처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기

“독자들은 사진과 놀라운 이야기에 빠져 알아차릴 새도 없이
마지막 장을 맞이할 것이다.”
-이훈열(대한원격탐사학회장, 강원대학교 지구물리학과 교수)

“지구인이라면 누구나 읽어야 할 책이다.”
-이지유(과학저술가)

“인공위성이 보내온 지구 곳곳의 사진들을 보는 것만으로도 만족스러운데,
저자의 꼼꼼한 분석과 과학적 설명이 사진에 깊이를 더한다.”
-이은희(하리하라, 과학저술가)

“이 책을 읽고 나면 세계 곳곳을 살펴볼 수 있는 원격탐사의 매력에 푹 빠져
어느덧 인공위성 데이터에 접속하고 있는 자신을 발견할 것이다.”
-장경애(동아사이언스 대표이사)

“우주 분야에서 새로운 기회를 탐색하는 나로호 키즈들이 꼭 읽어보기를 강추한다.”
-박재필(나라 스페이스 대표)

“제4차 산업혁명 시대에 인공위성 데이터가 어떻게 미래성장동력으로 활약할 것인지, 그리고 지구환경 보호와 지속가능한 발전에 어떻게 기여할 수 있을지를 담았다.”
-임효숙(한국항공우주연구원 국가위성정보활용지원센터장)

“전공자나 비전공자 모두에게 꼭 필요한 입문서.
‘인공위성을 타고 세계여행하는 기분’을 느끼게 해준다.”
-김문규(㈜에스아이아이에스 대표)

“인공위성 원격탐사 전문가가 보여주고 들려주는 이야기를 접하노라면
심 봉사가 눈뜬 듯한 놀라움을 체험할 수 있을 것이다.”
-송인옥(카이스트 부설 한국과학영재학교 교사)


지구궤도를 돌고 있는 수많은 인공위성은 무슨 일을 할까?
우리나라와 세계 각국의 인공위성들이 촬영한 아찔하게 아름답고 생생한 지구!
민간 인공위성 원격탐사 기업들이 열어가는 ‘뉴 스페이스’의 현장을 탐색한다
우리나라에도 성능이 탁월한 인공위성들이 있다고?
미래를 꿈꾸는 한국인을 위한 ‘인공위성 원격탐사’ 안내서!


지구를 도는 인공위성들, 무엇을 하러 올라갔을까
우리나라 바다에서 불법 조업을 하는 중국 어선들은 오래전부터 국내외 안팎으로 큰 문제였다. 우리나라 해양경찰이 드넓은 바다를 구석구석 다니며 일일이 단속하기도 힘든데, 현장에서 이들을 적발해도 도주해버리면 확실한 증거를 확보하기 어렵다. 더욱이 단속 과정에서 몸싸움이 일어나면 더 큰 문제로 번질 수도 있다. 실제로 중국 어선을 단속하던 해양경찰이 이들에게 살해되는 사건도 있었다. 이런 문제를 해결할 좋은 방법은 없을까?
바로 인공위성으로 원격탐사를 하는 것이다. 원격탐사를 하면 한밤중에도 넓은 바다를 한눈에 확인할 수 있어 불법 조업과 불법 양식 등을 감시할 수 있다. 뿐만 아니라 해수의 온도나 조류의 변화 등 어업 활동에 꼭 필요한 정보를 제공해준다. 실제로 우리나라의 다목적실용위성(일명 아리랑 위성)은 지금 이 순간에도 한반도와 인근 지역을 샅샅이 촬영해 많은 정보를 보내오고 있다. 이것은 인공위성의 수많은 활용 사례 중 하나일 뿐이다.
가끔씩 뉴스에는 우주선이 인공위성을 싣고 발사되는 모습이 등장한다. 지금도 우리 머리 위 우주에는 세계 여러 나라가 발사한 인공위성들이 궤도를 돌고 있다. 2020년 7월 기준으로 지구궤도를 돌고 있는 인공위성은 2,787대나 된다. 그중 통신위성을 제외하면 지구관측 인공위성이 가장 많다. 그런데 우리는 이들이 무슨 일을 하는지 잘 모른다. 이 위성들은 무엇을 하러 우주로 올라갔을까?
인공위성은 우주에서 지구를 내려다보는 눈이다. 지구 상공 수백 킬로미터 높은 곳에 있는 인공위성은 총알보다 20배나 빠른 초속 7.8킬로미터의 속도로 지구 둘레를 돌며 지구 사진을 찍어 전송한다. 워낙 넓은 지역을 고해상도로 촬영하다보니 영상 하나에 포함된 정보가 엄청나다. 이렇게 인공위성이 보낸 사진들을 분석해서 정보를 얻어내는 과정이 바로 원격탐사다.
《처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기》는 인공위성이 찍은 위성영상들을 다채롭게 보여주면서 이 사진에 무엇이 담겨 있는지, 무엇을 꺼내볼 수 있는지, 어떻게 꺼내볼 수 있는지에 관해, 다시 말해 ‘인공위성 원격탐사’의 기본 원리와 쓰임새에 관해 세계의 사회, 농업, 산업, 기후변화 등을 예로 들어 친절하게 설명한다.

인공위성 원격탐사란 무엇인가?―위성영상으로 보는 지구 삶의 현장
인공위성 원격탐사는 태양복사에너지가 지표에 닿아 투과되거나 흡수된 후 반사되어 다시 우주로 되돌아가 인공위성에 탑재된 카메라 센서에 닿을 때 기록된 값을 다룬다. 인간의 눈은 적색, 녹색, 청색을 기본으로 하는 가시광선 파장의 빛만 인식할 수 있지만 인공위성 카메라에는 가시광선은 물론 인간이 볼 수 없는 적외선 같은 파장대를 감지하는 센서도 다양하게 달려 있어 인간의 눈과는 다른 것을 볼 수 있다.
인공위성 사진은 일반 카메라와는 다르게 촬영된다. 일반 카메라는 셔터를 누르면 한 장의 컬러 사진으로 완성되지만, 인공위성 카메라는 적외선, 가시광선, 자외선 같은 전자기 스펙트럼을 구분하고 각 파장대의 빛에 반응한 센서가 지구 표면의 반사 특성을 따로 따로 기록한다. 그리고 각 센서로부터 얻은 영상들을 필요에 따라 다양하게 합성하여 정보를 얻는다. 이처럼 인공위성 원격탐사는 사람의 눈으로는 구분할 수 없는 전자기 파장대의 반사 특성을 활용하므로 지표의 상태나 변화를 더 상세하게 파악할 수 있다.
지구관측 인공위성이 궤도를 돌며 촬영한 데이터를 통해 우리는 땅에 심은 작물이 잘 자라고 있는지, 바다에 이상이 생겨 양식장이 피해를 입지는 않는지, 중국 어선들이 밤에 불법으로 조업하지는 않는지를 알 수 있다. 또 시야를 세계로 넓히면 세계 경기의 흐름이 어떻게 변하는지, 대기 환경이 어떻게 변화하는지, 주목하는 지역에 광물이 얼마나 묻혀 있는지, 남극의 빙하가 얼마나 녹아 없어졌는지, 아마존의 열대림은 얼마나 파괴되었는지, 재난재해가 어떤 피해를 입혔는지, 범죄 집단이 어떤 범죄를 저지르는지, 미개발되었던 어느 지역이 특히 성장하고 있는지, 코로나19가 각국에 얼마나 많은 영향을 미쳤는지 등을 그곳에 가지 않고도 파악할 수 있다.
그리고 이 자료를 바탕으로 필요한 조치도 취할 수 있다. 즉, 작물에 이상이 생기면 적절히 대응하고, 바다에 녹조가 생겨 양식장이 피해를 입으면 그 규모를 정확히 파악하여 합리적으로 보험금을 지급하고, 전 세계 석유 저장고의 원유 저장량이 변화하는 추세를 파악하여 유가가 변동하는 조짐을 예측할 수도 있다. 또한 전 세계의 주요 물류창고에 차량이 오고 가는 현황과 패턴을 분석해서 해당 기업의 재무 상태를 추측하고, 새로이 조성된 도시의 교통 흐름이나 사람들의 이동 패턴을 파악하여 마케팅에 활용할 수도 있다.
특히, 갈수록 불확실성이 높아지는 기후변화와 재난재해에 대응하기 위해서도 실시간 지구관측과 공간정보가 매우 중요하다. 예컨대 지구 대기는 계속 순환하므로 변화나 오염을 정확하게 파악하려면 실시간으로 관측할 필요가 있다. 유럽은 정지궤도 위성들을 동원한 실시간 대기 질 감시 체계를 구상하고 있다. 우리나라에서는 천리안 2B호가 아시아 지역의 대기 질 상태를 상시 관측하고 있다. 천리안 2B호는 아시아 어느 지역에서 미세먼지가 생성되고 발달하며, 어떤 경로로 이동하여 우리나라에 영향을 미치는지, 또 국내 어느 지역에서 고농도 미세먼지가 발생하는지 등의 상세한 대기 정보를 제공할 수 있다. 이밖에도 세계 여러 나라는 인터내셔널 차터라는 국제협력 프로그램을 운영함으로써, 어느 나라에서든 대형 재난이 발생하면 인공위성으로 피해 지역을 신속하게 촬영하여 긴급 상황에 대처할 수 있도록 돕고 있다.
이처럼 알든 모르든 우리는 이미 인공위성으로 얻은 빅데이터를 첨단 과학기술과 결합하여 경제의 흐름을 분석하고 육상과 해양, 대기 환경을 모니터링하고 재난재해에 대비하는 시대를 살고 있다. 《처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기》는 수많은 인공위성이 보낸 영상 자료들과 함께 이러한 주요 사례들을 소개하고 있다.

뉴 스페이스 시대를 열어가는 민간 기업들의 활약상-무료 영상의 힘!
‘우주개발’ 하면 흔히 우주선 발사, 화상 탐사 등을 떠올리겠지만, 사실 인공위성 영상에서 정보를 캐고, 참신하고 다양한 방법으로 그 정보를 활용하는 원격탐사도 우주개발의 한 분야다. 민간 기업이 우주개발에 진출하는 ‘뉴 스페이스’ 시대인 지금, 세계 각국에서는 인공위성 원격탐사를 뉴 스페이스의 핵심 분야로 여기며, 연구와 활용, 비즈니스 모델 개발에 국가와 민간 기업이 적극 나서고 있다. 좁은 의미로는 지도에서부터 넓게는 육상, 해양, 대기를 포괄하는 전 지구적 지리정보인 공간정보를 얻을 수 있기 때문인데, 인공위성 사진은 산, 호수, 강, 집, 도로와 같은 지형, 지물의 형태와 함께 그 위치를 기록한 디지털 형식의 데이터이므로 곧바로 정보화하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.
1990년대까지만 해도 인공위성의 수가 적어서 원하는 지역의 사진을 얻기 힘들었고 해상도도 낮은데다가 가격도 비쌌다. 그러나 2000년대 들어 성능 좋은 인공위성들이 등장하면서 고해상도의 위성영상이 쏟아지고 있다. 더불어 지금은 뉴 스페이스의 흐름 속에서 여러 기업이 저렴한 비용으로 고성능 소형 위성을 개발해 발사하고 있다. 이렇게 우주로 날아간 인공위성 수십, 수백여 대가 군집을 이루어 지구궤도를 돌면서 같은 지역을 거의 매일 촬영하며 엄청난 양의 데이터를 전송하고 있고, 이 빅데이터를 다방면으로 활용하려는 시장이 형성되고 연구개발이 활발하다.
더욱이 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷 등의 기술이 발달하고 이 기술과 위성영상이 결합하면서 활용 영역도 빠르게 늘어나고 있다. 위성사진에 클라우드 컴퓨팅 기술을 융합하여 새로운 개념의 공간정보 서비스를 하거나, 위성영상에 인공지능 기술을 적용해서 고객이 필요로 하는 맞춤형 정보를 제공하는 회사들이 높은 수익을 얻고 있으며, 심지어 일반 사용자가 직접 위성영상 제공 시스템에 접속하여 필요한 정보를 찾아 쓰는 사용자 기반의 플랫폼 서비스까지 등장하고 있다.
이렇듯 다양한 인공위성 데이터의 활용 뒤에는 우주 선진국들의 데이터 무료 공개 원칙이 있다. 미국의 경우 랜샛 위성이 촬영한 영상을 2008년부터 무상으로 배포하고 있기 때문에 누구든 다운로드하여 사용할 수 있다. 유럽은 2014년 코페르니쿠스라는 전 지구관측 프로그램을 시작하고, 모든 센티넬 위성 시리즈의 데이터를 무상으로 공개한다. 언뜻 비싼 비용을 들여 개발하고 발사한 인공위성이 보내온 위성영상을 제한 없이 무료로 제공하면 큰 손해가 아닐까 생각할 수도 있겠지만, 이러한 데이터 공개 정책을 통해 산업화의 기반을 마련함으로써 디지털 경제로 전환하는 쪽의 이익이 훨씬 크다고 한다. 위성영상에서 얻은 정보가 국제 관계나 정치적 이슈, 기업의 마케팅 전략 등 다른 배경 지식이나 정보와 결합되면 사회・경제 지표로서 부가가치가 높은 고급 정보가 되기 때문이다.
《처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기》는 이처럼 위성영상 빅데이터를 가공하여 고객에게 제공하고 이윤을 창출하는 서비스, 위성영상 분석에 첨단 기술을 접목하여 비즈니스에 활용하는 기업들의 최신 활동을 소개한다.

원격탐사 전문가가 저술한 본격 입문서
-인터넷 검색과 포토샵처럼 활용하는 위성영상의 시대가 눈앞에!
우리나라에도 해상도가 무척 높은 지구관측위성과 기상위성이 있다. 우리나라는 1992년 과학실험 목적의 우리별 1호가 발사에 성공한 이래 꾸준하게 우주개발을 추진해왔다. 미국이나 유럽보다는 늦게 시작했지만 지금까지 다섯 대의 아리랑 위성과 세 대의 천리안 위성을 성공적으로 발사했고, 독자적인 인공위성과 발사체 개발 기술을 보유함으로써 세계에서 열 손가락 안에 꼽히는 우주 강국으로 발돋움했다. 그런데 위성개발은 성공적으로 해내고 있음에도 어떻게 활용하고 있는지, 잘 활용하고 있는지에 대해서는 잘 알려지지 않고 있다. 이 안타까움이 저자로 하여금 이 책을 쓰도록 했다.
우리나라의 인공위성 원격탐사 전문가인 한국항공우주연구원 김현옥 박사는 《처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기》에서 인공위성 원격탐사의 원리와 다양한 활용 분야, 흥미로운 전망에 관해 이야기한다. 또 우리가 쉽게 갈 수 없는 곳들을 들여다보고, 그 공간에 얽힌 이야기들도 들려준다. 마치 내방에 앉아 세계여행을 한 것처럼 말이다.
《처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기》는 뉴 스페이스 시대를 살아가는 독자들이 지구관측 인공위성과 원격탐사를 이해하는 첫걸음이 되어줄 것이다. 왜 우리가 인공위성과 원격탐사를 알아야 하냐고? 그리 멀지 않은 미래에는 지금 누구나 구글에서 정보를 검색하고 한글 프로그램이나 포토샵 프로그램을 쓰듯 인공위성 영상에서 필요한 정보를 찾아내고 가공해서 나만의 가치 있는 정보를 만들 줄 아는 세상이 올 것이기 때문이다.
이제부터 인공위성 원격탐사와 위성영상이 이끄는 지구 여행으로 독자 여러분을 초대한다.