◇ 보통난이도 | 천리안 2B호
환경탑재체
3만6000km 상공에서 ppm 수준 미세먼지 포착
환경탑재체(GEMS)는 이산화황, 이산화질소, 포름알데히드, 오존, 에어로졸 등 총 5가지의 대기 오염물질을 관측한다. 인도 동쪽부터 일본 동쪽까지 가로세로 5000km의 영역에서 대기 오염물질이 어디서, 얼마만큼 발생하며, 또 어떤 경로로 이동하는지 관측한다.
이와 더불어 미세먼지의 발생지와 이동 경로도 알아낼 수 있다. 5가지 대기 오염물질은 미세먼지를 생성하는 주요 원인 물질이기 때문이다. 환경부는 이 데이터를 통해 대기 오염물질과 미세먼지 감시체계를 구축할 계획이다. 대기환경 데이터는 2021년부터 제공할 예정이다.
환경탑재체가 정지궤도위성에 실리는 것이 전 세계에서도 최초로 시도되는 일인 만큼 해외의 관심도 크다. 미국은 북미 지역을 감시하는 환경위성 템포(TEMPO)를 2022년에, 유럽우주국(ESA)은 유럽과 북아프리카의 대기를 감시하는 위성 센티넬(Sentinel)-4를 2023년 이후 발사할 예정이다.
환경탑재체 개발을 총괄한 이승훈 한국항공우주연구원 위성연구본부 위성탑재체개발부 책임연구원은 “대기오염 문제가 전 세계적으로 화두가 되면서 저마다 자국의 대기 오염물질을 지속적으로 감시하기 위해 정지궤도위성을 이용하고 싶어했다”면서 “그동안 이를 실현할 장치와 기술이 없어 정지궤도위성에 환경탑재체를 실은 국가가 없다”고 설명했다.
환경탑재체를 정지궤도위성에 싣는데 가장 큰 장애물은 지구까지의 거리다. 탑재체는 지구가 반사한 빛을 관측하는데, 지구와의 거리가 멀수록 그 빛의 세기가 점점 작아지기 때문이다.
가령 상공 600km에 있는 저궤도위성에 비해 상공 3만6000km에 있는 정지궤도위성은 거리상 60배 지구에서 더 멀리 있다. 즉 지구에서 반사돼 위성에 도달하는 빛의 세기는 3600분의 1 수준으로 대폭 떨어진다.
더군다나 대기 오염물질은 대기 중에 ppm(1ppm은 공기 1kg당 1mg) 단위로 있을 만큼 아주 미량 존재하기 때문에 이와 관련된 신호를 낚아채기 위해서는 극도로 높은 수준의 집광력과 검출기 성능을 보유해야만 한다.
이 책임연구원은 “전자광학 기술이 발전하면서 대기 오염물질을 관측할 수 있는 수준의 광학 센서들이 개발됐다”며 “그중에서도 최고 성능을 나타내는 장비들로 환경탑재체를 구성했다”고 말했다.
환경탑재체는 망원경, 분광기, 전자부 등 세 부분으로 구성된다. 국내 연구팀이 망원경 부분을 개발하고, 미국 연구팀이 분광기와 전자부를 개발해 함께 조립하는 방식으로 환경탑재체를 완성했다.
