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우주 적외선 시스템

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목차

1. 개요

우주 적외선 시스템(SBIRS)은 미국이 개발한 탄도 미사일 조기 경보 및 방어 시스템이다. 1991년 걸프전 이후 미사일 위협에 대응하기 위해 개발되었으며, 장거리 전략 탄도 미사일뿐만 아니라 단거리 전술 탄도 미사일까지 탐지하는 것을 목표로 한다. SBIRS는 정지 궤도 위성(SBIRS-High)과 저궤도 위성(SBIRS-Low, STSS)으로 구성될 예정이었으며, 현재 SBIRS-High는 완성되었다. SBIRS-High는 6기의 정지 궤도 위성과 4기의 고궤도 위성으로 구성되며, 록히드 마틴이 주 계약자이다. SBIRS-Low는 우주 추적 및 감시 시스템(STSS)으로 명칭이 변경되어, 탄도 미사일의 비행 전 과정을 추적하는 역할을 수행한다. 지상국은 콜로라도주에 위치하며, 주 임무 통제소와 예비 임무 통제소로 구성된다.

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우주 적외선 시스템
개요
궤도상의 SBIRS 군집
궤도상의 SBIRS 군집
유형미사일 경보 시스템
운용 상태운용 중
운용 시작2001년
설계 및 제작록히드 마틴
운용 주체미국 우주군
비용186억 달러 (2018년 기준)
위성 수6기 (GEO 4기, HEO 2기)
수명12년 (최소)
상세 정보
목적미사일 발사 탐지 및 추적, 전장 정보 제공
센서적외선 센서 (스캔 모드 및 스테어 모드)
궤도정지 궤도 (GEO)
타원 궤도 (HEO)
이전 시스템DSP (Defense Support Program)
대체 시스템NG-OPIR (Next-Generation Overhead Persistent Infrared)
프로그램 역사
개발 시작1996년
첫 위성 발사2011년 5월 7일
최종 위성 발사2022년 6월
초기 운용 능력 (IOC)2018년
관련 정보
관련 프로젝트미사일 방어 시스템
우주 기반 감시 시스템

2. 배경

1991년 걸프전 당시 이라크가 발사한 스커드 단거리 전술 미사일 공격 경험은 미국 국방부(DoD)에게 전술 미사일 조기 경보 능력 강화의 필요성을 일깨워 주었다. 이에 따라 미국 국방부는 기존의 장거리 전략 탄도 미사일뿐만 아니라 단거리 전술 탄도 미사일까지 탐지하고 관련 방어 작전을 지원할 수 있도록 적외선 조기 경보 위성의 센서 성능을 향상시키는 계획을 수립했다.

1994년까지 미국 국방부는 탄도 미사일 조기 경보 및 방어, 기술 정보 수집, 전장 환경 파악 등 다양한 우주 기반 적외선 탐지 시스템을 검토한 끝에, 기존의 국방 지원 프로그램(DSP) 위성을 대체할 새로운 시스템으로 우주 기반 적외선 시스템(SBIRS) 개발을 결정했다. DSP 위성은 약 30년간 운용되어 온 시스템으로, 적외선 탐지기를 이용해 미사일 발사 시 발생하는 열을 감지하여 장거리 탄도 미사일 발사에 대한 조기 경보 임무를 수행해 왔다.

SBIRS 개발 이전에도 미국 국방부는 DSP 위성을 대체하기 위해 여러 차례 시도했었다. 대표적인 예로는 다음과 같은 프로그램들이 있다.


  • 1980년대 초반의 '''첨단 경보 시스템''' (Advanced Warning System)
  • 1980년대 말의 '''부스트 감시 및 추적 시스템''' (Boost Surveillance and Tracking System)
  • 1990년대 초반의 '''후속 조기 경보 시스템''' (Follow-on Early Warning System)


그러나 미국 정부 회계 감사원(GAO)의 분석에 따르면, 이들 프로그램은 기술적 미성숙, 과도한 개발 비용 및 경제성 문제 등으로 인해 실패로 돌아갔다.

SBIRS는 DSP보다 더 정교하고 섬세한 적외선 기술을 사용하여, 기존의 장거리 전략 탄도 미사일은 물론 중·단거리 전술 탄도 미사일 발사까지 효과적으로 감지하고 미사일 추적 능력을 향상시키는 것을 목표로 설계되었다.

3. 구성 요소

정지 궤도에 배치된 SBIRS-GEO


STSS(SBIRS-Low)


우주 적외선 시스템(SBIRS)은 크게 고궤도 위성 시스템(SBIRS-High)과 저궤도 위성 시스템(SBIRS-Low, 이후 STSS로 개칭)으로 구성된다.
SBIRS-High는 정지 궤도(GEO)에 배치되는 전용 위성(SBIRS-GEO)과 장타원 궤도(HEO)의 다른 임무 위성에 탑재되는 센서(SBIRS-HEO)로 이루어진다. 미국 공군이 운용한다.

  • '''SBIRS-GEO''': 정지 궤도에 배치된 전용 위성이다.
  • '''SBIRS-HEO''': 장타원 궤도를 도는 위성에 탑재된 센서이다.[27]

SBIRS-Low (STSS)는 탄도 미사일 추적을 위해 저궤도(LEO)에 위성을 배치하는 시스템으로 계획되었다. 2001년 개발 주체가 미사일 방어청으로 이관되었고, 2002년 '''우주 추적 및 감시 시스템'''(STSS)으로 명칭이 변경되었다. 실증 시험 위성 2기가 2009년 발사되었다.

3. 1. SBIRS-High

'''SBIRS High'''(현재는 단순히 "SBIRS"로 불린다)는 기존의 DSP 위성을 대체하기 위해 개발된 미국 공군의 적외선 우주 감시 시스템이다. 이 시스템의 주요 목적은 전략 및 전술 탄도 미사일 발사 시 이를 탐지하고 추적하는 조기 경보 능력을 강화하는 것이다. 개발 및 운용은 DSP 위성과 마찬가지로 미국 공군이 담당한다.

SBIRS 시스템은 정지 궤도(GEO)에 배치된 전용 위성(SBIRS-GEO)과 지구 고궤도(HEO)의 다른 임무 위성에 탑재된 센서(SBIRS-HEO)로 구성된다. 최종적으로 GEO 위성 6기와 HEO 센서 4기가 배치되어 운용 중이다.

=== SBIRS-HEO 센서 ===

HEO 센서는 러시아 등 고위도 지역 감시에 유리한 장타원 궤도(주로 몰니야 궤도)를 도는 위성에 탑재된다. 총 4기의 센서가 신호 정보(SIGINT) 수집 임무를 수행하는 트럼펫(Trumpet) 위성에 부가 장비 형태로 탑재되어 2006년부터 2017년까지 순차적으로 배치 완료되었다.[27] 이 트럼펫 위성들은 전자 정보(ELINT) 수집 위성으로 추정되며,[14][15] 에드워드 스노우덴이 2013년에 폭로한 자료에 따르면 미국 의회 예산서 상의 정식 명칭은 'Raven'일 가능성이 있다.[28] SBIRS-HEO 센서가 탑재된 위성은 다음과 같다.

  • USA-184 (NROL-22, 2006년 발사)
  • USA-200 (NROL-28, 2008년 발사)
  • USA-259 (NROL-35, 2014년 발사)
  • USA-278 (NROL-42, 2017년 발사)


=== SBIRS-GEO 위성 ===

정지 궤도에는 총 6기의 전용 위성(SBIRS-GEO)이 배치되었다. 당초 GEO-7, GEO-8 위성도 계획되었으나, 2019 회계연도 예산 편성 과정에서 새로운 차세대 상시 적외선(Next-Generation Overhead Persistent Infrared, Next-Gen OPIR) 프로그램 추진을 위해 예산이 삭감되었다.[1] 2011년부터 2022년까지 발사된 6기의 위성은 다음과 같다.

  • USA-230 (SBIRS GEO-1): 2011년 5월 7일 발사[12][7]
  • USA-241 (SBIRS GEO-2): 2013년 3월 19일 발사
  • USA-273 (SBIRS GEO-3): 2017년 1월 20일 발사[19][20]
  • USA-282 (SBIRS GEO-4): 2018년 1월 20일 발사[21]
  • USA-315 (SBIRS GEO-5): 2021년 5월 18일 발사[23]
  • USA-336 (SBIRS GEO-6): 2022년 8월 4일 발사[24][25][26]


GEO-1과 GEO-2 위성은 2013년부터 운용에 들어갔으며,[18] GEO-6 위성의 성공적인 배치로 SBIRS-High 시스템은 초기 계획된 구성을 완료하게 되었다.

=== 개발 및 계약 ===

SBIRS 시스템의 주 계약자는 록히드 마틴이며, 노스롭 그러먼이 주요 하청업체이다. 록히드 마틴은 SBIRS-GEO 위성 제작도 담당했다. 개발 과정에서 해결되지 않은 소프트웨어 오작동 문제와 하청업체에서 납품한 자이로스코프 부품의 납땜 접합부 파손 등 기술적 문제로 인해 첫 위성 발사가 당초 계획된 2009년에서 2011년으로 지연되기도 했다.[16] 이러한 지연은 동일한 발사 시설을 사용해야 했던 NASA의 주노 우주선 및 화성 과학 실험실 발사 일정과 충돌할 가능성도 제기되었으나,[17] 최종적으로 GEO-1 위성은 2011년 5월에 성공적으로 발사되었다.[7]

3. 2. SBIRS-Low (STSS)



SBIRS-Low(Space-Based Infrared System Low)는 원래 약 24개의 지구 저궤도(LEO) 위성으로 구성될 예정이었던 프로그램이다. 주요 임무는 탄도 미사일을 비행 전 과정에 걸쳐 추적하고, 특히 비행 중간 단계에서 탄두와 기만체, 분리된 로켓 부스터 등 다른 물체를 식별하는 것이었다.

이 시스템은 두 가지 주요 센서를 탑재하고 온보드 컴퓨터로 제어될 계획이었다.

  • '''스캔 적외선 센서''': 비행 초기 단계의 탄도 미사일을 탐지한다.
  • '''추적 적외선 센서''': 비행 중간 및 종말 단계의 미사일, 탄두, 파편, 기만체 등을 추적한다. 이 센서는 매우 낮은 온도로 냉각될 예정이었다.


초기 SBIRS-Low의 배치 목표 시점은 국가 미사일 방어(NMD) 시스템에서 해당 기능이 필요하다고 여겨진 2010년이었다.

2001년, 미국 미사일 방어청(MDA)은 국가 탄도 미사일 방어 시스템(BMDS)에 필요한 프로그램을 검토하던 중, 초기 개발 단계에 있던 SBIRS-Low 프로그램을 이관받았다. 이후 프로그램 명칭은 '''우주 추적 및 감시 시스템'''(STSS, Space Tracking and Surveillance System)으로 변경되었다. 명칭 변경에도 불구하고, 비행 모든 단계에서 탄도 미사일을 탐지하고 추적하는 기본적인 임무 개념은 유지되었다. STSS 위성은 저궤도에서 우주 공간을 배경으로 탄도 미사일의 열을 포착하여 추적하며, 가장 적합한 위치의 위성이 추적 임무를 이어받아 상세한 탄도 데이터를 지상 관제 센터로 전송하는 방식으로 운용된다.

STSS의 실증 시험 위성 2기는 2009년 9월 25일에 발사되었다.

3. 3. 지상국

SBIRS의 지상국은 주로 다음으로 구성되어 있다:

  • 주 임무 통제소(Mission Control Stationeng, MCS): 콜로라도주 오로라에 위치한 버클리 공군기지(Buckley AFBeng)
  • 예비 임무 통제소(Mission Control Station Backupeng, MCSB): 콜로라도주 콜로라도스프링스에 위치한 쉬리버 공군기지(Schriever AFSeng)
  • 생존 가능 임무 통제소(Survivable Mission Control Stationeng, SMCS)
  • 합동 전술 지상국(JTAGS, Joint Tactical Ground Stationseng): SBIRS 위성의 정보를 실전배치 부대가 수신할 수 있게(downlinkeng) 한다.

4. 미국 조기경보위성

미국은 냉전 시기부터 탄도 미사일 발사를 조기에 탐지하기 위한 위성 시스템을 개발하고 운용해왔다.


  • '''미다스 위성''': 1960년대에 개발된 미국 최초의 조기경보위성 시스템이다. 총 12기가 발사되었으나, 기술적 한계로 큰 성공을 거두지는 못했다.
  • '''DSP 위성''': 1970년대부터 미다스 위성을 대체하기 위해 개발되었다. 적외선 탐지기를 탑재하여 미사일 발사 시 발생하는 열을 감지하는 방식으로 운용되었다. 총 23기가 발사되었으며, 정지 궤도에 6기의 위성을 배치하여 약 30년 이상 장거리 전략 탄도 미사일 발사에 대한 조기 경보 임무를 수행했다.[1] 1991년 걸프전 당시 이라크가 발사한 스커드 미사일 탐지 경험을 통해, 미국 국방부는 기존 DSP 시스템의 능력만으로는 단거리 전술 미사일에 대한 효과적인 대응이 어렵다고 판단하고 새로운 조기경보위성 시스템의 필요성을 절감했다.[1]
  • '''DSP 대체 시도''': 미국 국방부는 DSP 위성을 대체하기 위해 여러 차례 새로운 시스템 개발을 시도했으나 실패했다.
  • 1980년대 초반: '''첨단 경보 시스템''' (Advanced Warning System)
  • 1980년대 후반: '''부스트 감시 및 추적 시스템''' (Boost Surveillance and Tracking System)
  • 1990년대 초반: '''후속 조기 경보 시스템''' (Follow-on Early Warning System)

미국 정부 회계 감사원(GAO)은 이러한 시도들이 기술적 미성숙, 과도한 비용, 예산 확보 문제 등으로 인해 실패했다고 분석했다.[1]

  • '''SBIRS 위성''': 1994년, 미국 국방부는 기존의 다양한 적외선 우주 감시 요구 사항(탄도 미사일 경보 및 방어, 기술 정보 수집, 전장 특성 파악 등)을 통합하고 DSP 위성을 대체하기 위해 우주 기반 적외선 시스템(Space-Based Infrared System, SBIRS) 개발을 결정했다. SBIRS는 DSP보다 더 발전된 적외선 센서 기술을 사용하여 장거리 전략 탄도 미사일뿐만 아니라 중단거리 전술 탄도 미사일까지 탐지하고, 미사일 방어 작전을 지원하는 것을 목표로 한다.[1]
  • '''SBIRS High''': 정지 궤도(GEO)에 전용 위성을 배치하고, 고타원 궤도(HEO)에 다른 위성에 센서를 탑재하는 방식으로 구성된다. DSP 위성을 직접적으로 대체하며, 향상된 미사일 조기 경보 능력을 제공한다.


HEO 센서는 고위도 지역 감시에 유리하며, 총 4기의 센서가 NROL 위성(USA-184, USA-200, USA-259, USA-278)으로 추정되는 시긴트 정찰 위성에 탑재되어 몰니야 궤도에 배치 완료된 것으로 보인다.[14][15][27] 이 위성들은 에드워드 스노우덴의 폭로 자료에 따르면 '''Raven'''이라는 코드명으로 불릴 가능성이 있다.[28]

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GEO 위성은 당초 5기 구매 옵션을 포함하여 개발되었으나, 최종적으로 6기가 발사되었다. GEO-1(USA-230)부터 GEO-6(USA-336)까지 2011년부터 2022년 사이에 성공적으로 발사되어 배치가 완료되었다.[7][19][21][23][24] GEO-7과 GEO-8 계획은 차세대 상시 적외선(Next-Generation OPIR) 프로그램으로 대체되면서 예산이 삭감되었다.[1]

  • SBIRS 프로그램은 개발 과정에서 지속적인 비용 초과 문제에 직면했으며, 2001년과 2005년에는 Nunn-McCurdy 개정안 위반 사항이 발생하기도 했다.[2] 2007년 예상 총 프로젝트 비용은 104억달러까지 증가했다.[3][4] 개발 지연 문제도 발생하여 첫 GEO 위성 발사는 당초 계획보다 늦어졌다.[16]
  • '''STSS''' (구 SBIRS-Low):

저궤도(LEO)에 20기 이상의 위성을 배치하여 미사일의 부스트 단계 이후 비행 전 과정을 추적하는 것을 목표로 했던 계획이다. 2001년 개발 주체가 공군에서 미국 미사일 방어청으로 이관되었고, 2002년 명칭이 우주 추적 및 감시 시스템(Space Tracking and Surveillance System, STSS)으로 변경되었다. 2009년 9월, 2기의 실증 시험 위성이 발사되었다.[1]

5. 차세대 OPIR

기존에 계획되었던 정지 궤도(GEO)용 SBIRS 위성 중 GEO-7과 GEO-8은 2017년에 예산이 삭감되었다. 이는 Next Generation Overhead Persistent Infrared|차세대 상시 적외선eng이라고 불리는 차세대 적외선 위성 시스템 개발 계획을 고려한 조치였다. 이 차세대 시스템은 기존 SBIRS의 뒤를 잇는 후속 프로그램으로 추진되고 있다.

참조

[1] 뉴스 The end of SBIRS: Air Force says it's time to move on http://spacenews.com[...] SpaceNews 2018-02-21
[2] 웹사이트 Intelligence Authorization Act For Fiscal Year 2000: Space-Based Infrared System-High (House Report 106-130) http://www.gpo.gov/f[...] U.S. Government Printing Office 1999-05-07
[3] 웹사이트 Space Based Infrared System High Program and its Alternative (GAO-07-1088R) https://web.archive.[...] Government Accountability Office 2010-12-22
[4] 웹사이트 CDI: Fact Sheet on Space Based Infrared System https://web.archive.[...] 2017-11-14
[5] 웹사이트 U.S. Air Force Awards Lockheed Martin US$1.5-Billion Contract For SBIRS Follow-On Spacecraft https://web.archive.[...] Lockheed Martin 2009-06-02
[6] 뉴스 Lockheed gets US$262.5 million U.S. satellite down payment https://www.reuters.[...] 2009-07-10
[7] 간행물 United Launch Alliance Marks 50th Successful Launch by Delivering the Space-Based Infrared System (SBIRS) Satellite to Orbit for the U.S. Air Force http://www.ulalaunch[...] United Launch Alliance 2017-11-14
[8] 웹사이트 Contracts for May 25, 2017 https://www.defense.[...] U.S. Department of Defense 2017-11-13
[9] 웹사이트 SBIRS GEO 5, 6 Contract Awarded http://www.losangele[...] U.S. Air Force 2018-01-04
[10] 간행물 U.S. Air Force Awards Lockheed Martin Contract For Next Two SBIRS Missile Defense Early Warning Satellites https://www.lockheed[...] Lockheed Martin 2017-11-13
[11] 웹사이트 DoD Releases Fiscal Year 2021 Budget Proposal https://www.defense.[...] U.S. Department of Defense 2021-02-11
[12] 뉴스 Rocket blasts off with missile-warning satellite https://www.reuters.[...] 2011-05-07
[13] 웹사이트 U.S. Air Force Awards Lockheed Martin US$1.5-Billion Contract For SBIRS Follow-On Spacecraft https://web.archive.[...]
[14] 웹사이트 Molczan in Satobs message 30 September 2005 http://www.satobs.or[...]
[15] 웹사이트 Molczan in Satobs message 24 February 2008 http://www.satobs.or[...]
[16] 뉴스 Delivery Delayed For Lockheed Martin's Early Warning Satellite 2009-09-30
[17] 문서 Launch Priority: Missile Warning Has To Come First http://www.lexington[...] Lexington Institute 2010-10-22
[18] 웹사이트 Lockheed wins US$1.9 billion deal for U.S. missile-warning satellites https://finance.yaho[...] 2014-06-25
[19] 간행물 United Launch Alliance Successfully Launches SBIRS GEO Flight 3 Satellite to Orbit for U.S. Air Force http://www.ulalaunch[...] United Launch Alliance 2017-11-14
[20] 뉴스 Various issues prompt 24-hour scrub of Atlas V with SBIRS GEO-3 http://www.spaceflig[...] Spaceflight Insider 2017-11-14
[21] 웹사이트 U.S. military satellite launched to fortify against missile attacks https://spaceflightn[...] Spaceflight Now 2018-01-26
[22] 뉴스 Production of new missile warning satellites likely delayed by budget impasse http://spacenews.com[...] SpaceNews 2017-11-14
[23] 웹사이트 Atlas V rocket launches SBIRS GEO-5 missile warning satellite for US Space Force https://www.space.co[...] Space.com 2021-06-01
[24] 웹사이트 Atlas V SBIRS GEO 6 https://www.ulalaunc[...] United Launch Alliance 2022-07-02
[25] 웹사이트 United Launch Alliance Successfully Launches Missile Warning Satellite for U.S. Space Force https://www.ulalaunc[...] United Launch Alliance 2022-08-04
[26] 문서 SBIRS GEO-6 Launch Closes Out Two Decades of Progress in Missile Warning, Tracking and Detection; Next-Gen OPIR to Take the Helm https://www.stratcom[...] Lisa Sodders 2022-08-11
[27] 웹사이트 "Trumpet F/O" 1, 2, 3 http://space.skyrock[...] 2012-04-11
[28] 뉴스 U.S. spy network’s successes, failures and objectives detailed in ‘black budget’ summary https://www.washingt[...] 2013-08-29


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