위성서 땅위 사람 움직임까지 잡아낸다

한국항공우주연구원 연구원들이 아리랑 3호에 탑재될 광학계 카메라 '에이스(AEISS)' 의 신호 특성을 측정하고 있다.

진동과 먼지를 완벽히 제거한 특수 시험시설에서 성능시험 중인 에이스(AEISS)의 대구경 주반사경.

우리나라는 다목적 실용위성 아리랑 1ㆍ2호와 통신해양기상위성 천리안의 성공적인 발사ㆍ운용을 통해 축적한 기술력을 바탕으로 인공위성 강국으로 도약했다. 특히 위성 본체의 설계ㆍ제작 기술은 미국ㆍ러시아ㆍ유럽 등 우주 강국에 뒤처지지 않는 완성도를 보유하고 있다는 평가다. 하지만 고성능 카메라처럼 지구의 영상을 촬영해 인공위성의 임무를 완수하도록 해주는 탑재체는 아직도 해외 선진 기술에 대한 의존도가 매우 높은 편이다. 이런 가운데 최근 한국항공우주연구원이 광학 탑재체의 국산화에 성공해 기술 자립화와 함께 다방면에 걸친 위성 영상 활용이 본격화될 것으로 전망된다. 일반적으로 지구관측용 위성에는 광학계 카메라나 영상레이더가, 과학용 위성의 경우 적외선 또는 자외선 카메라나 분광기, 이온 측정기, 자기장 측정기 등이 탑재체로 채용된다. 이 중 광학계 카메라는 전세계적으로 미국·프랑스·이스라엘 등 5개 국가만 관련 기술을 보유하고 있으며 그만큼 핵심 기술 이전이 엄격하게 제한된다. 실제로 지난 2006년 발사한 해상도 1m급(1㎡ 면적을 하나의 픽셀로 표시) 지구관측위성 아리랑 2호의 광학 탑재체는 이스라엘 ELOP와의 협력의 산물이며 지난해 6월 발사된 국내 최초 정지궤도위성 천리안은 프랑스 아스트리움, 미국 ITT와 협력을 거쳐 나왔다. 마찬가지로 내년 발사를 앞두고 있는 국내 최초의 영상 레이더 탑재 위성인 아리랑 5호에 실릴 합성개구레이더(SAR) 역시 이탈리아 탈레스아레니아와 공동으로 제작했다. 이 같은 상황에서 최근 한국항공우주연구원 위성탑재체실이 내년 5월 발사 예정인 아리랑 3호에 탑재될 고성능 광학계 카메라의 독자 개발에 성공하는 쾌거를 올렸다. 연구팀은 '에이스(AEISS)' 로 명명된 이 카메라의 설계부터 최종 조립, 테스트에 이르기까지 부품 제작을 제외한 모든 과정을 독자 기술로 수행해냈다. 특히 다양한 특수 장비를 활용해 각 단계마다 정밀 측정과 시험을 실시함으로써 에이스는 아리랑 1·2호의 광학 탑재체보다 뛰어난 70㎝급의 해상도를 확보했다. 이는 지상의 차종과 사람의 움직임을 식별할 수 있는 수준이다. 그만큼 아리랑 3호의 관측 능력도 한층 향상된다. 이승훈 위성탑재체실장은 "항우연은 그동안 아리랑 2호의 광학 카메라 공동개발을 통해 해상도 1m급 카메라 개발에 필요한 기술과 노하우를 축적해왔다" 며 "전세계 5개국만 갖고 있는 고해상도 광학 탑재체 기술을 우리나라는 20년이라는 짧은 기간에 보유했다는 사실에 큰 의미가 있다" 고 설명했다. 이러한 에이스는 광학카메라로 영상을 촬영하는 전자광학부와 촬영된 영상을 저장, 압축해 지구로 전송하는 자료전송부로 구성된다. 그리고 시스템의 핵심이라 할 수 있는 전자광학부에는 고도 685㎞ 상공에서 서브미터급 영상을 제공하는 초정밀 광학 기술을 비롯해 고안정 신소재 광구조 기술 등 첨단기술이 총망라돼 있다. 따라서 극한의 우주환경에서도 아무런 문제없이 임무를 수행할 수 있다. 연구팀은 이를 위해 지름 80㎝가 넘는 대형 반사경을 사람 머리카락 굵기의 1만6,000분의1 정도의 오차로 가공하고 그 중 75%의 질량을 제거해 경량화한 특수소재 비구면 반사경을 제작했다. 또한 강철보다 강하면서도 가벼우며 우주의 열과 습도 등으로부터 극히 안정적인 고안정 광구조부, 1만개의 화소로 이뤄진 고속 광전자부 등을 개발해냈다. 전자광학부가 생성한 영상 자료를 지상으로 전송하는 자료전송부의 경우 수 기가비트(Gb)의 고속 대용량 영상자료를 최소 손실로 압축해 반도체 저장장치에 저장하거나 실시간 고속 처리하는 영상자료 처리장치, 상용 지구관측위성의 주특징인 고기동에 적합하도록 최적화된 X밴드 다운 링크 모듈로 구성돼 있다. 용상순 탑재체전자팀장은 "광학 탑재체는 광학·기계·전자·전송기술이 복합된 기술로 고도의 신뢰도와 정밀도를 요구한다" 며 "고에너지 방사선이 가득한 우주공간에서 몇 년 동안 고장 없이 운용돼야 하므로 일반 디지털 카메라 기술과 난이도 면에서 비교할 수 없다" 고 강조했다. 용 팀장은 이어 "이런 고정밀 최첨단 부품이 전문가의 정교한 손길로 조립되고 다각적 시험을 거쳐 검증되면서 수백㎞ 떨어진 우주에서 1m도 되지 않는 지상의 물체를 구별하는 고성능 위성 카메라로 태어나는 것" 이라고 전했다. 현재 제작이 완료된 에이스는 비행 모델의 통합시험을 통해 임무수행에 필요한 기능적 성능과 운영 시나리오를 포함한 모든 인터페이스 검증을 성공적으로 마치고 아리랑 3호 탑재를 기다리고 있다.