인공위성

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1. 개요
2. 역사
3. 기본 구성
4. 응용 분야
5. 환경 영향
6. 간섭 문제
- 6.1. 충돌 위협
- 6.2. 전파 간섭
7. 규제
- 7.1. 책임 소재
8. 운용
9. 대한민국의 인공위성
10. 인공위성의 수명
11. 세계의 인공위성
- 11.1. 각국 최초의 인공위성
- 11.2. 민간 단체의 발사 능력
12. 위성에 대한 공격
13. 탄도 미사일과의 차이점 및 북한의 유엔 안보리 결의 위반
참조

1. 개요

인공위성은 로켓을 이용하여 지구 궤도에 진입시켜 과학 연구, 통신, 항법, 정찰 등 다양한 목적으로 활용되는 인공 구조물이다. 냉전 시대 우주 경쟁의 일환으로 시작되어, 1957년 소련의 스푸트니크 1호 발사를 기점으로 본격적인 개발이 이루어졌다. 인공위성은 전력 공급, 궤도 및 자세 제어, 통신 체계 등 복잡한 시스템으로 구성되며, 지구 관측, 통신, 정찰, 항법, 천문 관측 등 다양한 분야에 활용된다. 최근에는 우주 쓰레기 문제, 전파 간섭, 위협적인 공격 등 다양한 문제에 직면해 있으며, 각국의 규제와 민간 기업의 참여를 통해 해결 방안을 모색하고 있다.

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인공위성
인공위성 정보
개요
정의	의도적으로 궤도에 배치된 물체
유형
종류	통신 위성 기상 위성 항법 위성 군사 위성 지구 관측 위성 우주 망원경 우주 정거장
기타	소형 위성 큐브 위성
기능
주요 기능	통신 기상 관측 항법 군사 감시 지구 관측 과학 연구
역사
최초의 인공위성	스푸트니크 1호 (1957년)
초기 기술	로켓 기술 발전 및 우주 탐사 경쟁의 산물
궤도
궤도 종류	저궤도 중궤도 정지궤도 극궤도 태양 동기 궤도
기술
구성 요소	탑재체 (센서, 통신 장비 등) 전력 시스템 (태양 전지판, 배터리) 추진 시스템 제어 시스템
통계
활동 중인 인공위성 수	2022년 1월 기준 약 5,000개 이상
국가별	미국, 중국, 러시아 등이 주도
국제 협력
관련 기구	국제 우주 스테이션 (ISS)
문제점
우주 쓰레기	증가하는 우주 쓰레기 문제
기타 문제	충돌 위험 궤도 오염
활용 분야
주요 활용	방송 인터넷 GPS 환경 모니터링 재난 감시 과학 연구
기타
발사체	로켓
운영 주체	정부 기관, 민간 기업
관련 법규	국제 우주법

2. 역사

인공위성의 역사는 냉전 시대의 우주 경쟁과 궤를 같이 한다. 초기 인공위성 개발은 군사적 목적과 과학적 탐구가 맞물려 진행되었으며, 소련의 스푸트니크 1호 발사가 그 시작을 알렸다. 1957년 10월 4일, 소련은 스푸트니크 1호를 성공적으로 발사하며 세계 최초의 인공위성 시대를 열었다.

스푸트니크 1호는 고층 대기의 밀도와 전리층의 무선 신호 분포 데이터를 수집하는 임무를 수행했고, 이는 미국에 큰 충격을 주어 "스푸트니크 쇼크"라 불리는 우주 개발 경쟁의 촉매제가 되었다. 같은 해 11월 3일에는 스푸트니크 2호가 발사되었는데, 개 '라이카'를 탑재하여 최초로 생명체를 궤도에 진입시키는 쾌거를 이루었지만, 안타깝게도 라이카는 귀환하지 못했다.^[11] 미국은 1958년 1월 31일 익스플로러 1호를 발사하여 뒤늦게나마 인공위성 개발 경쟁에 뛰어들었다. ^[12] 익스플로러 1호는 밴앨런대 발견에 기여하는 등 과학적 성과를 거두었다.^[13] 1960년 4월 1일에는 티로스 1호가 발사되어 최초로 우주에서 촬영한 기상 패턴 영상을 지구로 전송했다. ^[14] 이후로 인공위성의 수는 급증하여, 1961년 6월에는 이미 115개의 위성이 지구 궤도를 돌고 있었다.^[15] 미국은 캐나다, 호주 등 다른 국가들에 로켓과 기술 지원을 제공하며 우주 개발 경쟁을 주도했고,^[16]^[17] 이탈리아(산 마르코 1호, 1964년), 프랑스(아스테릭스, 1965년) 등 여러 국가들도 자체 또는 미국의 지원을 받아 인공위성 발사에 성공했다.^[18] 미국은 1945년부터 인공위성 발사를 검토했으나, 1954년 당시 국방장관 찰스 E. 윌슨의 반대로 계획이 지연되기도 했다.^[82] 소련의 스푸트니크 계획은 1955년 발표 후 2년만에 성공을 거두었고,^[83] 스푸트니크 1호는 지구 대기 상층의 밀도와 전리층의 무선 신호 장애 데이터를 제공했다.^[84] 이러한 소련의 성공은 미국을 비롯한 여러 국가의 우주 개발 경쟁 참여를 더욱 가속화시키는 결과를 가져왔다.

초기 인공위성들은 독특한 설계를 가지고 있었지만, 기술 발전과 함께 위성 버스를 기반으로 한 표준화된 설계가 도입되었다. 1972년 발사된 HS-333 정지궤도 통신위성이 대표적인 예시이다. 1997년부터는 FreeFlyer라는 상용 소프트웨어가 위성 임무 분석, 설계 및 운영에 사용되기 시작했다. 2000년대 초에는 큐브위성과 마이크로위성의 등장이 두드러졌으며, 특히 저궤도(LEO)에 많이 발사되었다. 이러한 마이크로위성들은 대기권에서 파괴되거나 완전히 연소되도록 설계되는 경우가 늘고 있다. 2010년대 후반 이후에는 위성 인터넷 네트워크의 등장과 함께 궤도 위성 수가 급증했고, 스페이스X의 스타링크와 같은 대규모 위성 네트워크가 운영되기 시작했다. 스타링크 위성은 대기권 재진입 시 완전히 연소되도록 설계되어 환경 문제 해결에 기여하고 있다.^[21] 대규모 위성 네트워크 운영 기업들은 수명이 다한 위성의 계획적인 궤도 이탈을 통해 우주 쓰레기 문제 해결에도 적극적으로 나서고 있다. 국제 우주 정거장은 가장 큰 인공위성 중 하나이다.^[19] 알제리, 아르헨티나, 오스트레일리아, 오스트리아, 브라질, 캐나다, 칠레, 중국, 덴마크, 이집트, 핀란드, 프랑스, 독일, 인도, 이란, 이스라엘, 이탈리아, 일본, 카자흐스탄, 대한민국, 말레이시아, 멕시코, 네덜란드, 노르웨이, 파키스탄, 폴란드, 러시아, 사우디아라비아, 남아프리카 공화국, 스페인, 스위스, 태국, 터키, 우크라이나, 영국, 미국 등 여러 국가들이 자체적으로 인공위성을 발사하고 있다.^[22] 특히 일본의 JAXA와 NASA는 2024년 여름 친환경적인 목재 인공위성인 LingoSat 시제품을 발사할 계획이다. ^[23]

2. 1. 초기 구상

아이작 뉴턴은 1687년 저서 『자연철학의 수학적 원리』에서 "뉴턴의 대포알"이라는 사고실험을 통해 인공위성의 가능성을 최초로 수학적으로 연구했다.^[2]^[3] 소설에서는 에드워드 에버렛 헤일의 단편 소설 "벽돌 달"(1869)에서 인공위성이 처음으로 허구적으로 묘사되었고,^[78]^[79] 이어 쥘 베른의 『베굼의 재산』(1879)에서도 등장했다.

1903년, 콘스탄틴 치올코프스키는 『제트 추진 장치를 이용한 우주 탐험』을 발표하며 로켓을 이용한 우주선 발사 방법에 대한 최초의 학술 논문을 제시했다. 그는 최소 궤도에 필요한 궤도 속도를 계산하고, 액체 추진제를 사용하는 다단계 로켓이 이를 가능하게 함을 보였다.

1928년, 헤르만 포토치니크는 『우주 여행의 문제』에서 지상 관찰을 위한 궤도 우주선 사용, 과학 실험에 유용한 우주 환경, 그리고 정지궤도 위성(치올코프스키가 최초로 제시)과 지상 통신에 대한 아이디어를 제시했지만, 위성을 대량 방송 및 통신 중계에 사용하는 아이디어는 미흡했다.^[4]

1945년, 아서 C. 클라크는 『무선 세계』 기사에서 대량 통신을 위한 통신 위성의 사용법을 자세히 설명하고, 세 개의 정지궤도 위성으로 지구 전체를 커버할 수 있다고 제안했다.^[5] 같은 해, 미국 공군 랜드 연구소는 『실험용 세계 궤도 우주선의 예비 설계』를 발표하며 위성을 강력한 과학 도구로 평가했고,^[6] 1946년에는 라이먼 스피처가 궤도 우주 망원경을 제안했다.^[8] 랜드 연구소는 1954년과 1955년에도 위성의 과학적 용도에 대한 추가 연구 결과를 발표했다.^[9]^[10]

2. 2. 최초의 인공위성

스푸트니크 1호는 1957년 10월 4일, 소련의 스푸트니크 계획에 따라 세르게이 코롤료프의 주도 하에 발사된 최초의 인공위성이었다. 스푸트니크 1호는 궤도 변화 측정을 통해 고층 대기의 밀도를 파악하고, 전리층에서의 무선 신호 분포 데이터를 제공했다. 이 성공은 미국에 예상치 못한 충격을 주었고, 이른바 "스푸트니크 쇼크"를 불러일으켜 냉전 시대의 치열한 우주 경쟁을 촉발시켰다. 미국은 1955년 7월 29일, 1958년 봄까지 자체 위성을 발사할 계획이라고 발표했지만, 방패 계획은 소련보다 늦었다. 소련은 같은 해 7월 31일, 1957년 가을까지 위성을 발사할 계획이라고 발표했다. 1957년 11월 3일에는 스푸트니크 2호가 발사되었는데, 라이카라는 이름의 개가 탑재되어 최초로 생명체가 궤도에 진입했다. ^[11] 하지만 안타깝게도 라이카는 귀환하지 못했다. 미국은 1958년 1월 31일, 익스플로러 1호를 발사하여 첫 번째 인공위성을 궤도에 올렸다. ^[12] 익스플로러 1호의 방사선 검출기는 밴앨런대 발견에 중요한 역할을 했다.^[13] 1960년 4월 1일에는 티로스 1호가 발사되어 우주에서 촬영한 최초의 기상 패턴 텔레비전 영상을 지구로 전송했다. ^[14] 스푸트니크 1호 발사 후 3년 반이 지난 1961년 6월에는 미국 우주 감시 네트워크가 지구 궤도를 도는 115개의 위성을 목록에 올렸다. ^[15] 캐나다, 호주 등 다른 국가들도 미국 로켓과 기술 지원을 받아 인공위성 발사를 진행했다. ^[16] ^[17] 이탈리아의 최초 위성인 산 마르코 1호는 1964년 12월 15일, 미국의 지원으로 발사되었다.^[18] 프랑스는 1965년 11월 26일, 자체 로켓인 다이아망 A를 이용하여 아스테릭스를 발사하며 자체 로켓으로 위성 발사에 성공한 세 번째 국가가 되었다. 미국은 1945년부터 인공위성 발사를 검토해 왔으나, 1954년 미국 국방장관 찰스 E. 윌슨은 미국의 인공위성 계획을 부인했다.^[82] 1955년 7월 미국은 1958년 봄까지 인공위성 발사 계획을 발표했고, 소련은 같은 해 7월 가을까지 발사 계획을 발표했다. 소련의 스푸트니크 계획은 1957년 10월 4일 스푸트니크 1호 발사로 결실을 맺었다. ^[83] 스푸트니크 1호는 지구 대기 상층의 밀도와 전리층의 무선 신호 장애 데이터를 제공했다. ^[84] 이러한 성공은 미국의 우주 개발 경쟁 참여를 가속화시켰다.

2. 3. 위성 개발의 발전

초기 인공위성들은 독특한 설계로 제작되었으나, 기술 발전과 함께 위성 버스를 기반으로 한 표준화된 설계가 도입되었습니다. 1972년 발사된 HS-333 정지궤도 통신위성이 최초의 표준화된 위성 버스 설계의 사례입니다. 1997년부터는 FreeFlyer라는 상용 소프트웨어가 위성 임무 분석, 설계 및 운영에 활용되기 시작했습니다.

2000년대 초에는 큐브위성과 마이크로위성의 등장이 두드러졌습니다. 마이크로위성은 특히 저궤도(LEO)에 많이 발사되었으며, 대기권에서 파괴되거나 완전히 연소되도록 설계되는 경우가 증가했습니다. 2010년대 후반 이후에는 위성 인터넷 네트워크의 등장과 함께 궤도 위성 수가 급증하였고, 스페이스X의 스타링크와 같은 대규모 위성 네트워크가 운영되기 시작했습니다. 스타링크 위성들은 대기권 재진입 시 완전히 연소되도록 설계되어 환경 문제 해결에 기여하고 있습니다.^[21] 대규모 위성 네트워크 운영 기업들은 수명이 다한 위성의 계획적인 궤도 이탈을 통해 우주 쓰레기 문제 해결에도 적극적으로 나서고 있습니다. 국제 우주 정거장은 가장 큰 인공위성의 예입니다.^[19]

다양한 국가들이 위성을 발사하였는데, 알제리, 아르헨티나, 오스트레일리아, 오스트리아, 브라질, 캐나다, 칠레, 중국, 덴마크, 이집트, 핀란드, 프랑스, 독일, 인도, 이란, 이스라엘, 이탈리아, 일본, 카자흐스탄, 대한민국, 말레이시아, 멕시코, 네덜란드, 노르웨이, 파키스탄, 폴란드, 러시아, 사우디아라비아, 남아프리카 공화국, 스페인, 스위스, 태국, 터키, 우크라이나, 영국, 미국 등이 있습니다.^[22] 특히, 일본의 우주 탐사 기구(JAXA)와 NASA는 2024년 여름에 친환경적인 목재 인공위성인 LingoSat 시제품을 발사할 계획입니다. ^[23]

3. 기본 구성

인공위성은 미션계, 텔레미트리·추적사령계, 궤도·자세제어계, 전원계, 구조체 등으로 구성된다. 인공위성 시스템은 위성계와 지상지원계로 나뉘며, 두 계 사이에는 업링크와 다운링크가 이루어진다.^[94] 위성계는 임무 수행을 위한 임무장비와 전력, 통신, 자세제어 등 기본 기능을 담당하는 위성버스로 구성된다.^[95] 지상지원계는 위성 추적, 데이터 획득, 운용 및 관제를 위한 장비로 구성된다.^[95]

인공위성은 발사 및 분리 시 큰 하중, 진동, 충격을 받으므로, 탑재 장비의 부담을 줄이는 설계가 중요하다. 중앙 원통형, 패널 지지형, 트러스형 등의 구조 또는 이들의 복합 구조가 사용되며, 재료로는 스테인리스, 티타늄 등이 사용된다.^[95] 목재의 이용도 검토되고 있다.^[96] 우주 공간의 고온/저온 환경과 진공 상태를 고려하여, 탑재 장비의 작동 온도를 유지하기 위한 설계가 필요하다. 써멀 블랭킷, 히트 파이프, 라디에이터, 히터 등의 장치가 사용된다. 정지궤도위성의 경우, 하지, 동지, 춘분, 추분 조건에서 태양광 조사량과 지구 복사를 고려하여 유한요소법을 이용한 설계 해석을 수행한다. 임무 달성을 위한 관측 장비는 각 인공위성 항목을 참조한다.

전력 공급은 인공위성 기능 유지를 위해 매우 중요하며, 높은 신뢰성과 안정적인 성능이 요구된다.^[5] 일반적으로 전원계는 발전 또는 기전계, 2차 전지, 제어계, 전력 분배 접속계로 구성된다.^[5] 대부분의 인공위성은 태양전지를 이용하여 전력을 생산한다. 태양전지는 태양광을 이용해 광기전효과로 전기에너지를 생산하며, 수광면적에 비례하여 기전력이 발생한다. 지구 주변 궤도에서 1m²당 약 100W의 전력을 생산하지만, 고에너지 방사선으로부터 보호하기 위한 석영 유리 피복으로 무게가 증가한다.^[5] 유인 우주선에서는 연료전지가 사용되기도 하며, 방사성 동위원소 열전 발전기는 행성 탐사선 등에서 사용된다.^[5] 과거에는 소형 원자로가 사용되기도 했으나, 현재는 거의 사용되지 않는다.^[5] 태양전지를 주 전력원으로 사용하는 위성은 일조 시간 동안 배터리를 충전하고, 그늘에서는 배터리를 방전하여 전력을 공급한다. 주로 리튬 이온 배터리가 사용되며, 과거에는 니켈-수소 배터리가 사용되었다.^[5] 태양전지를 사용할 수 없는 우주 탐사선은 원자력 전지 등 대체 전원을 사용한다.^[5]

인공위성과 지상국 간 통신은 위성 운영 및 관리에 필수적이다. 텔레메트리 시스템을 통해 위성 내부 정보가 지상 기지국으로 전송되고, 지상 기지국은 이 데이터를 분석하여 위성 운영 및 관리에 필요한 조치를 취한다. 또한, 지상의 레이더가 위성 위치를 추적할 수 있도록 신호를 발신한다. TTC(텔레메트리, 추적, 명령)는 텔레메트리, 추적, 명령 기능을 의미하지만, 최근에는 C&DH(명령·데이터 핸들링)계로 부르는 경우가 증가하고 있다.^[95] 트랜스폰더는 통신·방송 위성에 탑재되어 지상에서 발사된 전파를 수신, 주파수 변환 및 증폭 후 지상으로 재송출하는 송수신기이다. 안테나는 전파의 송수신 장치로, 방송·통신 및 레이더 관측 위성에서 중요한 역할을 수행한다.

3. 1. 궤도 및 자세 제어

인공위성의 궤도는 대개 타원형이며, 정지형 위성을 제외하고는 궤도면이 적도면과 특정 각도(궤도경사각)를 이룬다. 이 각도는 발사장 위치와 발사 조건에 따라 결정된다. 보통 위성은 지구 자전의 접선속도를 이용하여 동쪽으로 발사되며, 예를 들어 북위 30°에서 발사하면 자전속도에 의한 이득은 초속 약 400m에 달한다. 발사 후에는 궤도면이나 고도 등을 변경하는 궤도변환 조작이 필요한 경우가 많다. 특히 정지형 궤도는 지구 자전 각속도와 같은 각속도로 적도 상공을 도는 궤도로, 위성이 지상에서 정지해 있는 것처럼 보인다. 이 궤도의 고도는 적도 상공 약 3만 5810km이다. 정지형 궤도에 위성을 직접 진입시키는 것은 비효율적이므로, 보통 먼저 장원궤도에 진입시킨 후 원지점모터를 사용하여 궤도를 수정한다. 이때 위성의 자세를 정확히 제어해야 한다. 정지형 통신위성의 경우, 초기 중량의 약 절반을 원지점모터가 차지하며, 자세 제어 및 궤도 수정에 필요한 추진제를 상당량 적재해야 한다. 준정지형 궤도는 정지형 궤도와 유사하지만, 약간의 경사각을 가지도록 설계되어 적도 상공을 축으로 남북으로 이동하며, 북반구와 남반구에 각각 12시간씩 머무른다. 또 다른 준정지형 궤도는 고도를 정지형보다 약 2000km 낮게 설정하여 매일 약 30°씩 동쪽으로 이동, 12일 후 원래 위치로 돌아오는 방식이다. 태양동기궤도는 인공위성의 궤도면이 매일 약 0.99°씩 쏠리도록 설계되어, 특정 시각 특정 지점 상공에 위성이 나타나도록 한다. 군사용 정찰위성 등에 사용된다.

지구의 중력으로 인해 인공위성은 타원궤도를 그리며 공전하며, 지구의 인력을 벗어나기 위해서는 탈출속도(약 시속 4만 km 이상)가 필요하다. 위성궤도는 지구 중력, 고층대기 등의 영향으로 장기간 변동하므로, 궤도 및 자세 제어계가 필요하다. 이는 위성의 자세를 정확히 유지하고, 궤도를 수정하는 역할을 한다. 특히 지구 표면 관측이나 전파 송수신 안테나의 방향 제어에 중요하다. 태양전지의 효율을 높이기 위해서도 자세 제어가 중요하다. 궤도 및 자세 제어에는 화학 추진, 이온 추진 등 다양한 방법이 사용되며, 반작용 휠 등을 이용하여 세 개의 회전축 또는 자세를 제어한다. 지구 근접 위성은 지구 자기장, 중력장, 태양 복사압의 영향을, 더 먼 위성은 달이나 태양의 중력장의 영향을 더 많이 받는다. 화학 추진은 단일 추진제 또는 이원 추진제를 사용하며, 일반적으로 히드라진 기반 단일 추진제나 모노메틸히드라진-사산화이질소 이원 추진제를 사용한다. 이온 추진은 화학 추진보다 효율이 높지만 추력이 작아 더 긴 연소 시간이 필요하며, 제논을 추진제로 사용하는 경우가 많다. 자세 안정 방식에는 스핀 자세 안정 방식과 3축 자세 안정 방식이 있으며, 스핀 방식은 간단하지만 형태가 제한적이고, 3축 방식은 자세 방향을 자유롭게 선택할 수 있지만 열 제어가 복잡하다. 궤도 제어는 계획된 궤도에서의 궤도 변경, 정찰 위성의 궤도 변경, 정지 위성의 궤도 변경 및 수명 종료 후 궤도 이동 등 다양한 목적으로 사용된다.

3. 2. 전력 공급

인공위성의 전력 공급은 위성의 기능 유지를 위해 매우 중요하며, 높은 신뢰성과 안정적인 성능이 요구된다.^{^[5]} 일반적으로 전원계는 발전 또는 기전계(起電系), 2차 전지, 제어계, 전력 분배 접속계로 구성된다.^{^[5]}

현재 대부분의 인공위성은 태양전지를 이용하여 전력을 생산한다. 태양전지는 태양광을 받아 광기전효과를 이용하여 전기에너지로 변환하는데, 수광면적에 비례하여 기전력이 발생한다. 지구 주변 궤도에서 1m²당 약 100W의 전력을 생산하지만, 고에너지 방사선으로부터 보호하기 위해 석영 유리를 피복하여 무게가 증가한다.^{^[5]}

유인 우주선에서는 연료전지가 사용되는 경우도 있다. 수소와 산소의 화학반응으로 전력을 생산하는 연료전지는 효율이 높고 발전량 제어가 용이하지만, 반응제의 양에 따라 사용 기간이 제한된다.^{^[5]} 방사성 동위원소 열전 발전기는 방사성 동위원소(주로 플루토늄 238)의 붕괴 시 방출되는 방사선을 이용하여 열을 발생시키고, 이 열을 열전효과로 전력으로 변환한다.^{^[5]} 행성 탐사선 등에서 사용되지만, 기전력이 낮아 많은 열전쌍이 필요하며, 방열 장치와 방사선 차폐가 필요하다.^{^[5]} 과거에는 대전력이 필요한 경우 소형 원자로가 사용되기도 했으나, 현재는 거의 사용되지 않는다.^{^[5]} 태양로를 이용한 발전도 제안되었지만, 현재는 태양전지가 주류이다.^{^[5]}

태양전지를 주 전력원으로 사용하는 위성은, 일조 시간 동안 태양전지로 배터리를 충전하고, 그늘에 들어가는 시간에는 배터리를 방전하여 전력을 공급한다. 주로 사용되는 배터리는 리튬 이온 배터리이며, 과거에는 니켈-수소 배터리가 사용되었다.^{^[5]} 과충전 방지를 위해 제어 장치가 필요하다.^{^[5]} 태양 전지판은 슬립 링을 통해 위성에 연결되며, 최대 전력 생산을 위해 태양을 향하도록 회전한다.^{^[5]} 태양전지를 사용하는 모든 위성에는 발사체 내부나 야간을 대비한 배터리가 필수적이다.^{^[5]} 태양전지를 사용할 수 없는 우주 탐사선은 원자력 전지 등 대체 전원을 사용한다.^{^[5]}

3. 3. 통신 체계

인공위성과 지상국 간의 통신은 위성 운영 및 관리에 필수적이다. 텔레메트리(원격측정) 시스템을 통해 위성 내부의 다양한 상태와 장치 정보가 지상 기지국으로 전송된다. 지상 기지국은 수신된 데이터를 분석하여 위성의 운영 및 관리에 필요한 조치를 결정하고, 전파를 통해 위성에 명령을 전달한다. 위성은 이 명령에 따라 장치를 제어한다. 또한, 지상의 레이더가 위성의 위치를 추적할 수 있도록 신호를 발신하는 기능도 포함된다.

TTC(Telemetry, Tracking, Command)는 텔레메트리(위성 작동 상황 지상 송신), 추적(궤도 측정 신호 송수신), 명령(기기 제어) 기능을 의미한다. 하지만 최근에는 컴퓨터를 통해 명령이 자동 송신되는 경우가 많아지면서, C&DH(명령·데이터 핸들링)계로 부르는 경우가 증가하고 있다.^[95] 트랜스폰더는 통신·방송 위성에 탑재되어 지상에서 발사된 전파를 수신, 주파수 변환 및 증폭 후 지상으로 재송출하는 송수신기이다. 안테나는 전파의 송수신 장치로, 방송·통신 및 레이더 관측 위성에서 중요한 역할을 수행한다.

4. 응용 분야

인공위성은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 과학 관측 및 연구, 경제 사회 활동 지원, 안보를 위한 정보 수집, 우주 산업 활동 등이 대표적인 예시다. 비군사적인 인공위성의 임무는 크게 세 가지로 나눌 수 있다.

먼저, 통신 위성은 국제 통신, 방송, 인터넷 서비스에 필수적인 역할을 한다. 고정통신위성은 광범위한 지역을 커버하며 수많은 통신을 처리하지만, 지상국 의존도가 높아 오지나 이동체와의 통신에는 제약이 있다. 모바일 위성 시스템은 이러한 한계를 극복하고자 개발되었으며, 오지에서 이동하는 자동차, 선박, 항공기 등에 내비게이션 서비스를 제공하고 전 세계의 통신 장치와 연결을 가능하게 한다. 하지만 위성 위치와 신호 강도에 따라 통신 품질이 영향을 받을 수 있다. 미래에는 저궤도 위성 등을 활용한 초고속, 저지연 통신 서비스가 더욱 확대될 것으로 예상되며, 한국의 KT와 같은 통신 대기업들은 5G, 6G 통신과 연동한 효율적인 시스템 구축에 힘쓰고 있다.

다음으로, 정찰 위성은 군사 목적의 정보 수집에 사용된다. 사진 정찰, 적외선 탐지, 전자 정찰 등 다양한 방식으로 정보를 수집하며, 특히 미사일 발사 기지 상황이나 군 부대 이동 추적 등에 중요한 역할을 한다. 미국과 러시아가 주도하고 있으며, 지구관측위성이나 통신위성이 군사 목적으로 사용될 경우 정찰위성으로 분류된다. 조기 미사일 경보, 핵폭발 탐지, 전자 정찰, 그리고 영상 감시 등에 활용된다. 하지만, 2000년대 중반 이후 위성 해킹을 통한 정보 유출 시도가 빈번해지고 있으며, 국제 안보에 심각한 위협이 되고 있다. 특히 중국과 러시아의 군사적 행보는 국제사회의 우려를 불러일으키고 있으며, 미국과의 기술 경쟁 속에서 더욱 위험한 상황을 연출하고 있다. 미국 등은 이에 대한 대응으로 미사일 방어 체계 강화에 나서고 있다. 더욱이 2007년 중국이 기상위성 풍운 1호 C를, 2008년 미국이 정찰위성 USA-193을 격추하는 사례가 있었고, 2015년 러시아는 대위성 무기 '누돌' 미사일 시험 발사에 성공했으며, 2019년 인도 또한 위성 파괴 능력을 시험했다. 이는 위성 공격 무기(킬러 위성) 개발 및 위성을 이용한 사이버 공격의 심각성을 보여주는 사례다.

마지막으로, 항법 위성은 지상의 이동 수신기에 정확한 위치 정보를 제공한다. 위성과 지상 수신기 간 시선이 명확하고 기술 발전으로 실시간으로 수 미터 단위의 정확도로 위치를 측정할 수 있다. 미국의 GPS, 유럽 연합의 갈릴레오, 러시아의 GLONASS, 중국의 베이더우 등이 대표적이며, 실시간 위치 측정 외에도 교통 관리, 군사 작전 등 다양한 분야에 활용된다. 특히 GPS는 전 세계적으로 널리 쓰이며, 민간뿐 아니라 군사 작전에서도 중요한 역할을 한다. 최근에는 정확도 향상 및 보안 강화를 위한 연구가 활발하다.

이 외에도 과학 위성은 지구, 행성, 태양 등을 관측하고 우주 공간을 연구하며, 허블 우주 망원경과 같은 천문 위성은 먼 행성, 은하 등을 관측하는 데 쓰인다. 초기에는 고층 대기나 지구 자기권 연구에 주로 사용되었으나, 연구 범위가 확대되어 태양계를 넘어 은하계와 우주 구조까지 연구 대상이 되었다. 국제 공동 연구도 활발하게 진행되고 있으며, 과 같은 위성이 대표적이다. 또한, 계류 위성, 회수 위성, 생물 위성 등 다양한 실험용 위성과, 우주 태양광 발전 위성, 우주쓰레기 제거 위성 등의 개발도 진행되고 있다. 장기적으로는 우주 공간의 특수 환경을 이용한 특수 재료 생산, 대형 태양전지 패널을 이용한 태양발전위성, 달 자원을 활용한 우주 콜로니 건설 등의 계획도 존재한다.

4. 1. 지구 관측

지구 관측 위성은 원격 탐사 기술을 이용하여 지구를 관측하는 인공위성이다. 대부분의 지구 관측 위성은 고해상도 데이터 확보를 위해 저궤도에 배치되지만, 중단 없는 관측을 위해 정지궤도에 배치되는 위성도 있다. 또한, 일관된 조명 확보와 지구 전체 관측을 위해 태양 동기 궤도에 배치되는 경우도 있다. 위성에는 일반 카메라, 우주 기반 레이더, 라이더, 광도계 또는 대기 관측 장비 등 다양한 장비가 탑재되어 있으며, 획득된 데이터는 고고학, 지도 제작, 환경 모니터링, 기상학, 정찰 등 다양한 분야에 활용된다. 2021년 기준으로 950개 이상의 지구 관측 위성이 운용 중이며, 플래닛 랩스가 가장 많은 위성을 운용하고 있다.^[25]

기상 위성은 구름, 도시의 불빛, 화재, 오염의 영향, 오로라, 모래 및 먼지 폭풍, 눈 피복, 빙하, 해류 경계, 에너지 흐름 등을 모니터링한다. 환경 모니터링 위성은 식생, 대기 미량 가스 함량, 해양 상태, 해양 색깔, 빙원의 변화를 감지하며, 시간 경과에 따른 식생 변화 모니터링을 통해 가뭄을 감시할 수 있다.^[26] 대류권의 NO₂와 SO₂ 데이터를 분석하여 인위적 배출량을 모니터링하는 데에도 활용된다.^[27] 과학 관측 위성은 지구과학, 해양학, 대기과학적 조사에도 이용된다. 미국은 1972년 7월 어츠 1호(Landsat 1호로 개칭)를 발사하여 자원 및 환경 탐사 분야에서 큰 성과를 거두었으며, 이후 해양 탐사 위성도 발사하고 있다. 1967년 세계기상기구(WMO)는 세계기상감시(WWW) 계획을 채택하여 지구대기연구계획(GARP)을 추진하였고, 미국과 러시아, 일본 등이 정지형 및 극궤도 기상 관측 위성을 발사하여 입체적 관측을 실시하였다. 국제전기통신위성기구(INTELSAT)는 대서양, 태평양, 인도양 상공에 상업 통신 위성을 배치하여 국제 통신 중계 업무를 수행하고 있다. 또한, 해상 항행 중 선박과 지상 간 통신을 위한 해사 위성 시스템도 구축되었다.

4. 2. 통신

통신 위성은 국제 통신, 방송, 인터넷 서비스 제공에 중요한 역할을 한다. 고정통신위성은 국가나 대륙을 넘어 수천억 개의 음성, 영상, 데이터 통신을 처리하며, 광범위한 지역을 커버하는 장점이 있다. 반면, 지상국과의 통신에 의존하기 때문에 오지나 이동체와의 통신에는 제약이 있을 수 있다. 모바일 위성 시스템은 이러한 한계를 극복하기 위해 개발되었으며, 오지에 있는 자동차, 선박, 항공기 및 사람들에게 내비게이션 서비스를 제공하고, 세계 각지의 다른 모바일 또는 고정 통신 장치와의 통신을 가능하게 한다. 그러나, 모바일 위성 시스템 역시 위성의 위치 및 신호 강도에 따라 통신 품질이 영향을 받을 수 있다. 미래에는 더욱 발전된 기술을 통해 위성 통신의 속도와 안정성이 향상될 것으로 예상되며, 저궤도 위성과 같은 새로운 기술을 활용한 초고속, 저지연 통신 서비스가 확대될 것으로 기대된다. 특히, 한국의 경우 KT와 같은 통신 대기업들이 위성 통신 기술 발전에 적극적으로 투자하고 있으며, 5G, 6G 통신과의 연동을 통해 더욱 효율적인 통신 시스템 구축에 노력하고 있다.

4. 3. 정찰

군사 목적의 정보 수집을 위해 인공위성을 활용하는 것은 우주 개발 초기부터 시작되었으며, 최근에는 그 규모와 정밀도가 크게 향상되었다. 주요 활용 분야는 사진 정찰, 적외선 탐지, 전자 정찰, 군사 통신, 기상 관측, 측거 등이며, 특히 미사일 발사 기지 상황 및 미사일 성능 평가, 군 부대 이동 및 전개 추적 등이 중요하다. 현재 미국과 러시아가 이러한 활동을 주도하고 있다. 지구관측위성이나 통신위성이 군사 또는 정보 목적으로 사용될 경우, 이를 정찰위성 또는 스파이 위성이라 부른다. 이러한 위성은 조기 미사일 경보, 핵폭발 탐지, 전자 정찰, 그리고 광학 또는 레이더 영상 감시 등 다양한 용도로 활용된다.

4. 4. 항법

항법 위성은 지상의 이동 수신기에 전파 시간 신호를 보내 정확한 위치를 파악하는 데 쓰입니다. 위성과 지상 수신기 사이의 시선이 비교적 명확하고 전자 장비가 계속 발전하면서, 위성 항법 시스템은 실시간으로 수 미터 단위의 정확도로 위치를 측정할 수 있습니다. 대표적인 위성 항법 시스템으로는 미국의 GPSGPS, 유럽 연합의 갈릴레오갈릴레오 위성항법시스템, 러시아의 GLONASSGLONASS, 중국의 베이더우베이더우 위성항법시스템 등이 있습니다. 이러한 시스템들은 실시간 위치 측정은 물론, 교통 관리, 군사 작전 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 특히 GPS는 전 세계적으로 널리 사용되고 있으며, 민간 분야뿐 아니라 군사 작전에서도 중요한 역할을 하고 있습니다. 최근에는 위성항법시스템의 정확도 향상 및 보안 강화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

4. 5. 천문 관측

초기 인공위성은 주로 고층 대기나 지구 자기권 연구에 활용되었으나, 이후 태양 활동과 지구 환경의 상관관계, 행성 간 대기의 물리적 조사 및 관측 등으로 연구 범위가 확대되어 태양계를 넘어 은하계와 우주 구조까지 연구 대상이 되었다. 과학위성은 전문화되고 있으며, 국제 공동 연구가 활발하게 진행되고 있다. 스페이스 셔틀에 탑재되는 우주 실험실 스페이스랩은 다양한 관측 및 실험 장치를 동시에 탑재할 수 있어 여러 분야의 연구를 동시에 수행할 수 있으며, 전문 과학자의 탑승도 가능해 큰 성과가 기대된다.^[27] 허블 우주 망원경과 같은 천문 위성은 먼 행성, 은하, 그리고 다른 우주 물체들을 관측하는 데 사용된다.

4. 6. 실험

계류 위성은 가는 케이블(계류)로 다른 위성에 연결된 위성이다. 회수 위성은 정찰, 생물학, 우주 생산 등의 탑재체를 궤도에서 지구로 회수하는 역할을 한다. 생물 위성은 과학 실험을 위해 생물체를 운반하도록 설계된 위성이다. 우주 태양광 발전 위성은 태양에서 에너지를 모아 지구 또는 다른 장소로 전송하는 것을 목표로 한다.^[89]

태양광발전위성은 궤도에서 태양광 발전을 수행하고, 마이크로파 등으로 전력을 지상으로 보내는 위성이다. 우주태양광발전과 관련된 기술이다. 또한, 우주쓰레기를 제거하는 우주쓰레기 제거 위성도 개발 중이다. 2020년대를 목표로 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발에 착수했으며, 우주쓰레기에 도전성 테더(끈)를 부착하여 궤도를 낮춰 대기권 재돌입시키는 아이디어가 제안되었다(테더 추진 참조).^[90]^[91] 어망 제조업체인 닛토세이모가 테더 개발에 협력하고 있다.^[92] 참고로, 현재 명칭은 잠정적이다. 장기적으로는, 스페이스 셔틀과 같은 대형 물체를 궤도에 운반하는 기술을 활용하여 우주 공간의 특수 환경을 이용, 지상에서는 제작이 불가능한 재료나 물질을 생산하는 계획도 추진 중이다. 또한, 초대면적의 태양전지 패널을 이용한 태양발전위성도 검토되고 있으며, 달의 암석을 정련하여 얻은 금속 재료를 사용한 우주 콜로니 건설 계획도 존재하지만, 막대한 건설비용이 걸림돌이 되고 있다.

4. 7. 무기

2000년대 중반 이후 군사 조직들은 위성 해킹을 통해 선전 방송이나 군사 통신망에서 기밀 정보 유출을 시도해 왔다.^[28]^[29] 지구 저궤도 위성은 지상에서 발사된 탄도 미사일로 파괴될 수 있으며, 러시아, 미국, 중국, 인도는 이러한 능력을 시연했다.^[30] 대표적으로 2007년 중국은 자국의 기상위성 풍운 1호 C를, 2008년 미국 해군은 정찰위성 USA-193을 격추했다.^[30]^[31] 2015년 러시아는 대위성 무기인 '누돌' 미사일의 시험 발사에 성공했고, 2019년 인도는 고도 300km에서 실제 위성을 격추하는 데 성공하며 위성 파괴 능력을 가진 네 번째 국가가 되었다.^[32]^[33] 21세기 초에는 위성 해킹을 통한 선전 목적의 활용이나 군사 네트워크에서의 기밀 정보 탈취 시도가 빈번하게 발생하고 있다.^[119]^[120] 이러한 위성 공격 무기(킬러 위성)의 개발과 위성을 이용한 사이버 공격 등은 국제 안보에 심각한 위협으로 작용한다. 특히 중국과 러시아의 군사적 행보는 국제사회의 우려를 자아내고 있으며, 미국과의 기술 경쟁 속에서 더욱 위험한 양상을 보이고 있다. 미국과 같은 국가들이 미사일 방어 체계 강화에 나서는 것 또한 이러한 위협에 대한 대응으로 해석될 수 있다.

5. 환경 영향

인공위성의 환경 영향은 과거에는 발사 횟수가 적어 크게 문제되지 않았지만, 최근 급증하는 발사 횟수로 인해 심각한 문제로 떠오르고 있다. 주요 문제는 자원 사용과 대기 오염 물질 배출이며, 이는 인공위성의 수명 주기 전반에 걸쳐 발생한다. 인공위성의 임무 종료 후에는 궤도 이탈, 그대로 방치, 묘지 궤도로 이동 등의 선택지가 있지만, 예산 문제나 기술적 한계로 우주 쓰레기가 되는 경우도 많다. 에어버스 등은 폐기된 위성을 포획하여 추락시키는 서비스를 검토 중이며, 제어된 추락의 경우 남태평양의 고립점을 목표로 한다. 대기권 재진입 시에는 대부분 연소하지만, 잔류하는 금속 입자는 대기 오염의 원인이 되며, 이를 해결하기 위해 목재를 사용하는 연구도 진행 중이다.^[96]^[97]^[98]^[99]^[100]^[101] 추력기 연료의 수명이 인공위성의 수명을 좌우하기 때문에, 히드라진 대신 수명이 긴 이온 엔진을 사용하는 추세이며, 연료 보급이나 수리 계획도 있다.

로켓 발사는 대기, 특히 성층권에 블랙 카본, 이산화탄소, 질소산화물, 알루미늄, 수증기 등의 오염 물질을 배출한다.^[40]^[41] 전체 배출량의 0.01% 수준으로 항공 산업보다 훨씬 적지만, 성층권에서의 영향은 아직 연구 초기 단계이며, 오존층 파괴 가능성도 존재한다.^[36] 다만, 현재 오존층 파괴 물질의 영향과 동등한 수준이 되려면 로켓 발사 횟수가 10배 증가해야 한다는 분석도 있다.^[43]^[44] 수증기는 HO_x의 원천 가스이며, 블랙 카본은 태양 복사를 흡수하여 성층권 순환 역학에 영향을 미친다.^[43]^[45]

저궤도 위성은 궤도 유지를 위해 추진제를 사용하며, 이 과정에서 발생하는 배출가스는 우주 공간에 잔류하여 지구 대기권 상층부의 구성을 변화시키고 오존층 파괴에 영향을 줄 수 있다.^[40] 위성 재료 열화로 발생하는 미세 입자는 우주 쓰레기가 되어 다른 위성과의 충돌 위험을 증가시키며, 화학 추진제는 독성 물질을 포함하고 있다. 위성에서 발생하는 빛은 밤하늘의 광공해를 유발한다. 친환경 추진제 개발, 위성 설계 기술 개선, 수명 종료 후 안전한 궤도 제거 기술이 중요하다.^[46] 특히, 최근 우주 개발 경쟁 심화로 위성 발사 횟수가 증가하고 있어, 정부 규제 및 국제 협력을 통한 적극적인 대응이 필요하다.

저궤도(LEO) 위성은 히드라진 연소 시 암모니아, 수소, 질소를 배출하고,^[40] 외부 재료 열화로 이산화탄소와 일산화탄소를 방출한다.^[46] 이러한 오염 물질 배출은 지구 환경에 부정적인 영향을 미치고 광공해를 심화시킨다. 히드라진과 같은 추진제의 지속 가능한 대체재 개발이 시급하다.

밤하늘의 인공위성 증가는 광공해를 심화시켜, 곤충이나 야행성 철새 등의 생물에게 혼란을 야기할 수 있다.^[47]^[48]^[49] 인간의 세계관과 자연과의 관계에 대한 인식에도 영향을 미칠 수 있다.^[50]

위성 운영에는 광범위한 지상 기반 시설이 필요하며, 건설 및 운영에 상당한 환경적 비용이 발생한다.^[36] 에너지 소비, 폐기물 발생, 탄소 배출량 등을 정확히 측정하고 환경 영향을 평가해야 한다.

수명이 다한 인공위성의 폐기는 방사성 물질 오염을 초래할 수 있으며,^[36] 안전한 폐기에는 궤도 이탈 또는 폐기 궤도로의 이동이 고려되지만, 완벽한 해결책은 아니다.^[36] 물리적 수거는 어렵고, 폐기 궤도로 이동시켜도 수백 년 동안 우주 쓰레기로 남아 우주 오염을 심화시킨다. 대기권 재진입 시에도 대기 오염과 오존층 손상을 일으킬 수 있으며,^[34]^[51]^[36] 70%는 바다에 떨어져 거의 회수되지 않는다.^[40] 인공위성 폐기 문제는 지속적인 관심과 해결책 모색이 필요한 시급한 과제다.

대기권 재진입 시 환경 오염 문제 해결을 위해 목재를 인공위성 재료로 사용하는 방안이 연구되고 있다.^[52] 이를 통해 환경 친화적인 위성 제작이 가능하며, 잔해물 양을 줄이고 지구 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

5. 1. 자원 사용

인공위성과 발사체 제작에는 다량의 자원이 사용되며, 그 사용량은 상업적 기밀로 정확한 수치를 파악하기 어렵다. 하지만 위성 제작에는 가볍고 저렴한 알루미늄이 주로 사용되는데, 위성 전체 질량의 약 40%를 차지한다.^[34] 알루미늄 채굴과 정제 과정은 상당한 환경적 문제를 야기하며, 매우 높은 탄소 배출량을 유발하는 대표적인 금속 중 하나이다.^[35] 뿐만 아니라 리튬, 금, 갈륨 등의 희귀 원소도 필요하며, 이들 역시 채굴 및 처리 과정에서 심각한 환경 문제를 일으키거나 공급이 부족한 경우가 많다.^[36]^[37]^[38] 발사체는 위성보다 더 많은 원자재를 필요로 하며, 부스터는 연료 소진 후 대부분 바다에 폐기된다.^[36] 회수되지 않는 경우가 많다는 점 또한 환경적 문제를 심화시킨다. 예를 들어, 아리안 5호의 빈 부스터 두 개는 각각 약 38톤의 강철로 제작되었는데, 이는 바다에 버려지는 막대한 자원의 양을 보여주는 대표적인 사례이다.^[39]

5. 2. 발사

로켓 발사는 대기, 특히 대류권계면 상층부에 많은 오염물질을 배출한다.^{^[40]} 이에는 블랙 카본, 이산화탄소(CO₂), 질소산화물(NO_x), 알루미늄, 수증기 등이 포함되며, 그 혼합 비율은 로켓 설계와 연료 유형에 따라 다르다.^{^[41]} 로켓 발사로 인한 온실가스 배출량은 전체 배출량의 약 0.01%로 항공 산업 연간 배출량(2~3%)보다 훨씬 적어 미미한 수준으로 간주된다.

하지만 성층권에서의 로켓 배출 및 영향에 대한 연구는 초기 단계이며, 대류권보다 더 심각한 영향을 미칠 가능성이 높다.^{^[36]} 성층권의 오존층은 NO_x, HO_x, ClO_x와 같은 라디칼의 분자간 반응에 의해 오존층 파괴가 발생할 수 있으며, 미량으로도 큰 영향을 미칠 수 있다. 다만, 현재로서는 규제된 오존층 파괴 물질의 영향과 동등한 수준의 영향을 미치려면 로켓 발사 횟수가 10배 증가해야 한다는 분석도 있다.^{^[43]^[44]} 수증기는 대부분 불활성으로 여겨지지만, HO_x의 원천 가스이며, 얼음 입자 형성을 통해 오존 손실에 기여할 수 있다.^{^[43]} 또한, 블랙 카본 입자는 성층권에서 태양 복사를 흡수하여 주변 공기 온도를 높이고, 성층권 순환 역학에 영향을 미쳐 오존층 파괴를 일으킬 수 있다.^{^[45]}

5. 3. 운영

저궤도 위성은 대기 항력으로 인해 궤도가 점차 감쇠하는데, 이를 보정하기 위해 추진제를 사용한다. 이 과정에서 발생하는 배출가스는 우주 공간에 잔류하며, 지구 대기권 상층부의 구성을 변화시키고 오존층 파괴에 영향을 줄 수 있다. 또한, 위성의 재료 열화 과정에서 발생하는 미세 입자들 역시 우주 공간에 떠돌아다니며 우주 쓰레기로서 다른 위성에 충돌할 위험을 증가시킨다. 특히, 화학 추진제의 경우 독성 물질이 포함되어 있어 지구 환경에 악영향을 미칠 가능성이 높다. 더불어, 위성 자체에서 발생하는 빛은 밤하늘의 광공해를 유발하여 천문 관측에 방해가 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해, 친환경적인 추진제 개발과 위성 설계 기술 개선이 필요하며, 위성 수명 종료 후 안전하게 궤도에서 제거하는 기술 또한 중요하다. 이러한 노력은 지속 가능한 우주 개발을 위해 필수적이다. 특히, 최근 우주 개발 경쟁이 심화되면서 위성 발사 횟수가 증가하고 있어, 이러한 환경 문제에 대한 적극적인 대응이 요구된다. 정부 차원의 규제 및 국제적인 협력을 통해 우주 환경 보존을 위한 노력을 강화해야 한다.

5. 3. 1. 저궤도 위성

저궤도(LEO) 위성은 운영 과정에서 다양한 오염 물질을 상층 대기로 배출합니다. 궤도 감쇠 현상으로 인해 위성의 궤도를 유지하기 위해서는 추진 시스템을 사용해야 하는데, 이때 주로 사용되는 히드라진은 연소 과정에서 암모니아, 수소, 질소와 같은 기체를 상층 대기로 방출합니다.^[40] 또한, 위성의 외부 재료는 외기권 환경에서 열화됩니다. 특히, 상층 대기의 원자 산소는 캡톤, 테플론, 마일러와 같은 탄화수소 기반 중합체를 산화시켜 이산화탄소(CO₂)와 일산화탄소(CO)를 대기 중으로 방출합니다.^[46] 이러한 오염 물질 배출은 지구 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 밤하늘의 광공해 문제 또한 심화시킬 수 있습니다. 히드라진과 같은 추진제의 사용은 환경적 영향을 고려하여 지속가능한 대체재 개발이 필요한 시점입니다.

5. 3. 2. 밤하늘

밤하늘의 인공위성 급증은 광공해를 심화시켜 생태계에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높다. 머지않아 어두운 곳에서는 수백 개의 인공위성이 맨눈으로도 관측될 것으로 예상되며, 이는 밤하늘의 전체적인 확산 광도를 자연 수준보다 최대 10%까지 증가시킬 수 있다는 연구 결과가 있다.^[47] 이는 천체 패턴을 이용하여 이동 및 방향 감각을 유지하는 곤충이나 야행성 철새 등의 생물들에게 혼란을 야기할 수 있다.^[48]^[49] 현재 이러한 영향의 규모는 불확실하지만, 생태계 교란 가능성을 배제할 수 없다. 더불어, 밤하늘에 인공 물체가 증가하는 현상은 인간의 세계관, 자연과의 관계, 문화적 의미 등에 대한 인식에도 영향을 미칠 수 있다.^[50]

5. 3. 3. 지상 기반 시설

위성의 운영에는 광범위한 지상 기반 시설이 필요하며, 위성의 궤도 및 작동 상태를 지속적으로 모니터링하는 데 사용된다.^[36] 이러한 지상 시설의 건설 및 운영에는 상당한 환경적 비용이 발생할 것으로 예상되나, 현재로서는 정확한 수치를 산정하기 어렵다.^[36] 추가적인 연구를 통해 지상 시설 운영과 관련된 에너지 소비, 폐기물 발생, 탄소 배출량 등을 정확하게 측정하고 환경 영향을 평가할 필요가 있다. 향후 지속 가능한 우주 개발을 위해서는 이러한 지상 시설의 환경적 영향을 최소화하기 위한 노력이 중요하다.

5. 4. 폐기

수명이 다한 인공위성의 폐기는 심각한 환경 문제를 야기한다. 통제되지 않은 궤도 이탈은 방사성 물질 오염을 초래할 수 있으며, 실제로 코스모스 954, 코스모스 1402, 그리고 트랜짓 5-BN-3와 같은 인공위성의 실패 사례에서 이러한 위험이 현실화되었다.^[36]

인공위성을 안전하게 폐기하기 위해서는 의도적인 궤도 이탈 또는 더 먼 폐기 궤도로의 이동이 고려되지만, 이러한 방법 또한 완벽한 해결책은 아니다. 물리적 수거는 경제적이지 않거나 기술적으로 불가능하며, 폐기 궤도로 이동시키더라도 수백 년 동안 우주 쓰레기로 남아 우주 쓰레기 문제를 악화시키고 미래의 우주 활동에 지장을 초래한다.^[36] 이는 지속 가능한 해결책이 아니며 우주 오염을 심화시킨다.

대기권 재진입 시 대부분의 인공위성은 열에 의해 파괴되지만, 이 과정에서 대기 중으로 유입되는 물질과 오염 물질은 대기 오염을 심화시키고 오존층 손상 및 알베도 변화를 통한 지구 온난화 감소와 동시에 예측 불가능한 지구 기후 변화, 즉 우발적인 지구 공학을 야기할 가능성이 있다.^[34]^[51]^[36] 더욱이, 궤도 이탈 후 인공위성의 70%는 바다에 떨어져 거의 회수되지 않는다.^[40] 따라서 인공위성 폐기 문제는 지속적인 관심과 해결책 모색이 필요한 시급한 과제다.

5. 5. 환경 영향 저감 노력

대기권 재진입 시 발생하는 인공위성 파편으로 인한 환경 오염 문제를 해결하기 위해, 목재를 인공위성의 재료로 사용하는 방안이 연구되고 있다.^[52] 이를 통해 플라스틱이나 금속과 같은 기존 재료보다 환경 친화적인 위성 제작이 가능하며, 대기권 재진입 시 발생하는 잔해물의 양을 줄이고, 지구 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

6. 간섭 문제

인공위성 운영에는 전파 간섭과 충돌 위협이 상존한다. 지상 송신기의 전파는 위성 통신에 심각한 장애를 일으킬 수 있다. 위성 수신 신호는 강도가 약하기 때문에 지상 송신기 전파에 취약하며, 이러한 영향은 송신기 전파 범위 내 특정 지역에 집중된다. 특히 GPS 위성은 전파 간섭의 주요 표적이며,^[70]^[71] 위성전화와 TV 신호도 피해를 입은 사례가 있다.^[72]^[73] 정지궤도 위성은 반송파 무선 신호에 의한 트랜스폰더 오작동에 취약하다. 지구국에서 잘못된 시간이나 주파수로 신호를 보내 트랜스폰더 과부하를 일으켜 주파수 사용 불가능하게 만드는 경우가 흔하다. 하지만 최근 정교한 모니터링 기술 발전으로 위성 운영자는 모든 반송파의 출처를 파악하고 트랜스폰더 자원을 효율적으로 관리할 수 있게 되었다.

6. 1. 충돌 위협

시간에 따른 우주 내 모든 추적 가능 물체의 증가량을 보여주는 그래프과 같이 우주 쓰레기는 지구 중심 궤도 내 또는 궤도를 통과하는 우주선(위성 포함)^[55]^[56]에 심각한 위협이 되고 있으며, 케슬러 증후군^[57]을 야기하여 향후 인류의 우주 활동을 크게 제한할 가능성이 있다.^[58]^[59] 특히, 위성체계 (예: 스페이스X 스타링크)의 급증으로 IAU를 비롯한 천문학계는 궤도 오염이 심각하게 증가하고 있다고 경고한다.^[60]^[61]^[62]^[63]^[64] 2020년 SATCON1 워크숍 보고서에서는 대규모 위성체계가 일부 천문학 연구에 심각한 악영향을 미칠 수 있다고 결론짓고, 이러한 문제를 해결하기 위한 구체적인 방안을 제시하기도 했다.^[65]^[66] IAU는 이러한 위험을 줄이기 위해 관련 조치들을 조율하고 통합하는 센터(CPS)를 설립 중이다.^[67]^[68]^[69]

6. 2. 전파 간섭

지상 송신기의 전파 방해는 위성 통신에 심각한 장애를 일으킬 수 있다. 위성 전송 신호는 수신 강도가 낮아 지상 송신기의 전파 방해에 취약하며, 이는 송신기 전파 범위 내의 특정 지역에 국한된다. GPS 위성은 전파 방해의 주요 표적이며,^[70]^[71] 위성전화와 텔레비전 신호 또한 전파 방해의 피해를 입은 사례가 있다.^[72]^[73]

특히 정지궤도 위성은 반송파 무선 신호를 통해 트랜스폰더의 정상 작동을 방해받기 쉽다. 예를 들어, 지구국에서 잘못된 시간이나 주파수로 신호를 송신하여 트랜스폰더를 과부하시켜 주파수를 사용할 수 없게 만드는 경우가 빈번하다. 하지만 최근에는 정교한 모니터링 기술 발전으로 위성 운영자들이 모든 반송파의 출처를 정확히 파악하고 트랜스폰더 공간을 효율적으로 관리할 수 있게 되었다.

7. 규제

증가하는 우주 쓰레기와 전파 및 광공해 문제는 심각한 위협으로 떠오르고 있지만, 이를 규제하기 위한 국내외 노력은 아직 부족한 수준이다.^[74]^[53] 특히, 우주 개발 경쟁이 심화되면서 우주 쓰레기 발생량이 급증하고 있으며, 이는 인공위성 운영과 우주 활동 전반에 심각한 위협이 되고 있다. 전파 및 광공해 역시 천문 관측 활동에 방해를 주고, 생태계에도 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기되고 있다. 국제적인 협력을 통해 효과적인 규제 및 관리 체계를 구축하는 것이 시급한 과제이며, 국내적으로도 우주 관련 법률 및 제도 개선을 통해 적극적인 대응책 마련이 필요하다. 정부 차원의 지속적인 투자와 더불어, 기업들의 자발적인 참여와 윤리적인 우주 개발 문화 조성도 중요하다. 특히, 한국은 우주 개발 분야에서 선도적인 역할을 수행하기 위해, 국제 사회와의 협력을 강화하고, 환경 보호에 대한 책임감 있는 자세를 유지해야 할 것이다.

7. 1. 책임 소재

일반적으로 우주 활동으로 인한 피해 발생 시 책임 소재는 우주 활동에 대한 국제 책임에 관한 협약에 따라 규정된다.

8. 운용

위성 운용에는 재정적, 제조적, 발사 능력과 지상 시스템 인프라가 필수적이다. 궤도 발사 능력은 국가의 우주 개발 역량을 보여주는 중요한 지표이며, 위성 제조 능력은 위성의 성능과 기능을 결정하는 핵심 요소이다. 발사체 기술 또한 위성을 궤도에 안전하게 진입시키는 데 필수적이다. 지상 시스템은 위성의 운영 및 데이터 수신, 분석 등에 필수적인 인프라로, 위성 운용의 효율성과 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 한다.

대한민국의 경우, 초기에는 기술적 제약과 자원 부족으로 어려움을 겪었지만, 꾸준한 투자와 기술 개발을 통해 괄목할 만한 성과를 거두었다. 우리별 1호의 발사를 시작으로, 우리별 시리즈, 과학기술위성, 아리랑위성, 천리안위성, 무궁화위성, 올레 위성, 그리고 한누리위성 등 다양한 위성들을 개발하고 운용해왔다. 이러한 위성들은 통신, 방송, 지구관측, 기상관측, 교육 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 국가 경쟁력 향상과 국민 삶의 질 개선에 크게 기여하고 있다. 하지만, 일부 위성 운영 과정에서 나타나는 기술적 한계나 자원 부족 문제는 향후 우주 개발 정책 수립에 있어 교훈으로 삼아야 할 것이다. 특히, 민간 기업의 참여 확대와 국제 협력 강화를 통해 더욱 효율적이고 지속가능한 위성 운용 시스템을 구축하는 것이 중요하다.

9. 대한민국의 인공위성

== 대한민국의 인공위성 ==

대한민국의 인공위성 개발은 과학기술 발전과 국가 경쟁력 강화에 중요한 역할을 해왔다. 초기에는 과학기술 위성을 중심으로 위성 기술 확보에 주력했으며, 이후 다목적 실용 위성, 통신 위성 등 다양한 목적의 위성 개발이 이루어졌다. 현재는 상용 및 과학 목적의 다양한 위성들이 운용 중이며, 지속적인 기술 개발을 통해 더욱 발전된 위성 시스템을 구축해나가고 있다. 주요 인공위성 시리즈로는 다음과 같다.

'''우리별(KITSAT)''': KAIST(한국과학기술원)에서 개발한 과학 실험 위성으로, 초기 위성 기술 개발에 중요한 역할을 수행했다.
'''과학기술위성(STSAT)''': KAIST에서 개발한 과학기술 위성 시리즈는 대한민국 인공위성 기술 발전에 크게 기여했다. 초기 과학기술위성 1호는 위성 시스템 기술 확보에 중점을 두었으며, 이후 위성들은 고도화된 과학기술 임무 수행과 다양한 탑재체 기술 검증에 기여했다. 특히, 과학기술위성 2호는 국내 최초 독자 개발 고해상도 지구관측 카메라를 탑재, 우수한 성능을 입증하며 대한민국 우주 기술력을 세계적으로 알리는 데 큰 역할을 했다. 이 사업은 국내 우주 관련 연구 인력 육성 및 기술 자립화에도 크게 기여했다.
'''무궁화(KOREASAT)''' 및 '''올레(KOREASAT)''': KT가 운용하는 상용 방송 통신 위성으로, 무궁화위성은 대한민국 최초의 정지궤도 위성으로서 초고속 인터넷과 위성 방송 등 다양한 서비스를 제공한다. 무궁화 5호는 KT의 노력으로 개발 및 운용되었고, 국내 위성통신 기술 발전에 크게 이바지했다. 하지만, 보수적인 운영 방식으로 인해 새로운 기술 도입이나 서비스 확장에 보수적인 면모를 보인다는 비판도 있다. 올레 위성은 사용자 친화적인 인터페이스와 다양한 콘텐츠를 제공하지만, 일부 지역에서 위성 신호 수신에 어려움을 겪는다는 문제점이 제기되고 있다.
'''아리랑(KOMPSAT)''': 한국항공우주연구원(KARI)에서 개발한 다목적 실용 위성으로, 고해상도 지상 관측 영상을 제공한다. 아리랑 1호부터 5호까지 발사되어 지도 제작, 재해 감시, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 특히 아리랑 3, 3A호는 고해상도 영상 획득 능력으로 국토 관리 및 재난 대응에 크게 기여했고, 아리랑 5호는 광시야 영상 획득 능력으로 넓은 지역 모니터링에 효과적이다. KARI의 노력은 국가 경쟁력 향상과 국민 삶의 질 개선에 크게 기여하고 있다.
'''천리안(COMS)''': KARI가 개발한 정지궤도 기상위성으로, 한반도 및 주변 지역 기상 관측에 중요한 역할을 수행하며 기상 예보 정확도 향상에 크게 기여하고 있다. 고해상도 기상 영상 자료를 제공하여 자연재해 예측 정확성을 높이고, 장기간 기후 변화 연구에도 활용된다.
'''한누리(HAUSAT)''': 대한민국 최초의 교육용 초소형 위성으로, 대학생들의 위성 개발 능력 향상과 우주과학 교육에 기여했다. 학생들은 설계부터 발사 및 운영까지 전 과정에 참여하여 실질적인 경험을 쌓았으며, 우주과학 분야 인재 양성을 위한 성공적인 모델로 평가받고 있다.

9. 1. 우리별

대한민국 최초의 인공위성인 우리별 1호는 1992년 8월 10일 발사되었으며, 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구센터에서 개발되었다. 이 위성의 개발은 순수 국내 기술로 이루어진 것은 아니었지만, 당시 열악한 과학기술 환경 속에서 이룬 성과라는 점에서 큰 의미를 가진다. 우리별 1호의 성공적인 발사는 대한민국의 우주 개발 역사에 있어 중요한 이정표가 되었고, 후속 위성인 우리별 2호, 3호의 개발로 이어졌다. 특히 우리별 2호와 3호는 우리별 1호보다 더욱 향상된 기술력을 바탕으로 개발되었으며, 다양한 임무를 수행하였다. 하지만, 초기 우리별 시리즈는 규모가 작고 기술 수준이 선진국에 비해 뒤처져 있었던 점은 부인할 수 없다. 이후 한국은 과감한 투자와 기술 개발을 통해 나로호 발사 등 눈부신 발전을 이루어냈다. 우리별 시리즈의 개발 과정과 성과는 대한민국 우주 기술의 발전 과정을 보여주는 상징적인 사례로 평가받고 있으며, 이러한 경험은 향후 한국의 우주 개발에 중요한 자산이 될 것이다. 한국과학기술원에서 이룬 이러한 성과는 대한민국 과학기술 발전의 상징으로 여겨지며, 국가 경쟁력 강화에 크게 기여하였다. 하지만, 우리별 시리즈 개발 과정에서 드러난 기술적 한계와 자원 부족은 향후 우주 개발 정책 수립에 있어 교훈으로 삼아야 할 부분이다.

9. 2. 과학기술위성

KAIST에서 개발한 과학기술위성 시리즈는 대한민국 인공위성 기술 발전에 크게 기여해왔다. 초기 과학기술위성 1호는 주로 위성 시스템 기술 확보에 중점을 두었으며, 이후 발사된 위성들은 점차 고도화된 과학기술 임무를 수행하며 다양한 탑재체 기술을 검증하는 데 기여했다. 특히, 과학기술위성 2호는 국내 최초로 독자 개발한 고해상도 지구관측 카메라를 탑재하여 우수한 성능을 입증하며 대한민국의 우주 기술력을 세계적으로 알리는 데 큰 역할을 했다. 과학기술위성 시리즈의 개발 과정은 국내 우주 관련 연구 인력 육성 및 기술 자립화에도 중요한 기여를 하였으며, 향후 대한민국 우주 개발의 핵심 기술로 계속 발전할 것으로 예상된다. 이러한 과학기술위성 개발 사업은 한국의 과학기술 발전과 미래 우주 강국 도약을 위한 중요한 초석이 되었다고 평가된다. 향후 발사될 과학기술위성들은 더욱 향상된 성능과 다양한 임무 수행을 통해 대한민국 우주 개발 역량을 한층 더 높일 것으로 기대된다.

9. 3. 무궁화 위성 및 올레 위성

KT는 대한민국의 통신 시장을 선도하는 기업으로서, 무궁화위성 시리즈와 올레 위성을 통해 위성 방송 및 통신 서비스를 제공하고 있다. 무궁화위성은 대한민국 최초의 정지궤도 위성으로, 초고속 인터넷, 위성 방송 등 다양한 서비스를 제공하며 국민들의 편리한 삶에 크게 기여했다. 특히, 무궁화위성 5호는 KT의 노력으로 개발 및 운용되었고, 국내 위성통신 기술 발전에 크게 이바지했다는 점에서 높이 평가받는다. 하지만, 보수적인 기업 운영 방식으로 인해 새로운 기술 도입이나 서비스 확장에 다소 보수적인 면모를 보인다는 비판도 존재한다. 반면, 올레 위성은 보다 사용자 친화적인 인터페이스와 다양한 콘텐츠를 제공하며 경쟁력을 강화해나가고 있다. 하지만 일부 지역에서는 위성 신호 수신에 어려움을 겪는다는 문제점도 제기되고 있으며, KT는 이러한 문제 해결을 위해 지속적인 노력을 기울여야 할 것이다. 향후 KT는 지속적인 기술 개발과 투자를 통해 더욱 안정적이고 다양한 서비스를 제공하는 위성 통신 시스템을 구축해야 할 것이다. 국민들의 편의성 증대를 위해 지속적인 개선과 투명한 운영을 통해 국민들의 신뢰를 얻는 것이 중요하다. 또한, 국내 위성통신 기술 발전에 대한 기여도를 더욱 높이고, 국제적인 경쟁력을 확보하기 위해 끊임없이 노력해야 할 것이다.

9. 4. 아리랑위성

한국항공우주연구원(KARI)에서 개발한 아리랑위성 시리즈는 다목적 실용위성으로, 고해상도 지상 관측 영상을 제공하여 다양한 분야에 활용된다. 아리랑 1호는 1999년에 발사되어 기술 시험 위성으로서 역할을 수행했으며, 이후 아리랑 2호, 3호, 3A호, 5호 등이 순차적으로 발사되어 지도 제작, 재해 감시, 환경 모니터링, 농업, 도시계획 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 아리랑 3호와 3A호는 고해상도의 영상 획득 능력으로 국토 관리 및 재난 대응에 크게 기여했으며, 아리랑 5호는 광시야 영상 획득 능력을 통해 넓은 지역의 모니터링에 효과적이다. 아리랑위성은 앞으로도 지속적인 개발과 발전을 통해 더욱 정밀하고 다양한 정보를 제공할 것으로 기대된다. 한국항공우주연구원의 노력은 국가 경쟁력 향상과 국민 삶의 질 개선에 크게 기여하고 있다고 평가할 수 있다. 대한민국 우주 개발 계획의 일환으로 진행된 아리랑위성 사업은 국가 과학기술 발전에 중요한 역할을 수행했다. 아리랑위성의 성공적인 운영은 앞으로 더욱 발전된 우주 기술 개발을 위한 발판이 될 것이다.

9. 5. 천리안위성

천리안위성은 한국항공우주연구원(KARI)이 개발한 정지궤도 기상위성으로, 한반도 및 주변 지역의 기상 관측에 중요한 역할을 수행하며 기상 예보 정확도 향상에 크게 기여하고 있다. 고해상도의 기상 영상 자료를 제공하여 태풍, 집중호우 등 자연재해 예측의 정확성을 높이고, 국민의 안전을 지키는 데 기여한다. 또한, 천리안위성은 장기간에 걸친 기후 변화 연구에도 활용되며, 기후변화 예측 및 대응 전략 수립에도 중요한 자료를 제공하고 있다. 특히, 최근 기후변화의 심각성이 커짐에 따라, 천리안위성이 수집하는 데이터의 중요성은 더욱 커지고 있다. 향후 더욱 정교한 기상 예보와 기후 연구를 위해 천리안위성 시스템의 지속적인 발전과 업그레이드가 기대된다. 천리안위성은 단순한 기술적 성과를 넘어, 국민의 안전과 삶의 질 향상에 직접적으로 기여하는 중요한 국가 인프라로 자리매김하고 있다.

9. 6. 한누리위성

한누리위성은 대한민국 최초의 교육용 초소형 위성으로, 대학생들의 위성 개발 능력 향상과 우주과학 교육에 기여하기 위해 개발되었다. 이 프로젝트는 학생들에게 실제 위성 개발 과정을 경험하게 함으로써 이론적인 지식을 실무 경험으로 연결시키는 데 목적을 두었다. 개발 과정에는 다양한 공학 분야의 지식과 기술이 필요했으며, 학생들은 설계, 제작, 시험, 발사 및 운영 전 과정에 참여하여 실질적인 경험을 쌓았다. 한누리위성의 성공적인 발사 및 운영은 대한민국 우주과학 기술 발전에 기여했을 뿐만 아니라, 참여 학생들에게는 귀중한 교육적 자산이 되었다. 이 프로젝트는 향후 우주과학 분야의 인재 양성을 위한 성공적인 모델로 평가받고 있다. 특히, 학생들이 직접 개발한 위성이 우주에서 작동하는 것을 확인함으로써, 우주과학에 대한 학생들의 흥미와 이해도를 높이는데 크게 기여했다는 점이 주목할 만하다. 이를 통해, 우주과학 분야의 미래 인재 육성에 대한 긍정적인 전망을 제시하였다. 또한, 이 프로젝트는 정부의 적극적인 지원과 대학들의 협력적인 연구 환경이 우수한 인재 양성에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주는 사례로 볼 수 있다.

10. 인공위성의 수명

인공위성의 수명은 일반적으로 대기권 재돌입 시점까지로 생각하지만, 기능 정지 시점을 수명으로 보는 견해도 있다. 기능 정지의 주요 원인은 전원 소모, 송신기 고장, 태양 방사선, 미소 운석 충돌 등이며, 대부분 전원 소모나 송신기 고장 때문이다.^[138] 전원의 수명 연장을 위해서는 에너지 효율적인 설계와 고성능 배터리 기술 개발이 중요하며, 송신기 고장을 방지하기 위한 내구성 강화와 예비 시스템 구축이 필수적이다. 또한, 태양 방사선으로 인한 손상을 최소화하기 위해 방사선 차폐 기술을 적용하고, 미소 운석 충돌로부터 위성을 보호하기 위한 내충격 설계와 재료 개발이 필요하다. 이러한 기술적 노력을 통해 인공위성의 수명을 연장하고, 우주 개발의 효율성을 높일 수 있다.

11. 세계의 인공위성

세계 각국은 우주 개발 경쟁을 벌이며 다양한 목적으로 인공위성을 개발하고 발사하고 있다. 1957년 10월 4일, 구 소련이 세계 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 발사한 것을 시작으로, 현재는 연간 120~140개의 인공위성이 발사될 정도로 우주 개발이 활발하다. 1970년대 후반부터 인공위성의 전성기를 맞이하여, 1994년까지 약 6,000개의 인공위성이 발사되었지만, 현재 운용되고 있는 것은 약 2,000개에 불과하다.

미국과 러시아 외에도 프랑스, 영국, 일본, 중국, 인도, 이스라엘 등이 독자적으로 개발한 로켓으로 인공위성을 발사하는 데 성공했다. 영국은 한 차례 발사 후 활동을 중단했지만, 프랑스는 유럽우주기구(ESA)를 중심으로 아리안 로켓을 개발하여 상용화했고, 아리안 6 개발도 진행 중이다. 일본과 중국도 인공위성 발사 및 회수에 성공했으며, 동유럽 국가들도 러시아의 지원을 받아 우주 연구를 진행하고 있다. 특히, 광활한 국토를 가진 국가들은 통신위성을 활용하여 통신 체계를 정비하는 데 큰 이점을 얻고 있으며, 미국에 통신위성 발사를 위탁하는 국가가 늘고 있다. 인도네시아는 미국 로켓을 이용하여 국내용 통신위성 파라파를 발사하여 사용하고 있다. 대한민국 최초의 국적위성은 우리별 1호이다.

자국의 발사체를 이용해 인공위성 궤도 진입에 성공한 국가는 소련(현 러시아), 미국, 프랑스, 일본, 중국, 영국, 인도, 이스라엘, 이란, 북한 등이다. 많은 국가가 인공위성 설계 및 제작 능력을 갖추고 있지만, 자체 발사체를 보유한 국가는 소수이며, 대부분의 국가는 발사를 다른 국가나 민간 기업에 의존하고 있다. thumb 표에 제시된 국가 외에도, 여러 국가들이 인공위성 발사를 시도했지만 성공하지 못했거나, 성공했다고 주장했으나 확인되지 않은 사례도 있다. 특히 북한의 경우, 1998년 광명성 1호 발사를 최초의 궤도 진입 성공으로 주장하지만, 다른 국가에서는 이를 확인하지 못했다.

민간 기업의 우주 발사 서비스 시장 진출은 우주 개발의 혁신을 가져왔다. 스페이스X, 아리안스페이스 등 민간 기업은 우주 발사 서비스를 제공하고 있으며, 오비탈 사이언시즈는 토러스 로켓을 이용한 발사를 수행해 왔다. 스페이스X는 2008년 팰컨 1 로켓 발사에 성공하여 민간 기업이 제작한 액체 연료 부스터로 궤도에 도달한 최초의 사례를 만들었다. 이후 스페이스X는 스타링크 위성 집합체 발사를 통해 4600기를 넘는 위성을 발사하는 등 괄목할 만한 성과를 거두고 있다. 아리안스페이스와 미쓰비시 중공업 등은 정부 기관으로부터 위탁받아 인공위성 발사를 수행하고 있다. 다른 소수의 민간 기업들도 탄도 비행이 가능한 로켓을 개발하고 있다.^[137]^[102]^[103]^[104]

11. 1. 각국 최초의 인공위성

소련은 1957년 세계 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 성공적으로 발사하며 우주 개발 경쟁의 서막을 열었다. 이는 미국과의 냉전 속에서 소련의 과학기술력을 전 세계에 과시하는 계기가 되었으며, 이후 미국의 우주 개발 프로그램 가속화를 불러왔다. 미국은 1958년 익스플로러 1호를 발사하여 소련에 이어 두 번째로 인공위성 발사에 성공했다. 이후 프랑스는 1965년 아스테릭스를, 일본은 1970년 오오스미를, 중국은 같은 해 동방홍 1호를 각각 발사하며 우주 개발에 성공적으로 참여했다. 영국(1962년 아리엘 1호), 캐나다(1962년 알루엣 1호), 이탈리아(1964년 산 마르코 1호) 등 다른 국가들도 초기 우주 개발 경쟁에 참여했지만, 미국과 소련의 기술력에 비해 상대적으로 뒤처졌다. 특히 캐나다와 이탈리아의 경우, 미국의 기술과 지원을 받아 인공위성 발사에 성공하였다. 한국은 1992년 우리별 1호 발사를 통해 후발주자로서 우주 개발에 성공적으로 진입했다. 북한은 2012년 광명성 3호 2호기 발사를 주장했으나, 국제 사회의 검증을 받지는 못했다. 이 외에도 많은 국가들이 자체 기술력 또는 다른 국가의 협력을 통해 인공위성을 발사하며 우주 개발에 참여하고 있다.

11. 2. 민간 단체의 발사 능력

스페이스X, 아리안스페이스 등 민간 기업의 우주 발사 서비스 시장 진출은 우주 개발의 혁신을 가져왔다. 오비탈 사이언시즈는 토러스 로켓을 이용한 발사를 수행해 왔다. 2008년 9월 28일, 스페이스X는 팰컨 1 로켓의 궤도 발사에 성공하며 민간이 제작한 액체 연료 부스터가 궤도에 도달한 최초의 사례를 만들었다.^[104] 이 로켓은 길이 1.5m의 모형 위성인 Ratsat을 궤도에 발사했고, 이 위성은 5년에서 10년 안에 대기권에서 소멸될 예정이었다.^[104] 소수의 다른 민간 기업들도 탄도 비행이 가능한 로켓을 개발하고 있다. 아리안스페이스와 미쓰비시 중공업 등은 정부 우주 기관으로부터 업무를 위탁받아 인공위성 발사를 수행하고 있다. 2018년부터 스페이스X는 팰컨 9 로켓을 이용하여 대규모 위성 집합체인 스타링크 발사를 시작했으며, 2023년 6월 현재 4600기를 넘는 위성을 발사하여 다른 모든 위성의 수와 맞먹는 수준에 이르렀다.

12. 위성에 대한 공격

21세기 초부터 위성은 군사 조직에 의해 선전 목적으로 해킹당하거나, 군사 네트워크에서 기밀 정보를 빼내기 위한 표적이 되고 있다.^[119]^[120] 저궤도 위성은 지상에서 발사된 탄도 미사일의 공격을 받을 수 있으며, 러시아, 미국, 중국은 이미 위성 파괴 실험을 실시한 바 있다.^[121] 특히 2007년 중국은 자국의 기상위성 풍운 1호 C를 파괴했고,^[121] 2008년 2월 미국 해군은 자국의 정찰위성 USA-193을 파괴하는 사건이 발생했다.^[122] 이러한 사례들은 위성에 대한 사이버 공격 및 물리적 공격의 위협이 현실적임을 보여준다. 이는 국가 안보에 심각한 위협이 될 수 있으며, 국제적인 협력을 통한 위성 보호 방안 마련이 시급하다.

13. 탄도 미사일과의 차이점 및 북한의 유엔 안보리 결의 위반

탄도미사일과 인공위성 발사 로켓은 로켓 추진체를 이용한 상승이라는 기본 구조와 필요 기술이 동일하며, 탑재물과 목표 지점만 변경하면 상호 전용이 가능하다.^[123]^[124]^[125]^[126] 폭탄이나 생화학 무기를 탑재하면 미사일이 되고, 통신위성 등을 탑재하면 인공위성이 된다. 탄도미사일은 대기권 밖으로 나갔다가 다시 대기권에 재진입하여 지상에 낙하하지만, 인공위성 발사 로켓은 대기권 밖에서 지구 궤도에 진입한다.^[124]^[125]

유엔 안전보장이사회는 2006년 유엔 안전보장이사회 결의 제1718호에서 북한의 핵·미사일 개발을 금지했다.^[123] 이후 2009년 6월(유엔 안보리 결의 제1874호)과 2013년 결의(유엔 안전보장이사회 결의 2087호)에서는 북한의 “인공위성” 발사를 포함한 “탄도미사일 기술을 이용한 모든 발사”를 금지했다.^[124]^[127] 2017년까지의 일련의 안보리 결의는 북한에 탄도미사일 기술 사용 발사 행위, 핵실험 또는 기타 도발 금지, 탄도미사일 및 핵 관련 활동의 즉각 중단, 모든 핵무기 및 탄도미사일 계획의 완전하고 검증 가능하며 불가역적인 포기를 의무화하고 있다.^[128] 유엔 안보리 결의는 국제법적 구속력을 지닌다.^[123] 그러나 북한은 이를 무시하고 “인공위성” 발사를 명목으로 로켓 발사를 지속하고 있으며, 이는 핵무기 기술 향상 및 핵미사일 완성을 위한 노력으로 해석된다.^[124]^[129]^[125]^[127]^[128] 2012년 4월 발사된 “광명성 3호”는 인공위성이라 부르기 어려운 구조였다.^[124]

2012년 4월 13일 발사된 장거리 탄도미사일은 한국 정부에 의해 회수되었고, 1단과 2단의 이음새 부근 폭발 가능성이 지적되었다.^[130]^[131] 같은 날 김정은이 국방위원회 제1위원장에 취임했다.^[131]^[132] 2016년 2월 발사된 장거리 탄도미사일 잔해 분석 결과, “페어링” 부분에 미세 기기 보호 기능이 없어 위장된 미사일 개발 시도임이 드러났다. 이 미사일은 “은하 3호”였다.^[133]

2023년 5월 북한은 “군사정찰위성” 발사를 주장했고,^[134] 6월에는 한국 정부가 잔해를 회수하여 군사정찰위성으로서의 기능이 부족함을 확인했다.^[135] 북한은 군사정찰위성 성능 향상을 추구하고 있다.^[134]

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