인공위성도 별을 보고 길을 간다?

인류는 언제부터 별자리를 만들어 사용했을까요? 천문학 역사로 살펴보면 고대 이집트, 바빌로니아, 그리스, 중국, 인도, 페르시아와 아랍인들이 별자리를 만들어 사용했습니다. 우리나라의 고인돌 덮개에 북두칠성, 오리온자리 등이 새겨진 것으로 보아 우리 조상들도 선사시대부터 별자리 사용을 시작한 것으로 보입니다. 그리고 삼국사기에 각종 천문현상이 기록된 것으로 보아 우리 선조들도 천문도를 만들었습니다. 상고시대부터 15세기까지 인류문명과 발달해 온 별자리 관측은 종교와 점성술에서부터 농경에까지 활용됐습니다. 15세기 이후에는 먼 바다로 항해하기 위해서 정밀한 천체의 위치가 필요해졌고 갈릴레오가 망원경을 만든 후 더 정밀한 천체관측이 이루어졌습니다.

하늘에는 우리 눈으로 보이는 별들이 약 8,000개 정도 있다고 합니다. 고대 그리스의 천문학자 히파르쿠스는 별의 밝기에 따라 가장 밝은 1등급부터 가장 어두운 6등급까지 별의 등급을 정했습니다. 현존하는 가장 오래된 별자리를 기록하는 별 카탈로그는 알마게스트라는 천문서에 기록된 1,028개 별 카탈로그입니다. 15세기 이후 많은 별 칼탈로그가 만들어져 왔습니다.

이 별들의 위치를 관측하여 만든 별 카탈로그는 지도를 만들 때나 먼 거리를 여행할 때 자신이 서 있는 곳의 위치를 알아내는 데 중요하게 사용되었습니다. 특히 먼 바다를 여행할 때 태양이나 달, 별들의 위치를 이용하여 자신이 가야 할 방향을 정할 수 있습니다.

1940년대 후반부터는 바다와 땅뿐 아니라 하늘과 우주에서도 항공우주비행체의 비행에 별들의 위치를 이용하기 시작했습니다. 1960대에는 아폴로, 마리너 그리고 바이킹 등의 달탐사선과 행성탐사위성에도 사용되었습니다. 1980년대부터는 컴퓨터가 발달하기 시작한 이래로 컴퓨터 기반의 별 추적기가 미국과 프랑스에서 사용되기 시작하였고 1990년대 후반부터 별 카탈로그를 탑재한 보다 발전된 별 추적기가 일반화되었습니다. 

우리나라 인공위성인 아리랑 위성에도 별 추적기가 탑재되어 있습니다. 별 추적기는 렌즈와 별을 감지할 수 있는 광학부, 별 영상을 처리하는 전자부와 산란광을 줄여주는 경통으로 이루어져 있습니다. 아리랑 위성의 별 추적기 내부에는 1,965개의 별 카탈로그가 있고 -2등급에서 5등급까지의 밝기 정보와 위치가 기록되어 있습니다. 실제로 별 추적기는 많은 별을 촬영합니다. 별  영상중에 별 카탈로그에 없는 별들도 있기 때문에 -2등급에서 5등급 이외의 별들과 상대적으로 너무 가까운 별들은 모두 목록에서 제외합니다. 그렇다면 평균 20여 개의 별들만 남고, 소프트웨어를 이용하여 촬영된 별이 탑재된 별 카탈로그상에서 어떤 별인지 식별과정을 거칩니다. 이로써 측정된 별의 방위를 나타내는 정보와 식별된 카탈로그상의 별의 정보로부터 3차원 공간에서 위성체의 방위를 나타내는 자세를 계산하게 됩니다. 

이처럼 우주기술이 첨단기술이기는 하지만 과거 조상의 지혜를 좀 더 발전시켜 적용한 경우도 많습니다. 과학은 꼭 새로운 것만 발견하는 것이 아닙니다. 우리가 이미 알고 있는 지식도 좀 더 다양하게 적용해 발전시키면 미래에 중요한 핵심 기술이 될 수 있습니다.

글 : 용기력 선임연구원(정지궤도위성체계팀)

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