처음 읽는 인공위성 원격탐사 이야기

경기 예측에서 기후변화 대응까지, 뉴 스페이스 시대의 인공위성 활용법

김현옥 저자(글)

플루토 · 2021년 04월 15일

책 소개

경기 예측에서 기후변화 대응까지, 뉴 스페이스 시대의 인공위성 활용법

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.

작가정보

저자(글) 김현옥

어린 시절부터 여행을 동경했고, 세계여행이 꿈이었다. 세상은 넓고 가보고 싶은 곳은 많은데 돈과 시간이 따라주지 않는다는 게 항상 문제였다. 그러다 인공위성을 이용하면 직접 가지 않고도 둘러볼 수 있다는 사실에 고무되어 원격탐사를 전공하기로 했다. 오래 보아야 예쁘고 자세히 보아야 사랑스럽다는 나태주 시인의 말처럼 지구도 자꾸 들여다보니 더 관심이 가고 알고 싶은 것이 많아졌다. 원격탐사 분야에 오랜 전통을 가지고 있으며 도시를 사람과 다양한 동식물이 서로 영향을 주고받으며 살아가는 생명 공동체로 바라보는 독일의 도시생태학에 끌려 유학을 떠났고, 도시생태학의 메카라는 베를린에서 10년을 살았다.
10년이면 강산도 변한다고 그 사이에 우리나라는 해상도가 무척 높은 지구관측위성과 기상위성을 가진 세계에서 몇 안 되는 나라 가운데 하나가 되었다. 하지만 성공적인 위성 개발이라는 성과에 비해 그 활용 가치는 잘 알려지지 않은 것 같다. 그래서 기회가 될 때마다 학생들에게 지구관측 인공위성 원격탐사를 소개하는 과학강연과 진로 멘토링에 참여하고 있다.
서울시립대학교 조경학과를 졸업하고 독일 베를린공대에서 박사학위를 받았으며, 현재 한국항공우주연구원 국가위성정보활용지원센터에서 선임연구원으로 일하고 있다. 글로벌 지구관측그룹GEO의 프로그램이사회 이사를 역임했고, 전 세계 재난재해 지원을 위한 국제협력 사업인 인터내셔널 차터International Charter Space and Major Disasters의 한국 측 실무간사로 활동하고 있다. 베를린공대 박사과정 중 베를린 주州정부에서 여성 과학자 양성을 위해 마련한 장학금을 받은 일을 계기로 여성과 젠더 이슈에도 관심을 갖게 되었다. 현재 대한여성과학기술인회KWSE의 총무이사를 맡고 있다.

목차

• 들어가며
  
  1장 원격탐사, 우주에서 날아온 사진
  지구를 바라보는 눈
  우주에서 지구 사진을 찍는 이유
  사진의 시작은 태양복사에너지
  인공위성 영상은 일반 사진과 어떻게 다를까
  네 가지 해상도
  위성영상 데이터는 어떻게 정보가 되는가
  
  2장 위성영상에 인공지능을 더하면
  주차장에서 돈이 보인다
  부풀려진 환상이 낳은 유령도시
  경제의 흐름을 읽는다
  석유는 정말 줄었을까
  뉴 페이스가 이끄는 뉴 스페이스
  새로운 지능이 온다
  공간정보의 진화
  3장 포스트 코로나19 시대의 지구관측
  멈춰 선 세상
  우주에서 대기오염을 감시한다고?
  정지궤도와 태양동기궤도
  인공위성이 바꾸는 세상
  
  4장 바다 위의 감시카메라
  우주에서 포착한 범죄 현장
  야간 불법 조업도 감시하는 인공위성
  수산물 양식장도 지킨다
  우리 바다를 지키는 천리안
  
  5장 사막 위의 둥근 반점
  화석수로 농사를 짓는다
  아라비아사막의 인공 경작지
  식물의 변화를 탐지하는 인공위성
  최첨단 과학, 스마트팜
  6장 화성을 닮은 지구, 아타카마
  이보다 더 화려할 순 없다
  광물자원을 탐사하는 인공위성
  칠레 사막에서 만나는 달과 무지개
  
  7장 자연이 그린 그림
  레나 델타에 쌓인 시간의 흔적
  해수면의 변화를 기억하는 삼각주
  툰드라에도 봄은 오고 꽃은 핀다
  영구동토에 생겨나는 다각 구조
  같은 장소 다른 정보, 레이더 센서
  
  8장 인공위성으로 지키는 아마존
  인공위성으로 산불을 감시한다
  디저트와 고기반찬에 밀려나는 아마존 우림
  함께 지켜요, 글로벌 포레스트 워치
  
  9장 그 많던 빙하는 어디로 갔을까
  설 곳 없는 북극곰
  사라지는 황제펭귄
  얼어붙은 과거에서 온 바이러스
  
  10장 우리 지금 안전한가요
  지구가 화났다
  전 세계 우주기관들이 뭉친 이유
  천국에서 지옥으로
  재난이 지나간 자리
  
  나가며

추천사

• 이지유 (과학저술가)

  지구인이라면 누구나 읽어야 할 책. 시각은 인식의 세계를 변화시킨다. 인공위성의 시각으로 지구를 바라보며 인간의 인식 세계를 넓고 깊게 만드는 데 유용한 책이 여기에 있다. 이 책은 인공위성이 찍은 영상을 이해하는 데 꼭 필요한 원격탐사의 기본 원리와 결과물의 분석, 쓰임, 응용에 관해 농업, 산업, 기후변화의 증거 등을 예로 들어 차근차근 친절하게 설명한다. 무엇보다 과학적 방법과 그로부터 얻은 과학지식을 모든 사람과 나누고 싶어 하는 저자의 절절한 마음이 크게 와닿는다.

• 이은희 (하리하라, 과학저술가)

  인공위성에 대한, 인공위성에 의한, 그리고 인공위성을 바라보는 사람들과 그 인공위성이 바라보는 사람과 지구에 대한 이야기. 멀리서 봐야 진정한 모습이 보인다는 격언에 인공위성만큼 어울리는 대상이 또 있을까. 인공위성이 보내온 지구 곳곳의 사진들을 보는 것만으로도 지구 한 바퀴를 샅샅이 둘러본 느낌에 만족스러운데, 저자의 꼼꼼한 분석과 과학적 설명이 그 사진에 깊이를 더한다

• 이훈열 (대한원격탐사학회장, 강원대학교 지구물리학과 교수)

  인공위성 원격탐사에는 화려한 그림이 있고 흥미로운 자연과 인간의 삶이 있다. 일반인에게는 생소한 인공위성 원격탐사라는 분야를, 이렇듯 공감의 언어로 표현할 수 있는 작가의 능력에 감탄이 절로 나온다. 독자들은 이 책에 원격탐사에 필요한 물리학, 화학, 수학, 통계학, 컴퓨터과학, 생물학, 지질학, 해양학, 환경학적 전문지식이 녹아 있음을 알아차릴 새도 없이 신비로운 지구 사진과 놀라운 이야기에 빠져 마지막 장을 맞이할 것이다.

• 장경애 (동아사이언스 대표이사)

  인공위성이 보낸 영상 데이터가 정보로 탄생하는 과정을 오랫동안 연구해온 저자가 친절하게 들려주는 인공위성 원격탐사 이야기. 내 방에 앉아 세계 곳곳에서 벌어지는 석유 비축량의 변화, 소비자 경기 변동, 아마존 열대우림의 훼손, 불법 어로, 지구 반대편의 광물자원까지 살펴볼 수 있는 원격탐사의 매력에 푹 빠져, 어느덧 인공위성 데이터에 접속하고 있는 자신을 발견할 것이다.

• 이명현 (과학책방 갈다 대표, 과학저술가, 천문학자)

  너무 멀지도 않고 너무 가깝지도 않은 곳에서 바라봐야 실체가 잘 보인다. 인공위성의 눈을 통해 바라본 사실적인 지구의 모습은 우리 자신을 성찰의 길로 이끈다. 그런 성찰과 반추를 일으키는 한 장의 지구 사진 뒤에는, 사실 수많은 인공위성 기술과 이미지 처리기술이 자리 잡고 있다. 이 책은, 말하자면 그 숨은 진실을 파헤쳐 쓱 내보이는 지구인을 위한 자기 인식 가이드북이다

• 송인옥 (카이스트 부설 한국과학영재학교 교사)

  인공위성이 바라본 아찔하게 아름답고 생생한 우리 터전의 모습. 레나 델타의 영상을 볼 때는 그 화려함에 심장이 멎는 것 같고, 코로나19 이전과 이후의 대구 물류센터의 주차장 모습은 흥미진진하다. 원격탐사 영상이 들려주는 지구의 역사와 인간의 활동에 대한 생생한 이야기를 읽으며, 심 봉사가 눈뜬 듯한 놀라움을 체험할 수 있을 것이다.

• 김문규 (위성영상 판매 전문기업 ㈜에스아이아이에스 대표)

  이 책은 원격탐사를 전공하고 싶은 학생이나 관련 분야 직업을 찾고 있는 비전공자에게 꼭 필요한 입문서다. 흥미로운 최신 내용과 쉬운 언어로 ‘원격탐사를 이해하는 첫걸음’을 떼게 해주며, 인공위성을 타고 세계여행하는 기분까지 느끼게 해준다. 늘 필요하다고 생각했던 책을 잘 만들어준 저자 덕분에 작가가 아닌 독자로 남을 수 있게 되었다.

• 박재필 (나라 스페이스 대표)

  우주개발 하면 로켓이나 인공위성 개발과 같은 냉전시대의 우주 경쟁을 떠올리겠지만, 소위 ‘뉴 스페이스’ 시장은 세계에서 가장 빠르게 변화하는 ‘핫’한 시장 중 하나다. 이제 인공위성은 빅데이터, 딥러닝, 사물인터넷 기술과 결합해 이전에는 상상할 수 없던 차원의 지구 정보를 제공하고 있다. 이 책은 기존에 해결할 수 없었던 문제를 인공위성이 해결하는 이야기뿐 아니라 왜 미래 사회에 우주 기술이 필요한지를 설명하고 있다. 우주 분야에서 새로운 기회를 탐색하는 나로호 키즈는 꼭 읽어보기를 강추한다

• 임효숙 (한국항공우주연구원 국가위성정보활용지원센터장)

  이제 우리나라도 본격적인 위성 활용 시대를 맞이하고 있다. 우리나라 우주개발중장기기본계획은 국가우주개발의 목표가 국민의 안전과 삶의 질 향상에 기여하는 데 있음을 분명히 하고 있다. 그 흐름의 중심에 있는 인사이더답게 저자는 제4차 산업혁명 시대에 인공위성 데이터가 어떻게 미래 성장 동력으로 활약할 것인지에서부터 지구환경 보호와 지속가능한 발전에 어떻게 기여할 수 있을지까지 이 한 권에 모두 담았다.

책 속으로

우리가 살고 있는 세상은 복잡하게 얽혀 있어서 때론 좁은 시야를 벗어나 거대한 지구를 하나의 시스템으로 바라봐야 할 필요가 있다. 등잔 밑이 어둡다고 너무 가까이 있으면 잘 볼 수 없고, 적당한 거리를 두어야 넓어진 시야로 종합적이고 객관적으로 볼 수 있기 때문이다. 기후온난화로 북극의 빙하가 녹아 없어지는 바람에 우리나라에 유례없는 한파가 닥쳤다는데 도대체 어떻게 된 일인지, 중국의 육류 소비량이 증가하는 데 왜 남아메리카 아마존 열대우림의 불법 산림 벌채가 증가한다는 것인지, 쉽게 납득이 되지 않는 현상들을 이해하려면 내가 사는 동네와 도시, 나라를 넘어 우주 공간에서 지구를 관찰하고 탐구할 필요가 있다. 이때 오랜 기간에 걸쳐 차곡차곡 모인 인공위성 사진들은 세계 각지의 역사와 변화상을 보여주는 중요한 자료가 된다. -22쪽

항공사진을 대체할 정도로 해상도가 높아진 인공위성 사진은 특히 빠르게 변화하고 복잡한 도시지역의 불법 건축물을 단속하거나 지도 정보를 갱신하는 데 효과적이다. 위험 시설이 있거나 직접 가기 어려운 지역을 감시하는 데도 유용하고, 홍수나 지진, 화재가 발생한 지역의 상세한 피해 규모와 범위를 파악함으로써 재난 상황에 효과적으로 대응하게 해준다. 최근에는 높은 공간해상도를 가진 인공위성 수십, 수백여 대가 군집을 이루어 지구궤도를 돌면서 같은 지역을 거의 매일 촬영하며 엄청난 양의 데이터를 쏟아내고 있다. -23쪽

지구관측 공간정보 서비스는 다양한 영역에서 활용된다. 사용자 맞춤형 서비스로 내 논밭에 심은 작물이 잘 자라고 있는지, 혹시 거름이 필요하거나 병이 들지는 않았는지를 매일 모니터링해서 적절한 조치를 취할 수 있다. 바다에 녹조가 생겨 연안 양식장이 피해를 입으면 그 규모를 정확히 산정하여 합리적으로 보험금을 지급할 수 있고, 전 세계 석유 저장고의 원유 저장량이 변화하는 추세를 파악하여 유가가 변동하는 조짐을 예측할 수도 있다. 이 밖에 주요 물류창고에 차량이 오고 가는 현황과 패턴을 분석해서 해당 기업의 재무 상태를 추측할 수 있고, 새로이 조성된 도시의 교통 흐름이나 사람들의 이동 패턴을 파악하여 마케팅에 활용할 수도 있다. -24쪽

지구를 관측하는 인공위성들 중에는 몇 개의 핵심 파장대에서만 영상을 얻는 것도 있고, 가시광선뿐만 아니라 근적외, 열적외에 이르는 넓은 파장대에 걸쳐 영상을 얻는 것도 있다. 이를 분광 해상도라고 하는데 같은 가시광선이나 근적외선이라고 하더라도 파장의 시작과 끝 구간이 조금씩 달라지기도 한다. 인공위성에서 얻은 영상의 밴드 수가 많다는 것은 카메라 센서가 감지할 수 있는 전자기파의 종류가 많고 그 범위가 세분되어 있다는 의미다. 밴드의 수가 여러 개면 다중분광 영상이라고 하고, 파장 구간을 아주 좁게 쪼개어 밴드의 수가 수십 또는 수백여 개에 이르면 초분광 영상이라고 한다. -34쪽

인공위성 영상에서 위치 정보는 픽셀의 크기와 관련 있다. 지상의 한 지점과 대응되는 픽셀 하나가 실세계에서의 1미터를 대변할 수도 있고 10미터를 대변할 수도 있다. 이를 공간해상도라고 하는데 실세계를 얼마나 상세하게 표현하는가를 나타내는 척도이다. 한 픽셀이 나타내는 실제 거리가 1미터라면 건물이나 도로의 윤곽이 비교적 또렷한 이미지를 얻을 것이고, 10미터라면 그에 비해 물체의 경계가 다소 흐릿한 이미지를 얻을 것이다. -36쪽

중국의 건설 호황과 경기 흐름을 파악하기 위해 미국의 오비탈 인사이트Orbital Insight라는 회사는 위성영상에 나타나는 건물의 그림자에 주목했다. 건물이 높이 올라갈수록 건물 때문에 생기는 그림자의 크기도 변한다는 데 착안한 것이다. 높은 건물은 그만큼 긴 그림자를 드리우게 마련이다. 따라서 지구궤도를 돌며 일정한 주기로 같은 위치에서 같은 시간대에 같은 지역을 촬영한 위성영상 타임 시리즈를 봤을 때 그림자가 커지거나 길어졌다면 건물이 더 높이 올라갔다는 뜻이다. -53쪽

텔어스랩은 랜샛Landsat과 센티넬Sentinel 위성이 제공하는 영상 데이터와 미국 항공우주국NASA, 해양대기청NOAA, 농무부 등이 제공하는 부가 정보들을 바탕으로 미국의 2,000개 카운티에서 지난 18년간 하루 단위로 농업 작황 변화를 설명할 수 있는 인공지능 모델을 개발했다. 이 인공지능 모델은 수신된 위성영상을 입력하면 농작물의 현재 생육 상태를 알려주고, 생산량도 예측해낸다. 2016년 텔어스랩은 미국의 콩 생산량이 제곱킬로미터당 약 360톤이 될 거라고 예측했는데, 미국 농무부가 공식 발표하기 2개월 전에 예측한 수치임에도 불구하고 오차 범위 1퍼센트 안에 들 정도로 정확했다. -56쪽

이제는 성능 좋고 크기도 작은 인공위성을 적은 비용으로 만들어 발사할 수 있으니 지구관측위성을 활용하는 분야에서도 새로운 흐름이 생겨나고 있다. 한 대를 만들어 발사하는 비용으로 수십 수백 대의 작은 위성들을 만들어 지구궤도에 띄운 다음 더 자주 더 많은 곳을 찍어 더 빨리 지상의 수신국으로 보낼 수 있는 인프라가 만들어지고 있다. 아마존 웹 서비스의 그라운드 스테이션AWS Ground Station과 같이 전 지구를 포괄하는 어마어마한 양의 위성영상 빅데이터를 저장, 관리하며 사용자에게 제공하는 클라우드 서비스가 등장하고, 오비탈 인사이트나 스페이스노우, 텔어스랩과 같이 위성영상 분석에 인공지능 기술을 접목하여 비즈니스에 활용하는 기업들이 생겨나고 있다. -64쪽

유럽은 2014년에 코페르니쿠스Copernicus라는 전 지구관측 프로그램을 시작했다. 유럽은 이 프로그램을 운영하기 위해 개발하고 발사하는 모든 센티넬 위성 시리즈의 데이터를 무상으로 공개한다는 원칙을 고수하고 있다. 유럽연합 국가들의 세금으로 개발하고 운영하는 만큼 여기서 발생하는 모든 이익을 시민들에게 환원해야 한다는 철학이 깔려 있다. 데이터 공개도 그저 데이터만 배포하고 알아서 쓰라는 소극적인 방식이 아니라 누구나 쉽게 접근해서 이용할 수 있도록 다양한 수요를 반영한 활용 플랫폼의 형태로 서비스한다. -67쪽

부동산 정보를 예로 들어보자. 사용자는 아이디와 패스워드로 플랫폼에 접속한다. 특별한 소프트웨어 프로그램이나 앱을 설치할 필요도 없다. 관심이 있는 구역을 설정한 후, 지난 10년간 그 일대의 위성영상 타임 시리즈 분석을 클릭하면 과거부터 현재까지의 위성영상이 나타나며 각각의 건물들이 언제 지어졌고, 지금 어떻게 사용되고 있는지, 가격 동향은 어떻게 바뀌고 있는지에 대한 정보들을 볼 수 있다. -70쪽

미국연합통신은 강제 노역하는 사람들이 잡은 해산물을 실은 노예선이 태국으로 가는 바다 위에서 대형 화물선과 접선한다는 정보를 입수하고 디지털글로브에 그 모습을 인공위성으로 촬영해달라고 요청했다. 1992년 미국에서 설립된 디지털글로브는 세계 최초로 고해상도 상용 지구관측 위성영상을 판매했으며, 위성영상 서비스 시장을 선점했던 기업이다. 특히 2014년 발사된 월드뷰 3호 위성은 지상에 있는 30센티미터의 물체를 인식할 수 있을 정도로 높은 공간해상도를 자랑한다. -104쪽

먹을거리는 인류의 생존과 직결된다. 생존이 위협받는 상황에서는 사회적 안정도 보장할 수 없기 때문에 여러 국가나 국제기구에서는 원격탐사 기법으로 주요 농작물의 전 세계 작황을 감시하고, 심각한 흉작이 예상되면 대응 방안을 논의하고 조처를 취한다. 일례로 유럽의 MARSMonitoring Agricultural Resources 프로젝트는 지구관측 인공위성 영상에서 추출한 작황 정보와 기상 데이터를 연동해 수확 예측 모델을 만들어 주기적으로 작황 예측 정보를 제공하고, 필요한 경우 조기 경보를 발령하여 비상사태에 대비하도록 하고 있다. -142쪽

인공위성에 탑재되는 카메라는 크게 광학 센서와 레이더 센서 두 가지로 나뉜다. 광학 센서는 우리가 사진을 찍는 것처럼 태양빛이 지표에 반사되어 센서에 기록된 에너지 값으로 이미지를 만든다. 반면 레이더 센서는 마이크로파장대의 전파 빔을 직접 목표 지역에 쏘고 그 반사파가 안테나로 돌아오는 신호를 측정하여 지표면의 거칠기와 수분 함량에 대한 정보를 얻는다. -178쪽

지구관측 인공위성으로 가장 빠르게 산불을 탐지하려면 열적외선 파장의 지표 반사도를 이용하면 된다. 산불이 일어난 지역은 그 주변보다 뚜렷하게 높은 열이 발생하기 때문에 온도 변화에 민감한 열적외 밴드 영상에서는 반사도가 높아 밝게 나타난다. 즉, 위성영상에서 주변과 뚜렷이 구별되는 밝은 화소들을 추출해내면 된다. 이를 자동화된 알고리즘으로 만들어 하루에 두 번 같은 지역을 통과하는 테라와 아쿠아 위성에 적용하면, 영상을 촬영하자마자 실시간에 가깝게 화재 발생 지역을 탐지하고 모니터링할 수 있다. -187쪽

뉴스를 통해 소식이 전해지자 세계 여러 나라가 구호물자와 재난 대응을 위한 전문 인력을 파견했다. 하지만 현장 상황은 녹록지 않았다. 지진으로 송전탑이 무너지고 통신망이 망가지는 바람에 피해를 당한 사람은 구조를 요청할 수 없는 경우가 많았다. 구조 단체들은 정확한 피해 지점과 어디에 얼마나 많은 사람들이 고립되어 있는지, 구조를 하러 간다고 해도 도로나 길이 망가져 있지는 않은지 등 구조에 필요한 정보를 확 보하기가 어려웠다. 이때 전 세계 지구관측위성들이 가동되어 피해 지역을 촬영한 영상들을 제공하기 시작했다. -229쪽

출판사 서평

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!

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 사회ㆍ경제 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.

기본정보

ISBN	9791188569243 ( 1188569244 )
발행(출시)일자	2021년 04월 15일
쪽수	248쪽
크기	161 * 233 * 17 mm / 539 g
총권수	1권