지금 이 순간 우리나라 상공에는 약 30개의 인공위성이 떠 있는데, 대부분 소속 국적이나 용도 등을 알 수 없다고 합니다.
이 가운데 상당수가 정찰위성(스파이위성)으로 예상되는데, 정찰위성은 낮은 고도를 초속 수~수 십 ㎞의 빠른 속도로 지나가기 때문에 정확한 위치파악조차 어렵습니다.
적국의 정찰위성 감시와 우주 낙하물 추적 등 우주물체에 대한 감시체계의 중요성이 갈수록 높아지고 있습니다.
우주 물체 추적은 고주파 고에너지 레이저를 우주로 쏘아 인공위성에 맞고 돌아온 시간과 각도를 계산해 거리와 위치를 추적하는 방법이 사용됩니다.
그런데 지상에서 우주까지 레이저를 보내려면 상당한 고출력의 레이져를 이용해야 하는데, 이를 위해서는 레이저를 단계적으로 증폭시키는 방법이 이용됩니다.
이 고출력 레이저를 이용해 지상에서 적국 위성의 센서 등 주요 부분을 파괴할 수 있는 것도 이론적으로 가능합니다.
한국천문연구원은 이미 수년전부터 이와 관련해 '우주측지용 레이저 위성추적시스템(SLR)'을 개발, 상당한 결과를 진행했습니다.
아래 사진은 작년 초 한국천문연구원을 방문했다가 한창 실험 중인 SLR 연구 모습을 담은 사진입니다.
□ 한국천문연구원 임형철 박사팀은 레이저를 이용해 인공위성 등 우주물체의 위치를 정밀하게 잡아내는 ‘우주측지용 레이저 위성추적시스템(SLR)’을 최근 개발했습니다. 한국천문연구원에 설치된 SLR을 지상 테스트 하는 모습
SLR은 레이저를 단계적으로 증폭시켜 우주까지 도달할 수 있는 고에너지 레이저를 쏘아보내 인공위성의 정확한 위치를 추적하는 시스템입니다.
천문연구원은 지난 2008년 SLR 연구에 착수, 최근 이동형 SLR을 완성했고, 오는 2014년까지는 더욱 고출력의 고정형 SLR을 개발할 예정입니다.
이 기술의 핵심은 고에너지 레이저를 우주로 쏴 인공위성에 맞고 돌아온 시간과 각도를 계산해 거리와 위치를 정확히 측정하는 것으로, 레이저를 우주까지 보내기 위해서는 상당한 고출력이 필요합니다.
또 출력을 더욱 증강시킬 경우 인공위성에 탑재된 각종 센서를 파괴하거나, 아예 위성 자체를 무력화시키는 것도 이론적으로 가능합니다.
SLR은 1962년 미국에서 처음 개발된 이래 극소수의 우주강국들이 전세계에서 50여 개 시스템을 운영 중입니다.
이 기술은 인공위성은 물론 탄도미사일 추적 등 우주 무기체계 기술과 연관돼 선진국들이 기술이전을 꺼리고 있습니다.
특히 미국과 러시아, 중국 등은 위성 공격용 SLR을 이미 실전배치한 것으로 알려졌지만, 우주공간을 평화적으로 활용해야 한다는 UN 규정에 따라 이를 비공식적으로 운용하고 있습니다.
□ 최근 중국이 레이저를 항공기 조종사나 전차 포수에게 직접 지향해 실명시켜버리는 무기를 장착했다는 소문이 파다합니다.
지금까지 거리측정기 등으로 전차나 항공기에 장착된 레이저를 직접 살상용으로 사용하기 시작한 것입니다.
이번에 천문연구원이 개발한 SLR이 아직 인공위성을 향한 직접 테스트를 하지 못하고 있는 것도 이 때문입니다.
만약 상공에 비행기가 있을 경우 조종사에게 상해를 가할 수 있다는 우려에 따른 것입니다.
실제 이번에 개발한 이동형 SLR의 레이저 세기는 손바닥으로 가릴 경우 뼈까지 녹는다고 합니다.
천문연구원은 현재 이 부분을 관할하는 국토해양부의 허가를 기다리고 있는 상태인데, 이르면 다음 주 중 테스트를 할 예정이라고 합니다.
이번 이동형 SLR 테스트는 반사경이 부착된 인공위성에만 적용된다고 합니다.
그러나 2014년 개발될 고정형 SLR은 레이저 세기가 더욱 세져서 반사경이 없는 인공위성이나 우주 물체까지 탐지할 수 있습니다.
아주 미세한 각도 차이라도 수 만~수십 만 ㎞ 거리에 있는 위성을 정확히 맞추는 데는 치명적이기 때문입니다.
그래서 이 같은 추적장치를 추적마운트(Tracking Mount)라고 하는데, 우주 감시기기를 지지하면서 인공위성과 같은 우주물체나 별을 정확히 지향하고 추적하는 초정밀 기계시스템입니다.
□ 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실 손영수 박사팀이 한국천문연구원의 '우주측지용 레이저 위성추적시스템(SLR) 개발 사업'의 일환에 따라 제작된 레이저 송수신 광학망원경을 초당 10도의 빠른 속도로 움직이면서 300~25,000㎞ 상공의 인공위성을 1 각초(1/3600도) 이내의 정밀도로 추적할 수 있는 초정밀ㆍ고속 마운트 제어기술을 개발했습니다.
특히 이번에 개발된 기술은 기존의 기어방식이 아닌 비접촉 직접 구동(Direct Drive) 메카니즘 설계기술이 적용돼 인공위성을 정밀하게 지향하고 추적할 수 있습니다.
천체망원경으로 천구상의 별을 추적하기 위해서는 정밀 마운트가 필요합니다.
그런데 인공위성은 별보다 수백 배 빠르게 움직입니다.
그러나 이와 관련된 레이저 인공위성 추적시스템 기술은 인공위성이나 탄도 미사일의 레이저 요격과 같은 국방무기체계 기술과 연관돼 우주기술 선진국들이 기술이전을 꺼려왔습니다.
이번에 국내 순수 기술로 독자 개발한 기술은 우주기술 강국인 미국ㆍ일본 등이 보유하고 있는 레이저 위성추적시스템의 추적마운트 지향 정밀도 보다도 오히려 1~2 각초 앞선 세계 최고 수준입니다.
<레이저 위성추적 개요 및 시스템 구성>
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<개발된 추적마운트 및 GOCE 위성 궤적 추적성능>
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이번에 개발한 신기술은 우주물체 감시시스템을 비롯한 우주관측기기 분야나 국방 무기체계에 쓰이는 고속 추적마운트 시스템의 기반 기술로, 우주-국방관련 산업의 초정밀 기계시스템 기술 자립화에 기여할 전망입니다.
연구팀은 향후 광학계 1m급 레이저 위성추적시스템 개발할 예정입니다.
이번 연구결과는 우주 연구 분야의 권위 있는 저널인 '어드밴스드 스페이스 리서치'(Advanced Space Research) 온라인판에 게재됐고, 3건의 국내특허가 등록됐습니다.
용 어 설 명
추적마운트(Tracking Mount) :
천체망원경, 전자광학장치, 전파안테나 등 우주 감시 및 관측기기를 지지하면서 인공위성과 같은 우주물체나 별을 정확히 지향(指向)하고 추적하기 위한 초정밀 기계시스템
<이동형 SLR 추적마운트> 레이저 위성 추적시스템(SLR : Satellite Laser Ranging) : 지상에서 인공위성을 향해 발사한 레이저가 다시 되돌아오는 시간을 계산해 인공위성의 거리를 ㎜ 단위까지 계산하는 시스템으로서, 지각변동, 중력장 변화, 위성의 고도 보정 등에 활용할 수 있다.
이 시스템의 핵심기술은 광학망원경, 레이저 시스템, 광전자기술, 초정밀 추적마운트기술 및 운용제어기술 등이며 이번에 개발된 추적마운트 기술은 컨테이너에 설치되어 관측 장소를 옮길 수 있는 이동형 SLR에 적용된다.
<관련글> SLR 이란? http://blog.naver.com/kbruce77?Redirect=Log&logNo=130078303464
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