< 공중무기 > 정찰위성

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(김성배 연구위원, 한국국방연구원 무기체계연구센터)

정찰위성은 우주 상공에서 지구를 관측하게 됨으로써 비교적 광범위한 지역을 효과적으로 정찰할 수 있는 체계이다. 위성을 이용하여 지구를 관측하게 되면 항공기나 타 장비에 비하여 정치/외교적으로 접근이 불가능한 지역이나 지형의 영향으로 관측이 불가능한 지역까지도 효과적으로 정찰할 수 있다.

위성은 군사적으로 적국에 대한 정보를 은밀하게 획득할 수 있는 특성들 때문에 초기부터 군사적인 목적으로 많이 이용되어 왔다. 그러나 냉전이 종식된 이후 현재는 군사적인 목적뿐만 아니라 일기예보, 홍수 예방 및 지진 피해 예측 등과 같이 자연 재해 예방 및 환경 감시, 농작물 재배 현황 파악, 지도 제작 등 민수분야 활용이 늘어가는 추세이다. 하지만 위성은 고유한 특성상 여전히 국가의 안보적인 측면에서 중요한 정보수집 자산으로 인식되고 있다.

우리 나라는 국가적 차원에서 다목적 실용 위성을 개발하고 있다. 그러나, 향후 위성 발전 계획을 국가 안보적인 활용과 접목시킬 필요가 있다고 본다. 그래야만 위성영상정보의 활용을 높이는 동시에 명실공히 국가의 자산이라고 할 수 있겠다. 따라서, 소고에서는 군사용 정찰위성과 관련된 이해를 돕기 위해먼저 정찰위성의 특성과 구성, 군사용 정찰위성의 종류와 기능에 대하여 간단하게 소개하도록 한다.

ㅁ 정찰 위성이란 무엇인가?

정찰위성이란 위성영상기술을 이용하여 지표면을 관측하고, 이를 데이터 링크를 통하여 지상 수신소에서 수신받아 디지털 신호로 처리함으로써 정보를 획득하는 체계를 말한다. 정찰위성은 여러 분야의 기술이 복합적으로 활용되어 만들어진 하나의 거대한 시스템이다.

시스템으로서의 위성을 개략적으로 구분하여 보면, 버스라고 불리는 위성 본체와 실제 임무를 수행하도록 하는 탑재체, 그리고 탑재 장비에서 획득한 자료와 데이터를 지상에서 송수신하도록 하는 지상국 시스템으로 구성된다.

위성을 발사하고 운용할 수 있는 체계를 ‘위성체계’의 범주로 본다면, 크게 위성체, 탑재체, 지상체의 3 부문이 주요 구성 요소가 되지만 그밖에 위성제작 및 시험에 필수적인 지상보조장비(GSE: Ground Support Equipment), 발사장 선정 및 계약활동, 수신된 신호의 처리 및 사용자 전파, 임무분석 및 체계 설계/조립/시험 활동 등도 더 넓은 의미에서 ‘위성체계’에 포함될 수 있다.

위성체의 구성은 크게 탑재체(Payload)와 플랫폼(Platform; Bus)으로 구분되며, 탑재체는 위성이 임무를 수행하는데 필요한 장비, 예컨대 광학영상(Electro Optics) 카메라, 영상 레이다(SAR: Synthetic Aperture Radar) 안테나, 신호중계기 등으로 구성되며, 플랫폼은 탑재체에 필요한 전원, 제어 등의 기능을 제공하고, 위성운행에 필요한 궤도 및 자세 유지 등의 기능을 담당하게 된다. 플랫폼은 다시 자세제어부, 통신부, 명령/처리부, 전력부, 열제어부, 구조/기구부, 추진제어부로 구성된다.

ㅁ 정찰 위성의 특성

정찰 위성은 초고고도(약 400∼800km)에서 초고속(6∼7km/s)으로 장시간(수개월∼수년)궤도를 비행할 수 있으며, 국제법상 영공의 범위를 벗어나는 고도에서 운행되고 있는 특성상 지구상 어느 지역이든 아무 제재 없이 정보수집을 할 수 있는 장점이 있다. 통상적으로 항공기의 20배 정도의 고속으로 비행할 수 있으므로 정보 수집량이 많고 지구전체를 수 십일이면 거의 다 섭렵할 수 있으므로 항공기 정찰에 비해 광역감시에 유리하고 지형차폐 극복이 매우 쉬운 특성이 있다.

위성은 한번 발사되면 폐기될 때까지 위성의 본체나 탑재체는 정비 소요가 발생하지 않으며 대신 성능개량도 불가능하다. 최근에는 우주왕복선을 이용해 위성을 회수하거나 수리하기도 하지만 경제성이 제한되어 아직까지는 일반 위성에는 적용되지 않고 있다. 위성은 고장을 대비하여 예비장비(redundant module)를 갖고 있어 유사시 전기적으로 기능을 절체하여 고장복구를 자동적으로 하도록 설계하거나 성능저하에 대비해 주요 성능변수가 여유치(margin)를 갖도록 설계하고 있다.

위성은 비행하는 궤도 은닉이 쉽지 않아 전자전 공격이나 감청 등에 노출될 수 있다. 위성의 궤도는 특별한 임무를 수행하기 위하여 인위적으로 궤도를 수정하지 않는한 궤도의 변화가 없으며, 수정해서 변화를 준다고 해도 통상 10km 이내에서 변화된다. 따라서, 궤도 반복주기가 일정하여 어렵지 않게 궤도를 알아낼 수 있어 상대방의 위성에 대한 궤도를 알게되면 그 위성의 제원 파악이 가능해지고, 이에 따라 전자전 공격이나, 감청, 또는 경계경보 발령이 이루어질 수 있게 된다.

다만 현재 작전 배치된 위성 요격무기는 없는 것으로 알려져 있기 때문에 물리적공격(hard kill)은 우려할 필요가 없는 것으로 알려져 있다. 위성 설계시 가장 큰 제한 요소는 질량, 전력 및 부피이다. 질량은 발사비용을 결정짓는 중요 요소이며, 전력은 질량을 결정하는 가장 큰 요소이고, 부피는 발사체 선정의 제한 요소가 된다. 위성의 수명을 결정하는 주요 요소는 배터리의 특성, 연료량, 부품의 신뢰도 등이며, 특히 배터리 충방전 특성(횟수 및 깊이)은 대부분의 경우 위성수명을 결정하는 직접적인 요소로 작용한다.

연료량은 궤도보정, 태양흑점 활동 등에 따라 크게 달라지며, 위성 외기(outer space)에 노출되어 있는 태양전지판 같은 부품은 우주선 입자에 의해 성능이 저하되는데 최근 위성 설계기술의 발달로 15년 이상의 수명을 갖는 위성도 개발되고 있다. 위성에서 활용하는 기술은 첨단기술보다는 주로 안전한 기술을 채택한다. 이러한 이유는 위성은 한번 고장나면 수리를 할 수 없는 위성의 특성상 이미 기술적으로 신뢰성이 입증된 안전한 기술을 주로 사용하게 된다. 최근 NASA를 중심으로 첨단기술을 위성에 적용하여 파격적으로 가격을 낮추고 성능을 향상시키려는 시도가 있으나, 아직까지는 대부분의 실용위성 제작에 10년 이상의 안정화된 기술이 주로 사용되고 있다.

ㅁ 군사용 정찰위성의 사용 목적별 운영 현황

군사용 정찰위성은 운영하는 목적별로 영상정보위성, 신호정보위성, 해양정찰위성, 조기경보위성, 핵폭발탐지위성 등으로 구분할 수 있다.

1) 영상정보위성은 가시광선 및 적외선에 의한 군사 및 안전보장문제에 관련된 정보를 수집하며, 미국의Lacrosse, 러시아의 Cosmos 계열, 프랑스의 Spot 및 Helios 위성 등이 있다.

2) 신호정보위성은 적의 레이더, 통신 등의 전파를 탐지하여 미사일 및 레이더의 위치와 전파의 질(주파수, 펄스, 반복주파수, 출력 등)에 관한 정보를 획득하며, Rhyolite(미사일 원격측정), Vortex(음성통신정보 수집) 위성 등이 대표적인 위성이다.

3) 해양정찰위성은 자국의 해양 상공을 비행 중인 항공기 및 순항미사일이 자국 내로 침공하지 못하도록 감시하는 위성이며, 레이더를 감시하는 러시아의 Rorsat, ELINT(Electronics Intelligence)를 감시하는 Eorsat 위성 등이 있다.

4) 조기경보위성은 미사일 발사시 분사열을 탐지하여 미사일의 비행궤적을 관측하고, 미사일 요격시스템에 필요한 정보를 제공하며, 걸프전에서 Patriot 미사일의 활약을 도운 미국의 DSP 위성이 대표적인 위성이다.

5) 핵폭발 탐지위성은 지상, 대기 및 우주공간에서의 핵폭발 탐지 를 목적으로 운용되며, 미국의 Vera 위성을 들 수 있다.

ㅁ 결 론

지금까지 세계 군사용 정찰위성의 특징과 운영 현황에 대하여 살펴보았다. 여기에서 우리는 세계 군사용 정찰위성의 사례들이 사사하는 점들을 아래와 같이 정리할수 있다.

첫째, 군사용 영상위성의 경우 미국과 러시아에서만 개발, 운영하던 것이 최근에는 프랑스, 독일, 스페인 등 유럽의 국가들이 적극적으로 개발에 나서고 있다. 상업용 영상위성의 대부분도 초기에는 미국 및 러시아 회사들에 의해 개발, 운영되었으나 최근에는 유럽, 일본, 캐나다, 인도 등이 참여하여 경쟁 및 협력관계를 맺어가고 있다.

둘째, 상업용 위성이 군사 위성 수준으로 성능이 향상되고 있다. 군사용 및 상업용 위성시장이 확대되고 있음에 따라 시장에 진입하려는 미국 이외의 국가들이 노력을 기울이고 있고, 대외적으로 기술을 통제하던 미국도 시장을 선점하려는 의도로 대외 통제를 완화하였기 때문으로 분석된다.예를 들면 영상위성 분야에서 SAR 위성의 경우 군사용의 해상도가 1m 이하로 추정되는데, 현재 유럽에서 상용으로 개발을 추진하고 있는 TeraSAR 위성은 상업용임에도 불구하고 1m 해상도를 목표로 하고 있다.

셋째, 국제공동개발 방식의 개발이 활발히 추진되고 있다. 대부분의 상용위성 및 일부 군사위성은 다수국이 재정적으로 또는 기술적으로 참여하여 공동개발하고 있다. 이는 막대한 비용이 드는 위성사업에 공동으로 투자함으로써 경제성을 높이고, 기술적으로 경험이 있고 우월한 국가들의 참여를 통해 성공확률을 높일 수 있기 때문이다. 현재 공동개발을 활발히 추진하고 있는 나라들은 프랑스, 독일, 영국 등 유럽의 국가들과 캐나다, 인도 등을 들 수 있다.

넷째, 대형위성보다 소형위성 개발을 적극적으로 추진하고 있다. 과거에는 한 개의 위성에 다양한 센서를 장착하여 개발하였으나, 이는 개발비용 및 발사비용이 많이 들어가고 수명이 짧아지는 단점이 있어, 최근에는 목적에 맞게 기능을 단순화하고 가능한 한 소형화하여 개발하여 여러개의 위성을 발사하고 있다.

 

[ 미국의 정찰위성 KH-12 ]

[쌍현인디]

10만KM면....정지위성의 3배정도고... 달까지의 거리의 1/4 정도인데... 저까지 위성이 올라감? 글고 저렇게 높이 있으면 다른위성한테 가릴것 같은데... 지구주위에 도는 위성수가 얼만데..

[AH-64D롱보우 아파치]

지금까지쏘아올린 인공위성은 대략6000대에이르나 가운데 페기되거나 대기권에 진입하여불타없어진것을 빼면 대략2000대임니다