Galileo Project

갈릴레오 시스템은 총 30대의 인공위성을 이용하는 차세대 위성항법시스템이다. <사진제공 ESA>

갈릴레오 프로젝트

갈릴레오 프로젝트는 미국의 GPS에 대응해 유럽이 독자적으로 추진 중인 위성 항법 시스템 구축 계획.

갈릴레오 프로젝트는 EU에서 추진 중인 항법 시스템 개발 계획이에요. 갈릴레오 프로젝트도 기본 원리는 미국 GPS와 동일해요. 다만, GPS 등장 이후 상당한 시간이 흐른 만큼 네비게이션 관련 기술 진보에 따라 정밀도가 훨씬 높아졌고, 응용 범위도 비약적으로 확대됐다는 정도의 차이가 있는 셈이지요. 정확한 명칭은 갈릴레오 시스템이라고 하더군요.

갈릴레오 시스템은 목성을 뜻하는 지오베(Giove. Galileo In Orbit Validation Element의 약자) 위성군이 핵심이에요. 지오베 위성은 큰 캐비닛만한 크기에 602kg의 무게를 가졌으며 2개의 태양전지로 가동된대요. 이런 위성을 지구 궤도 2만 3천 222km 상에 30개(운용27기, 예비 3기) 띄워 일반 1m, 상용 10cm 이하의 오차를 갖는 초정밀 위치정보 서비스를 제공한다는 것이 주요 특징이에요.

현재 위성추적 시스템은 미국의 GPS(인공위성자동위치측정시스템·GPS, Global Positioning System)와 러시아의 GLONASS뿐이며, 두 시스템 모두 군사적 목적으로 출발하였지요. 그러나 미국의 GPS는 민간 용도로 쓰이고 있어요. 따라서 갈릴레오 프로젝트는 유럽이 미국에 위성 정보를 의존하고 있는 상황에서 벗어나 ‘정보 독립’을 확보하기 위해 추진하고 있는 핵심 기술이에요. 러시아의 글로나스는 소비에트 연방의 해체 이후, 막대한 경비 부담 등으로 관리가 부실해 사실상 시스템 운용을 포기한 상태지요.

미국은 GPS 경쟁 상대 출현을 막기 위해 갈릴레오 프로젝트에 강력히 반대해왔어요. 그리고 EU 내에서도 독일, 영국, 네덜란드 등 일부 국가들이 갈릴레오 프로젝트에 드는 막대한 비용, 시스템의 상용화 가능성 등을 우려해 반대 의사를 표명해왔지요. 그러나 갈릴레오 프로젝트가 단순히 기술적인 문제가 아니라 정치적 사안이라는데 동의해 EU 정상들은 2002년 3월 열린 바르셀로나 정상회담에서 이 프로젝트를 승인하기로 합의하였어요.

EU 교통장관들은 2006년까지 시스템 개발 비용으로 4억 5,000만 유로(3억 9,200만 달러)를 투입키로 결정, 2007년 위성 30기를 발사하고 2008년 상용 서비스를 개시할 때까지 총 34억~36억 유로의 비용이 소요될 것이라고 밝혔어요. 그런데 EU 내부에서도 분담금 문제와 경제성에 대한 의구심 등으로 프로젝트 추진이 지지부진해왔지요. 미국에 공동 대응한다는 ‘정치성’ 등이 가미되며 추동력이 붙게 됐어요. 당초 2008년으로 예정됐던 본격 서비스 시점이 2010년으로 늦춰진 것도 이런 이유에서지요.

대한민국은 노무현 대통령의 핀란드 방문을 계기로 지난 9월 9일 유럽이 추진 중인 갈릴레오 프로젝트에 참여키로 공식 협정을 체결했어요. 현재 갈릴레오 프로젝트 참여국은 중국과 이스라엘, 우크라이나에 이어 우리나라가 4번째지요. 중국은 2억 유로 투자를 제안했고, 이스라엘은 1천 800만 유로의 분담금을 약속했어요. 우리나라의 초기 분담금 규모는 500만 유로이며 앞으로 프로젝트 진전에 따라 현금·현물 투자 규모가 결정된대요. 이밖에 인도·모로코·러시아·브라질·호주·아르헨티나 등도 갈릴레오 협정에 가서명했거나 참여를 검토 중인 것으로 알려졌어요.

우리나라의 갈릴레오 프로젝트 동참은 GPS에 대한 의존도를 분산시킬 수 있다는 점에서 군사·외교적으로 상당한 의미를 가지고 있어요. 미국은 한국이 갈릴레오 프로젝트 참여를 결정하자 차세대 GPS 군용 수신기 공동 개발을 제안하는 등 우리나라를 GPS에 붙잡아두기 위해 상당한 신경을 썼다는 후문도 들려오고 있어요.

우리나라는 또 갈릴레오 동북아 지상국(GS: Ground Station) 유치 및 국내 서비스 준비과정에서, 안테나·중계기 등 위성체 기술, 정밀궤도제어 등 탑재체 기술, 지상관제 등 지상망 운영기술을 확립할 길을 열게 됐어요. 이를 통해 중장기적으로 자체 설계한 위성항법시스템의 구축 가능성을 확보함으로써 상용 위치정보서비스 시장 활성화를 도모하는 한편 군사·외교적으로도 활용도를 찾을 수 있겠지요.

---

위성 항법 시스템의 원리

위성을 이용해 일종의 삼각 측량 방식으로 지구상의 위치를 측정합니다. 지구 궤도를 돌고 있는 GPS 위성들은 현재 위치와 시간이 담긴 전파 신호를 지상으로 쏘게 돼 있지요. 지상 수신기는 이런 신호를 받아 전파가 도달하기까지 걸린 시간을 계산해 자신의 현재 위치를 파악합니다. 경도와 위도, 높이를 동시에 파악하기 위해서는 3개의 위성 신호가 필요해요. 여기에 위성간 시간 오차를 제거해 위치 측정의 정확도를 높이기 위한 신호용으로 또 하나의 위성이 필요하기 때문에 4개의 위성이 동원된대요.

빛의 속도로 달리는 전파의 이동시간을 측정해 위치를 파악하기 때문에 각 위성의 시간은 모두 같아야 한다는 게 전제예요. 따라서 시각오차를 최소화하기 위해 위성에는 3만 6천년에 1초 밖에 안 틀린다는 원자시계가 실리게 되고, 위성별로 자신의 위치를 알리는 고유한 식별신호도 함께 내보냅니다.

그러나 지구에서 2만km 이상 떨어져 있는 우주공간을 도는 위성에서 나오는 신호가 지상에 도달하기 위해서는 전리층과 대기권을 지나야 하기 때문에 전파속도에 미세한 차이가 발생하게 되고, 이는 측정지점의 오차로 연결됩니다. 오차범위는 통상 수십m 수준이지만 여러 보정수단을 동원할 경우 cm 단위로 줄일 수 있습니다.

---------------------------------------------------------------------------------------------

20XX 년 어느 날 공항에서 연달아 착륙하던 항공기가 부딪칠 뻔한 일이 발생한다. 산악지방에서는 폭격 연습 도중에 유도미사일이 목표지점을 벗어나 주변 목초지를 쑥대밭으로 만든다. 도심에서는 ‘먹통’이 돼버린 차량항법장치 때문에 차량들이 일대 혼란에 빠져 교통대란이 벌어진다. 미국의 위성항법시스템인 GPS가 갑자기 정보 제공을 중단하면 벌어질 수 있는 시나리오다. 이런 사태에 대비해 유럽연합(EU)을 중심으로 ‘갈릴레오’라는 또 다른 위성항법시스템을 마련하고 있다. 원래 EU는 2008년까지 미국 GPS에 대항하는 독자시스템을 갖추려고 했으나 올해 초 자금난 때문에 시스템 가동을 2012년까지 늦춘 상태.

그런데도 최근 EU 위성항법회사들은 갈릴레오 시스템의 놀라운 정확성을 이용할 참신한 아이디어를 발굴하는 경쟁을 벌이고 있다. 지난해는 화산폭발, 지진과 쓰나미 같은 자연재난이 닥치기 전에 일어나는 지면 변화를 예측하는 아이디어를 내놓은 회사에 우승상금이 돌아갔다. 한국도 공식 참여하고 있는 갈릴레오 시스템은 GPS보다 얼마나 똑똑한 걸까.

서강대교 놓을 때도 GPS 사용

1973년 미국 국방부는 인공위성의 무선신호로 전투기나 탱크에서 발사되는 미사일을 목표물에 정확히 유도할 수 있는 새로운 시스템을 논의했다. 1989~1994년 총 24기의 위성이 고도 2만200㎞에 올라감으로써 GPS라는 위성항법시스템이 탄생했다. 실제 GPS 수신기를 장착한 폭탄의 위력은 두 차례 이라크전쟁에서 증명됐다. GPS로 유도된 미사일이 목표물을 정확히 찾아갔기 때문이다.

현재 GPS는 군사용도만으로 제한되지 않고 실생활 곳곳에 파고들어 있다. 대표적인 예가 GPS를 이용한 차량항법장치다. 자동차가 있는 지점을 위성이 추적해 운전자에게 막히지 않는 길을 안내하는 장치다. 휴대전화의 인기서비스인 ‘친구 찾기’나 ‘위치 추적’ 서비스도 GPS를 쓴다. GPS는 다리처럼 거대한 구조물을 건설할 때도 유용하다. 한강에 아치교 형태로 놓여 있는 서강대교는 1996년 공사 마지막 단계에서 아치구조물을 정확한 위치에 올려놓는 데 GPS 장비가 쓰였다고 한다. 한국항공대 항공우주공학부 장영근 교수는 “GPS를 이용하면 10초 간격으로 항공기를 이·착륙시킬 수 있다”며 “현재 미국 테네시주 멤피스 공항 등 몇 군데서 시범적으로 운영하고 있다”고 밝혔다.

불난 건물에서 소방관 위치 파악 가능

2000년 미국 국방부는 GPS의 정밀도를 고의적으로 제한하던 조치를 해제했다. 덕분에 일반에게 무상으로 공급되는 위치 정보는 정밀도가 100ｍ에서 10ｍ로 훨씬 높아졌다. 하지만 미국은 필요에 따라 지역적으로 정밀도를 떨어뜨릴 수 있고 언제든지 GPS 서비스를 중단할 수 있다는 게 전문가들의 의견이다. 실제로 미국은 이라크전을 시작하면서 GPS 서비스를 일시적으로 중단한 바가 있다.

위_ 위성항법시스템은 항공기의 이·착륙, 선박의 항구 진입 및 접안, 도심의 차량통제에 유용하게 쓰일 수 있다. 아래_ 현재의 GPS보다 뛰어난 위력을 보여줄 갈릴레오 시스템이 2012년께 등장할 전망이다. <사진제공 ESA>

또 GPS는 몇 가지 단점이 있다. 광대역 전파에 의해 쉽게 방해를 받기 때문에 ‘전자전’ 상황에서 오작동하기 쉽다. 시가지나 숲 속처럼 전파 수신이 어려운 지역에서는 심각한 오차를 일으키기도 한다. 이 때문에 불난 건물에서 소방관의 위치를 정확히 찾기가 힘들다. 이런 사태에 대비한 위성항법시스템이 EU를 중심으로 한국, 일본, 호주 등이 참여하는 갈릴레오 시스템이다. 2012년까지 30개의 위성을 고도 2만3600㎞에 발사해 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다.

갈릴레오는 상업용 서비스가 기본이니 만큼 정밀도 1ｍ급의 위치 정보를 보장한다. 그밖에 정보의 질이 떨어지는 공개 서비스, 경찰이나 해안경비대만 쓰는 공공규제 서비스, 조난신호만 전달하는 수색 및 구조 서비스 등이 있다. 특히 수색 및 구조 서비스는 바다에 빠지거나 오지에 떨어진 사람들의 SOS 신호를 감지해 전 세계에 경고메시지를 방송하는 서비스를 말한다. 갈릴레오 시스템은 전체 위성항법시스템을 업그레이드시킨다. 충남대 전자공학과 이상정 교수는 “갈릴레오 시스템은 신호 구조를 개선해 실내에서도 신호를 잡을 수 있고 GPS와 함께 쓰이면 도심에서도 95% 이상의 지역에서 정확한 위치를 파악할 수 있을 것”이라고 설명했다. 현재 도심지역에서 GPS신호 수신율은 55%에 불과하다. 또 GPS는 신호가 약해 실내에서 잡히지 않고 도심에서 대형건물 같은 장애물 때문에 보이는 위성 수가 제한된다. 위성항법시스템은 한 지역에서 동시에 4대의 위성이 보여야 정확한 위치와 시각 정보를 파악할 수 있다.

GPS와 갈릴레오 시스템이 손잡으면?

갈릴레오 시스템의 첫 시험위성 ‘지오베-A’는 2005년 12월 러시아 소유즈 로켓에 실려 카자흐스탄 바이코누르 우주센터에서 발사했다. 길이 1.3ｍ, 폭 1.8ｍ, 높이 1.65ｍ에 무게 600㎏인 이 위성은 고도 2만3000㎞의 궤도를 돌며 갈릴레오 시스템이 채택한 신기술을 시험해 왔다. ‘지오베-A’에 적용된 신기술의 가장 대표적인 예는 위성에 실린 원자시계다. 이 시계는 시간당 편차가 10억 분의 1초 미만으로 여태까지 우주에 쏘아 올린 어떤 시계보다 정확하다고 한다.

한국은 2005년 2월 갈릴레오 프로젝트에 참여하기로 결정했고 이듬해 9월 핀란드 헬싱키에서 EU와 ‘갈릴레오 프로젝트 협력협정’에 서명하면서 이 프로젝트에 본격적으로 뛰어들었다. 우리나라가 갈릴레오 프로젝트에 공식 참여하고 있어 위성항법시스템 칩을 자체 개발할 수 있을 것이라는 게 전문가들의 의견이다. 위성항법시스템 칩의 세계 시장은 2010년 40억 달러(4조 원)에 이를 전망이다. 갈릴레오의 상업적 이용도는 매우 높을 것으로 보인다. 전투 로봇을 원하는 곳으로 이동하려면 정확한 위치 정보가, 지금보다 더 많은 정보를 더 빨리 전달하려면 보내는 쪽과 받는 쪽의 정확한 시각 정보가 필요하다. GPS와 갈릴레오 시스템이 통합적으로 운영될 위성항법시스템 ‘GNSS’의 목표다.