양) 개발이 시작됐다.

차세대 고성능 기상탑재체 개발

2011년 7월 시작된 천리안위성 2호 개발은 2019년 9월 완료될 계획이며(2A호는 2018년 11월 말 또는 12월 초, 2B호는 2019년 발사 예정) 이를 위해 총 개발비 7199.9억원(과기정통부 3353.5억, 환경부 1238.5억, 해수부 1033억, 기상청 1562.2억)이 투입됐다.

천리안위성 2호가 발사되면 우리는 세계 7번째 정지궤도 기상 위성 보유국이면서, 동시에 일본, 미국에 이어 3번째 정지궤도 차세대 기상센서 보유국이 된다.

한국항공우주연구원이 총괄주관연구기관을 맡아 정지궤도위성개발 총괄, 주파수 확보, 발사체 선정, 국산화 총괄 및 HW 구매, 외국기관과의 기술협력 등을 담당하고 있다.

정지궤도복합위성 개발 추진체계 <자료제공=국가기상위성센터>

차세대 고성능 기상탑재체 개발을 통해 천리안위성 1호가 관측채널이 5개인데 비해 16개 채널로 늘었고, 전구관측 소요시간은 30분에서 5분으로 줄어 6배 향상됐다. 또한 적외채널이 4㎞에서 2㎞로 낮춰지면서 가시채널은 1㎞에서 0.5㎞로 2배 향상됐다.

기상탑재체 관축주기가 짧아져 집중호우, 급발성 폭풍 등의 위험기상 현상의 실시간 위성영상 감시가 가능해졌다.

또한 지상관측자료에 준하는 위성산출물 자료 확보를 통해 기상현상에 대한 실시간 감시해석 지원 개선 및 초단기예보능력이 강화될 것으로 기대된다.

아울러 대기운동벡터 산출시간 단축으로(30분→5분) 수치예보모델 입력자료의 확장이 가능해 수치모델 향상을 위해 활용할 수 있게 된다.

2003년 천리안위성1호 개발에 착수하면서 2009년 국가기상위성센터가 신설됐다.

기상탑재체 채널 3배 증가

가시채널과 더불어 1.3㎛, 2.2㎛, 8.7㎛ 등의 적외채널 확보로 에어로솔 등 대기환경변수와 관련된 산출정보가 확대됐다.

또한 6.2㎛와 7.3㎛의 확보를 통해 수증기 연직정보 및 대기안정도 정보 생산으로 위험기상 현상 예보에 효과적인 활용이 가능해졌다.

아울러 1.3㎛, 1.6㎛, 2.2㎛ 등 단파적외 채널의 확장으로 지표면 식생정보, 지구방출 복사량 등 정보의 추가 생산이 가능할 것으로 보인다.

탑재체 내에 가시채널 검보정 기능 보유로 영상의 정확도 및 산출물 정확도 개선이 기대되며 3.9㎛ 채널의 관측온도범위(350K→400K) 증가로 산불감시 기능이 강화되고, 산출물 종류 및 정확도 향상을 통해 기상위성을 활용한 재난·재해 실시간 감시에 활용 가능해 보다 강화된 방재기상정보를 제공하게 된다.

천리안위성 1호(왼쪽)에 비해 천리안위성 2A호는 3개의 가시채널을 이용하여 사람이 보는 것과 같은 고해상도 칼라 영상 제공한다. 몽골 북동지역에서의 산불에 의한 스모그가 몽골 남동쪽에서 북한지역으로 이동하는 모습과 발해만 부근에 오염물질의 이동이 명확하게 탐지된다. <자료제공=국가기상위성센터>

시공간적 고해상도 위성자료 확보를 통한 향상된 초단계 예보 효과도 기대된다. 고해상도 칼라영상을 이용한 위험기상 실황감시능력이 향상되고, 집중호우 등 위험기상을 유발하는 대류운의 조기탐지 및 추적이 가능해진다. 또한 주요 공항 및 공역에 대해 착빙, 난류 대류운 등 위험기상감시정보 지원이 기대된다.

수문, 지면, 환경기상 등 위성자료 활용 지원이 확대되면서 융합 활용 효과도 기대된다. 지금까지는 예보 및 기상분야 지원이 주요 활용 목표였지만, 천리안2A의 경우 수문, 환경 등 다양한 분야로의 활용이 확대돼 토양수분, 가뭄, 홍수, 산불, 황사 등에 대한 분석정보를 추가로 제공하게 된다.

태양전지판을 펼친 천리안위성2A호 <사진제공=한국항공우주연구원>

우주기상 독자적 관측

한편 천리안위성 2A호에 탑재된 우주기상탑재체(KSEM, Korea Space Weather Monitor)는 국내 최초의 정지궤도 우주기상 탑재체다.

KSEM은 3종의 센서(입자검출기, 자력계, 대전감시기)를 통해 우주 및 위성대전 상태를 관측하고 국내외 우주기상자료와의 통합을 통해 우주기상산출물(5종)을 생산하게 된다.

KSEM을 통한 우주기상 직접관측(in-situ measurement)을 통해 우주기상 자료의 외국 의존도를 줄이고 독자적 관측 역량 확보가 가능해진다.

우주기상산출물은 우주기상에 따른 피해 예방과 경감을 위한 우주기상 감시 및 예측에 활용되며, 우주기상현상에 대한 과학적 이해 증진을 위한 연구에 활용될 계획이다.

과학기술정보통신부 최원호 거대공공연구정책관은 “우주개발을 꾸준히 지원한 결과, 국내 독자 정지궤도 위성 개발에 성공했다”면서 “지속적인 우주개발을 통해 국민생활에 도움을 줄 수 있는 수준 높은 서비스 제공을 확대해 나가겠다”고 밝혔다.

김경태 기자  mindaddy@hkbs.co.kr

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