항공우주산업기술동향 14권 1호 (2016) pp. 166~182
http://library.kari.re.kr
에서 보실 수 있습니다.
기술동향
최근 위성영상 활용 동향
이광재*
1 )
, 김윤수*
Recent Trend of Satellite Image Applications
Lee, Kwang-jae*, Kim, Youn-soo*
ABSTRACT
In recent decades, various satellite images have been used extensively, both for military
purposes and civil applications. Recently, the quality of satellite image has been enhanced by
improvements of satellite development technology. As a result, satellite images are used in an
increasingly wide range of applications. The KOMPSAT(KOrea Multi-Purpose SATellite) series are
being developed according to the national space development plan, and are used to monitor land
and environmental changes, disaster, and etc. However, In order to reinforce the satellite image
applications in Korea, the paradigm change in the governmental level is needed. In this paper, we
introduce a satellite image utilization trends of major countries in oversea.
초 록
지난 수십 년간 다양한 위성영상은 군사적인 목적뿐만 아니라 민간부문에 있어서도 광범위하
게 활용되어 왔다. 특히 오늘날 위성개발 기술의 발전으로 위성영상의 품질은 지속적으로 향상
되고 있으며, 이로 인해 위성영상의 활용 범위는 더욱 확대되고 있다. 국가 우주개발계획에 따라
개발되고 있는 다목적실용위성 시리즈는 높은 공간해상도를 바탕으로 국토 및 환경감시, 재해재
난 분석 등에 활용되고 있다. 그러나 국가 위성영상 활용 강화를 위해서는 정부 차원의 패러다
임 변화가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 해외 주요 국가의 위성영상 활용 동향을 소개하고자
한다.
Key Words : Earth Observation Satellite(지구관측위성), KOMPSAT(다목적실용위성), Remote
Sensing(원격탐사), Satellite Image(위성영상), Satellite Application(위성활용)
* 이광재, 김윤수, 한국항공우주연구원, 국가위성정보활용지원센터 위성활용총괄팀
kjlee@kari.re.kr, younsoo@kari.re.kr
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
167
1. 서 론
1957년 11월, 구소련의 세계 최초 인공위성 스
푸트니크
1호 발사는 우주시대의 시작을 알리는
중요한 사건이었으며
, 미국과의 본격적인 우주경
쟁을 알리는 신호였다
. 과거 인공위성이 미·소 냉
전시대의 체제 경쟁 산물이었다면
, 오늘날 인공위
성은 전 지구적인 재해재난
, 기후 및 환경변화 감
시 등에 있어 중요자원으로 광범위하게 사용되고
있다
. 과거 대항해 시대, 바다를 장악한 국가가
세계 중심에 있었다면 미래는 우주를 지배하는
국가가 세계를 주도해 갈 것이다
[1]. 새롭게 도래
하는 우주시대에 있어 인공위성은 우주개발의 가
장 기초가 되며
, 오늘날 <그림 1>과 같이 많은
국가들이 다양한 지구관측위성 프로그램을 추진
하고 있다
.
그림
1. 지구관측 프로그램 보유 국가 현황[2]
과거 독자적인 위성개발 및 발사기술을 확보한
미국
, 러시아, 유럽을 중심으로 다양한 인공위성이
발사되었다면
, 최근에는 아시아, 남미 국가들도 위
성개발에 활발히 참여하고 있다
. 국가 안보수요 위
주의 정부 주도 위성개발도 존재하지만 최근에는
미국과 유럽의 만간업체 중심의 상용위성 개발 및
운영도 본격화 되고 있다
.
최근 발사되고 있는 지구관측위성의 특징을 살
펴보면
, 우선 WorldView, Pleiades와 같은 초고
해상도 위성시리즈와 공간해상도 보다는 위성군
형성을 통해 주기해상도를 높인
RapidEye,
Sentinel, SkySat 등과 같은 위성으로 나눌 수 있
다
. 또한 광학위성이 레이다(SAR)위성보다 여전
히 선호도가 높은 것을 알 수 있는데
<그림 2>
는 향후 발사될 위성의 공간해상도 수요를 예측
한 결과이다
.
그림
2. 지구관측위성 센서 및 해상도 수요[2]
<그림 3>은 지구관측 프로그램 예산을 많이 사
용하고 있는 상위
5개 국가의 예산 현황을 나타내
고 있다
. ESA(European Space Agency)은 2013년
을 기점으로 예산이 점차 감소하는 추세이며
, 미국
과 일본은 큰 변화가 없을 것으로 예상된다
. 한편
중국과 러시아의 경우 정부차원의 위성개발 투자
증가로 인해 예산이 지속적으로 증가하고 있는 것
을 확인할 수 있다
.
그림
3. 지구관측 프로그램 예산 현황[2]
이와 같이 우주개발 주요 선진국들은 지구관측
기술선점 및 이를 통한 자국의 이익도모 등을 위
하여 막대한 예산을 지속적으로 투자하고 있다
.
168
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
한편 우리나라는
1990년대 초 우리별 위성 및
과학로켓 개발을 시작으로 우주개발사업을 본격적
으로 시작하였으며
, 2005년 12월 ‘우주개발진흥법’
제정에 따라 제
1차 우주개발진흥기본계획 기간
(2007~2011) 동안 1조 2,416억원을 투자하였다[3].
그러나 정부 주도의 국가 우주개발사업은 발사체
와 인공위성 제작기술 자립화에 중점을 두고 선진
국 추격형 기술개발 전략으로 추진됨에 따라 우주
개발 예산 대부분이 하드웨어 부분에 집중되어 왔
다
. 이로 인해 지금까지 우리나라는 우주개발 중장
기 계획에 따라 총
13기(우리별위성 3기, 과학기술
위성
3기, 나로과학위성 1기, 다목적실용위성 5기,
정지궤도위성
1기)의 위성을 개발하여 성공적으로
발사하였음에도 불구하고 선진국과의 위성영상 활
용기술 격차를 극복하는 데에는 한계가 있어왔다
.
따라서 막대한 예산이 투자되는 우주개발에 대한
국민적 기대에 부응하고 위성영상의 전략적 활용
강화를 통한 가치창출을 위해서는 국가 차원의 종
합적인 계획 수립이 요구된다
.
2014년 5월, 국가 주요 전략자산인 위성정보의
적극적 공개 및 활용을 촉진하기 위하여 관계부처
합동으로
제
1차 위성정보 활용 종합계획
(2014~2018)이 수립되었다[4].
그림
4. 위성정보 3.0 실현모습[4]
제
1차 위성정보 활용 종합계획(2014~2018)의 비
전은
<그림 4>와 같이 위성정보 3.0 실현으로 국
민편익 극대화 및 우주분야 창조경제 실현에 있으
며
, 이를 위하여 8개의 중점 추진과제가 존재한다.
정부는
2015년 11월에 다중위성시대에 대비, 국가
개발 위성의 종합적인 관리 및 활용지원을 위한
범국가적 전담기구로서 국가위성정보활용지원센터
를 설립하는 등 국가 차원에서 위성영상을 보다
적극적으로 활용하기 위한 다양한 시도를 진행하
고 있다
.
따라서 본 논문에서는 다중위성시대에 대비한
국가 위성영상 활용역량 강화를 위해 위성활용 주
요 선진국인 미국
, 유럽 및 일본에서의 위성영상
활용 동향을 조사하고자 한다
.
2. 미국
상업용 위성시장은 미국과 유럽으로 양분되어
있으며
, 이중에서 미국 중심의 국방 분야에서 위성
영상이 가장 많이 활용되고 있는 것으로 알려져
있다
.
그림
5. 상업용 위성영상의 수요예측 결과[2]
<그림 5>는 상업용 위성영상의 수요예측 결과
로서
2013년 기준으로 전 세계 상업용 위성영상
시장 규모는 약
15억 달러이며, 이중에서 59%가
국방 분야로 약
8.8억 달러를 차지하고 있는 것으
로 나타났다
. 2014년부터 위치기반서비스(LBS) 분
야 등에서 위성영상 수요가 증가할 것으로 예측되
지만 여전히 국방 분야에 대해서는 약
7% 정도의
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
169
수요증가는 지속될 것으로 예측된다
. 한편 <그림
6>은 국방 분야에서의 지역별 활용현황을 세분화
한 결과로서 북미와 유럽지역에서의 활용이 전체
약
59%를 차지하고 있다. 전체적으로는 북미지역
이
41%로 가장 많이 활용하는 것으로 나타났는데,
이는 전 세계 분쟁지역에 대한 다양한 정보 수집
을 목적으로 미국이 고해상도 위성영상을 많이 활
용하기 때문인 것으로 해석된다
.
그림
6. 국방 분야에서의 위성영상 활용 현황[2]
미국은 국방
·안보분야뿐만 아니라 민간분야에서
의 위성영상 활용도 장려하고 있다
. 2013년에는
‘National Strategy for Civil Earth Observation’을
수립하여 다양한 분야에서의 위성영상 활용증진을
위한 자료통합
, 접근성 및 개방 강화를 추진하였으
며
, 사회적 이익창출을 위한 다양한 과제를 수행하
고 있다
. 또한 미국 정부는 2014년에 기존 위성영
상 판매 해상도 기준을
50㎝에서 25㎝로 완화하는
법 개정을 추진함으로써 초고해상도 위성영상에
대한 민간의 상업적 활용을 허용하였다
.
한편 미국은 다수의 지구관측위성을 기반으로
전 지구적인 기상 및 기후
, 환경변화 등과 같은 지
구과학 연구를 주도하고 있으며
, 가장 대표적인 기
관으로는
NASA(National Aeronautics and Space
Administration), USGS(United Sates Geological
Survey),
NOAA(National
Oceanic
and
Atmospheric Administration) 등이 있다.
2.1 NASA
NASA는 구소련이 발사한 세계 최초의 인공위
성인 스푸트니크
(sputnik)를 계기로 National
Aeronautics and Space Act(1958)를 근거로 설립된
국가기관으로 우주탐사
, 항공 및 지구과학 분야에
대한 연구를 중점적으로 수행하고 있다
.
<그림 7>은 NASA의 연도별 예산자료로서 각
항목별 예산중에서
Earth Science가 차지하는 비중
이 상당히 높게 나타났으며 대부분의 예산이
Aquarius, Suomi NPP 등과 같은 지구관측위성 개
발과 운영 및 자료처리 연구 등에 사용되는 것으
로 알려져 있다
.
그림
7. NASA 연도별 예산[5]
NASA는 1994년부터 EOSDIS(Earth Observing
System Data and Information System)를 통해 방
대한 지구관측 자료를 분야별로 체계적으로 관리
해오고 있다
. EOSDIS는 위성운영을 통한 자료획득
에서부터 자료처리
, 저장, 관리 및 배포에 이르기
까지 일련의 운영을 담당하고 있으며
, <그림 8>은
ESDIS(Earth Science Data and Information
System)의 운영개념을 설명하고 있다.
ESDIS는 EOS(Earth Observation Satellite)와
EOSDIS의 과학시스템(science system)을 관리하고
있는데
, 지구과학 자료에 대한 처리 및 배포, 자료
170
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
처리 툴
(tool) 제공, EOSDIS의 자료 활용 촉진 등
의 역할을 수행하고 있다
.
그림
8. ESDIS 운영체계[6]
EOSDIS는 지구관측시스템 및 지구관측 임무 수
행 과정을 통해 확보한 각종 정보를 전문분야별로
관리 및 공유하기 위하여
<그림 9>와 같이 미국
전역에 총
12개의 DAAC(Distributed Active
Archive Centers)를 두고 있다.
그림
9. EOSDIS DAAC 현황[6]
DAAC는 NASA 산하기관, 정부연구기관 및 대
학교로 구성되어 있으며 각 센터는 개별 역할 및
전문성을 바탕으로 사용자들에게 자료에 대한 기
술적 자문을 제공하는 동시에 각종 위성영상 및
처리 툴 등을 제공하고 있다
. <그림 10>은
ASF(Alaska Satellite Facility) DAAC의 자료검색시
스템을 나타내고 있다
.
그림
10. ASF DAAC 자료검색시스템[6]
2.2 USGS
USGS는 미 의회에 의하여 1879년 3월 내무부
산하 연구기관으로 설립되어 국토자원탐사
, 자연재
해관측
, 지형도 및 지질도 제작 등을 전담함과 동
시에 지구과학분야에 대한 다양한 연구를 수행하
고 있다
. USGS는 버지니아에 본부를 두고 있으며,
각 주
(states)별로 연구소를 두어 지역별 연구를 강
화하고 있다
.
그림
11. USGS 주별 연구시설 현황[7]
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
171
<그림 11>은 주별 연구시설 현황을 나타내며 이
중에서
Missouri(MO)의 National
Geospatial
Technical Operations Center는 공간정보 연구 및
운영을 담당하고 있으며
, South Dakota(SD)의
National Center for Earth Resource Observation
& Science는 위성영상 수신 및 활용연구를 담당하
고 있다
.
USGS는 1972년 Landsat 1호 발사를 시작으로
지구관측 프로그램을 본격적으로 운영하기 시작하
였다
. 초기에는 NASA 및 NOAA와 함께 임무를
수행하였으나
, 2014년 2월에 발사된 Landsat 8호
에 대한 영상수신
, 자료처리 및 배포는 USGS가
전담하고
있으며
,
위성관제는
NASA
GSFC(Goddard Space Flight Center)가 담당하고
있다
. USGS는 2000년까지 Landsat 자료를 유료로
제공하였으나
, 2000년 이후 고해상도 위성의 등장
으로
Landsat 자료의 상업적 수요가 감소함에 따
라 모든 자료를 무료로 배포하기 시작하였으며
,
이를 통해 전 세계적으로 다양한 분야에서의 영상
활용을 촉진하게 되었다
. 현재 운영 중에 있는 8
호의 후속위성인
9호는 2019년에 발사예정에 있으
며
, 지금까지 USGS는 Landsat 프로그램을 제외한
다른 지구관측위성 프로그램은 계획하고 있지 않
은 것으로 알려져 있다
.
2.3 NOAA
NOAA는 기후 및 기상변화, 해안 및 해양생태
계와 자원 보존 등을 연구하기 위하여 설립된 기
관이다
. NESDIS(National Environment Satellite,
Data, and Information Service)는 NOAA의 위성
운영에서부터 자료처리 및 제공을 통해 기상예측
등을 지원하며
, NESDIS의 여러 운영시설 중에서
STAR(Center
for
Satellite
Application
and
Research)는 위성운영을 통한 육상, 대기, 해양, 기
후 등에 대한 정보수집과 자료관리 및 연구를 전
담하고 있다
.
NCEI(National
Centers
for
Environmental
Information)는 해양, 기후 및 지구 물리학적인 자
료를 종합적으로 저장
·관리하는 NOAA의 핵심 데
이터 센터이며
, <그림 12>와 같이 미국 전역에 분
포하고 있다
.
그림
12. NCEI 운영시설 현황[8]
NOAA의 2015년 총 예산은 약 54억 달러이며,
이중에서
NESDIS와 관련된 예산은 약 22억 달러
이다
[9]. 2014년에 비해 약 1억 달러가 증가하였는
데
GOES-R(Geostationary
Operational
Environmental Satellite-R) 시리즈와 JPSS(Joint
Polar Satellite System) 개발 및 자료 활용연구 등
에 사용되고 있다
.
3. 유럽
3.1 ESA/ESRIN
1960년대 초반 유럽지역 내에서 독립된 우주기
구 설립을 위한 아이디어 차원에서 유럽지역
6개
국
(벨기에, 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 영
국
)이
모여
ELDO(European
Launcher
Development Organisation)를 구성하였으며, 1962
년에는 기존
6개국에 덴마크, 스페인, 스웨덴, 스위
스가 참가한 총
10개국이 과학위성 프로그램을 위
한
ESRO(European Space Research Organisation)
을 설립하였다
. ESA는 1975년에 ELDO와 ESRO가
합쳐지면서 설립되었으며
, 총 22개 회원국으로 구
성되어 있다
[10].
ESA는 각 회원국들이 분담하는 예산으로 운영
172
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
되며 각 회원국은 예산 기여도에 상응하여 우주개
발 프로젝트에 대한 산업 계약을 체결하고 있다
.
ESA의 2015년 예산은 약 44억 유로이다. <그림
13>에서 나타나듯이 전체 예산중에서 가장 많은
예산이
Earth Observation에 배정되어 있는데, 이
는
Copernicus 프로그램에 속한 Sentinel 위성 시
리즈 등이 포함되어 있기 때문이다
.
그림
13. ESA 2015년 예산[11]
ESA의 지구관측 프로그램은 위성운영에 따라서
크게
The Living Planet과 Copernicus로 구분되어
질 수 있다
. 기존의 CyroSat, GOCE 등은 The
Living Planet 운영위성이며, Sentinel 위성 시리즈
는
Copernicus 프로그램을 위해서 개발되고 있다.
Copernicus 계획은 환경감시, 안전보장 등을 포함
한 유럽연합 차원의 대규모 프로그램이며
, 현재 유
럽
The Living Planet 운영위성들도 Copernicus
임무지원을 위해서 활용되고 있다
.
ESA 산하에는 다양한 운영 센터와 연구소가 존
재하는데
,
이중에서
ESRIN(European
Space
Research Institute)은 ESA의 지구관측 프로그램을
운영하는 핵심기관이다
. ESRIN의 주요업무는 지구
관측 위성영상을 획득하고 처리
, 관리, 배포함과
동시에 전 세계 사용자들이 위성영상을 자유롭게
활용할 수 있도록 다양한 연구 프로그램을 지원하
는데 있다
. ESRIN에는 각종 우주관련 자료들을 종
합적으로 저장
·관리하기 위한 ECRS(European
Centre for Space Records)가 2002년에 설립되어
있다
. ESRIN은 국제적인 재해재난 프로그램인
International Charter 운영기관으로서 ESA의 다양
한 위성영상을 재해재난 피해국가에 지원하기 위
한 활동을 수행하고 있다
.
한편
ESA는 다른 기관 및 국가에서 운영 중인
위성영상을 수집
,
처리 및 관리하기 위한
Multi-Mission Ground System을 운영하고 있으며,
이를 흔히
TPM(Third Party Mission)이라고 한다.
TPM의 자료정책은 기본적으로 ESA 정책을 따르
며
, 크게 연구목적의 Category 1과 이에 포함되지
않는
Category 2로 구분된다. <그림 14>는 현재
운영 중에 있는 위성에 대한 스케줄을 나타내고
있다
.
그림
14. TPM 운영 위성에 대한 스케줄[12]
Copernicus는 전 지구 모니터링을 위하여 유럽
연합 차원에서 추진하는 대규모 프로젝트로
Sentinel 위성 시리즈 개발뿐만 아니라 현지 관측
센서로 얻어진 다양한 정보를 종합적으로 처리
, 분
석하여 환경 및 안보 분야 등에 대한 서비스를 목
표로 운영 중에 있다
.
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
173
그림
15. Copernicus 프로그램[13]
<그림 15>는 Copernicus 프로그램 개념도를 설
명하고 있으며
, 크게 CS(Copernicus Services)와
CSC(Copernicus Space Component)로 구성되어
있다
. 이중에서 CSC는 ESA가 유럽연합과의 협약
을 통해 시스템 구현과 운영을 담당하고 있으며
,
DA(Data Access)는 ESA와 EUMETSAT(European
Organisation
for
the
Exploitation
of
Meteorological Satellites)로 이원화되어 있다.
CS는 총 6개(육지, 긴급상황관리, 대기모니터링,
해상환경모니터링
, 기후변화, 안보) 주제로 나뉘
며
, 각 분야별로 전문 서비스 제공기관이 지정되
어 있다
.
CSC DA에서는 각 센서별 영상자료를 정사보정
까지 수행하며
, DA에서 정의하는 공간해상도는 다
음과 같다
.
- Very High Resolution1 : 해상도＜＝1m
- Very High Resolution2 : 1m＜해상도＜＝4m
- High Resolution1 : 4m＜해상도＜＝10m
- High Resolution2 : 10m＜해상도＜＝30m
- Medium Resolution1 : 30m＜해상도＜＝100m
- Medium Resolution2 : 100m＜해상도＜＝300m
- Low Resolution : 300m＜＝해상도
Copernicus 프로그램의 자료 및 정보는 무료로
제공되며
, CSC를 통해 획득되는 Sentinel 위성에
대한 검색은
ESA에서 운영하고 있는 Sentinel
Online Portal을 통해서 가능하다. 한편 CS에 대한
자료접근 역시 온라인을 통해서 가능하지만 현재
모든 분야에 대한 자료 접근이 가능한 것은 아니
다
. 그러나 자료접근이 가능한 분야의 경우 간단한
등록과정만 거치면 원하는 자료를 무료로 다운로
드 받을 수 있다
.
3.2 EMSA
1999년 12월, 프랑스 브리터니(Brittany) 해안에
서
Erika호가 악기상과 선박의 구조적 결함으로 인
해 침몰하면서 중유
(heavy fuel oil) 약 19,800 톤
이 유출되었다
. 몇 년 뒤인 2002년 11월에는 중유
76,972톤을 운반 중이던 유조선 Prestige호가 스페
인 해안에서 침몰하여 중유 약
63,000 톤이 유출되
었다
[14]. 이 두 사고로 프랑스와 스페인은 대규모
174
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
의 환경파괴와 경제적 손실을 입게 되었는데
, 이를
계기로 유럽 차원의 대규모 기름유출 사고 등을
사전에 효과적으로 대응하기 위해서
2003년에
EMSA(European Maritime Safety Agency)가 설립
되었다
.
현재
Copernicus의 6개 서비스 분야 중에서
안보부문의 해상감시를 담당하는
EMSA는 총 3
개 부서
(department)와 10개의 단위부서(unit)로
구성되어 있으며
EMSA의 운영 서비스는 다음과
같다
.
- Vessel Reporting Services
- Earth Observation Services
- Integrated Maritime Services
- Pollution Response Services
Vessel Reporting Services는 <그림 16>과 같이
SafeSeaNet을 통해 선박의 이동 경로를 모니터링
하고 선박에게 해상정보를 제공한다
. 선박에 대한
추적은
AIS(Automatic Identification Systems) 정
보를 기반으로 수행된다
. 또한 회원국 해상당국과
상호 연결하여 해상정보 교환을 위한 플랫폼으로
서의 역할도 수행하고 있다
.
그림
16. SafeSeaNet[15]
한편
Earth Observation Services는 위성영상을
이용하여 광역지역에 대한 모니터링 서비스를 수
행하고 있으며
, 핵심은 CleanSeaNet이다. 2007년부
터
CleanSeaNet은 Envisat, Radarsat-1, Radarsat-2
를 사용해오고 있으며
, 2015년부터 Sentinel 위성에
대한 영상서비스를 순차적으로 수행하고 있다
[15].
또한
CleanSeaNet은 신속한 영상획득 및 활용을
위하여
<그림 17>과 같이 유럽전역에 걸쳐 지상국
네트워크를 구축하여 운영하고 있다
.
그림
17. CleanSeaNet 지상국 네트워크[15]
<그림 18>은 선박이 해상에서 불법적으로 기름
을 유출하는 것을 위성영상으로 탐지한 사례를 나
타내고 있다
.
그림
18. CleanSeaNet 기름유출 탐지[15]
EMSA는 CleanSeaNet을 통해 해상에서의 불법
적인 기름배출 및 오염탐지를 비롯하여 선박식별
및 추적 등을 수행할 수 있게 되었으며
, 이와 같은
감시체계는
24시간 가능하다. <그림 19>와 같이
2014년 한 해 동안 유럽연합 연안 해역에 대한 일
상 모니터링을 위하여 약
2,500여장의 영상이 사용
되었으며
, 이를 통해 2,630 건에 대한 기름유출 가
능성을 탐지하였다
.
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
175
그림
19. CleanSeaNet을 통한 해상 감시체계[16]
3.3 DLR
DLR(German Aerospace Center)은 항공, 우주,
교통
, 에너지, 안보분야에 걸쳐 다양한 연구를 수
행하고 있으며
, 독일 전역 16개 지역에 약 8,000명
의 직원을 보유하고 있다
. 현재 지구관측분야에 있
어서는
TerraSAR–X, TanDEM-X 등을 운영하고
있으며
,
향후
발사될
위성으로는
EnMAP(Environmental Mapping and Analysis
Programme) 등이 있다.
TerraSAR-X와 TanDEM-X는 DLR과 AirBus
Defence & Space간의 PPP(Public-Private Partner
ship) 프로젝트를 통해 개발된 위성이다. DLR은
위성에 대한 촬영계획 수립
, 관제, 검보정뿐만 아
니라 전 지구에 대한
DEM(Digital Elevation
Model) 생성 등을 담당하고 있다. 또한 두 위성으
로부터 획득된 영상자료에 대한 과학목적 활용을
담당하고 있으며
, 전 세계 연구자들을 대상으로
Science Team을 구성하여 운영하고 있다. 한편
AirBus Defence & Space는 PPP에 따라 위성개발
비용을 분담하고 획득된 영상자료에 대한 상업적
판매권한을 보유하고 있다
.
2007년 6월, TerraSAR-X의 성공적인 발사 후 3
년 뒤인
2010년 6월에 TanDEM-X가 발사되었다.
이들 두 위성은 서로 몇 백 미터 간격으로 비행
하면서 서로 다른 촬영 각도로 지구를 촬영하고
있으며
, 이들 영상은 전 세계지역에 대해 2m 이
상의 높은 수직정확도를 가지는 해상도
12m의
World DEM 생성에 활용되고 있다. 한편 이들
두 위성에 의해 생성되는 데이터의 양은
3년 이
내에 약
1.5 페타바이트(petabyte)로 증가할 것으
로 예상되며
, 이는 DVD 약 20만장에 해당하는
분량이다
[17].
현재
2018년 발사를 목표로 개발 중에 있는
EnMAP은 초분광센서(hyperspectral sensor)를 탐
재할 예정이다
. 고도 643㎞의 태양동기궤도로 운영
될
EnMAP은 공간해상도 30m의 250개 분광밴드
를 지원할 계획이며
, 이를 통해 식생, 지표암석, 환
경오염 등에 대한 보다 정밀한 정보제공 및 분석
이 가능할 것으로 예상된다
. EnMAP 프로젝트 임
무에 대한 관리 및 권한은
DLR이 가지고 있으며,
과학연구 분야는 독일지구과학연구센터
(German
Research Centre for Geosciences)가 담당하고 있
다
. 한편 위성운영, 영상수신, 저장, 배포 및 검보
정 등에 대해서는
GSOC(German Space Operation
Center)과 DFD(German Remote Sensing Data
Center) 및 IMF(Remote Sensing Technology
Institute)가 함께 수행하고 있다.
한편
DLR 산하에서 지구관측 분야를 담당하고
있는
EOC(Earth Observation Center)는 2000년에
설립되었으며
, 산하에는 DFD와 IMF가 존재한다.
EOC는 Oberpfaffenhofen을 포함하여 총 3개 지역
에 약
415명의 직원을 보유하고 있다. DFD는 주로
지상국을 구축하고 수신
, 처리 등 운영을 위한 각
종시스템을 개발 및 운영하는 역할을 수행하며 다
양한 자료처리
, 분석 및 활용기술 개발을 담당하고
있다
. 한편 IMF는 레이더, 광학 등에 대한 수학적
알고리즘 개발과 자료처리시스템 개발에 집중하며
,
그 결과는
DFD의 지상시스템에 통합된다.
176
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
그림
20. DFD 지상국 현황[17]
표
1. EOC 참여임무 및 역할[18]
<표 1>은 EOC가 관여하고 있는 각종 프로그램
에 대한 현황을 나타내고 있다
. EOC은 DLR 위성
프로그램 중 일부 위성에 대한 임무설계를 수행하
였으며
, DLR, ESA, EUMETSAT을 비롯하여 각종
해외위성에 대한 수신
, 처리, 저장 및 배포 등을
수행하고 있다
. 또한 향후 발사될 Sentinel 위성 등
에 대한 자료처리 프로세서와 알고리즘 개발도 수
행할 예정이다
.
<그림 20>은 DFD의 전 세계 지상국 네트워크
현황을 나타내고 있다
. DFD는 독일 내에 3개의
지상국과 스웨덴
, 캐나다, 멕시코, 남극에 지상국을
보유하고 있으며
, 이를 통해 TerraSAR-X 등과 같
은 다양한 위성을 운영하고 있다
.
DFD는 DLR과 ESA 등의 임무 수행을 통해 획
득되는 막대한 영상에 대한 체계적인 자료처리 및
관리를 위하여
<그림 21>과 같은 운영체계를 구축
하여 운용하고 있으며
, 모든 자료처리와 자료공유
는 고속
IT 인프라를 기반으로 수행된다.
EOC는 자료저장, 생산, 주문, 처리 및 배포를
효율적으로 수행하기 위하여
1990년대 중반부터
DIMS(Data
Information
and
Management
System)를 개발하기 시작하였다. DIMS는 다중임
무지원을 위하여 개발된 시스템이며
, 현재도 후
속위성을 위한 다양한 기능들이 파트너 업체인
Werum Software & Systems를 통해 추가되고
있다
.
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
177
그림
21. DFD의 자료처리 및 관리 체계[18]
그림
22. DIMS 로봇 라이브러리 시스템[18]
DIMS의 막대한 자료를 안정적으로 관리하기 위
하여 모든 운영시스템 자료들은
SAN(Storage
Area Network) 저장장치에 보관되며 <그림 22>와
같이 로봇 라이브러리를 이용하여 서로 다른 매체
에 이중적으로 자료를 백업한 후 이들 자료들은
각각 서로 다른 장소에 보관된다
.
한편
DFD는 ICSU(International Council for
Science)의 민간후원을 바탕으로 2003년부터
WDC-RSAT(The World Data Center for Remote
Sensing of the Atmosphere)를 운영하고 있다.
WDC-RSAT는 위성기반의 각종 대기관련 자료를
포털시스템을 통해 서비스하고 있다
.
그림
23. ZKI 시스템[17]
<그림 23>은 현재 DFD에서 서비스하는 ZKI
(Center for Satellite Based Crisis Information) 시
스템이며
, ZKI는 각종 재해재난, 안전관리 등에
신속하게 대응하기 위하여 긴급지도제작
(rapid
mapping) 등을 위한 다양한 연구를 수행하고 있
다
. <그림 24>는 ZKI에서 TerraSA-X 영상을 이용
하여
2008년 네팔에서 발생한 제방붕괴에 따른
178
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
홍수피해 범위를 지도로 제작한 사례를 보여주고
있다
.
그림
24. ZKI의 네팔 홍수 피해지도 제작[17]
한편 이와 같은 활동은
International Charter와
도 연계되는데
, DLR은 2010년에 정식 회원으로 가
입하여
ZKI를 통한 다양한 활동을 수행하고 있다.
<그림 25>는 DLR이 2013년까지 International
Charter에 제공한 위성영상 현황을 나타내고 있다.
그림
25. DLR의 International Charter 제공영상
현황
[18]
4. 일본
4.1 JAXA
JAXA(Japan Aerospace eXploration Agency)는
ISAS(Institute
of
Space
and
Astronautical
Science), NAL(National Aerospace Laboratory of
Japan), NASDA(National Space Development
Agency of Japan)이 합쳐져서 2003년 10월에 설립
된 기관으로 일본 정부의 모든 항공우주 개발과
이용에 관한 지원을 전담하고 있다
. 최근 JAXA에
서 발사한 지구관측위성으로는
2014년 5월 다네가
시마에서
H-IIA
발사체에
의해
발사된
ALOS-2(Advanced Land Observation Satellite-2)가
있다
. Daich-2라고도 불리는 ALOS-2는 재해 피해
지역 모니터링
, 국토정보의 지속적인 축적, 농경지
면적 확인 등에 사용할 목적으로 고해상도
(1~3m)
와 중
·저해상도(3m, 6m, 10m)의 광학센서와 저해
상도 레이더센서
(100m)를 동시에 탑재하고 있다.
JAXA는 1995년 4월에 제1우주기술부문 산하에
지구관측위성의 영상수신
, 처리, 저장, 관리 및 배
포
등을
위하여
EORC(Earth
Observation
Research Center)를 설치하였는데, 자료처리 및 분
석기술 연구 등만
EORC에서 수행할 뿐 영상수신
및 처리 등은
<그림 26>과 같이 하토야마
(Hatoyama)에 위치하고 있는 EOC에서 담당하고
있다
.
그림
26. JAXA 운영시설 현황[19]
<그림 27>은 EOC에서 이루어지고 있는 영상수
신에서부터 자료배포까지의 전체 운영 흐름을 나
타내고 있다
.
한편 제
1우주기술부문 산하에는 EORC와 함께
SAOC(Satellite
Applications
and
Operations
Center)가 존재한다. SAOC의 도쿄사무소는 위성
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
179
그림
27. EOC 영상수신 및 배포체계[19]
영상 활용 촉진을 도모하기 위한 활용기술 개발 및
지원
, 재해재난 대응, 국제협력 등의 활용업무를 수
행하고
, 위성의 관제 및 지상시스템 운영 및 유지
보수 등은 쓰쿠바 우주센터에서 수행하고 있다
.
<그림 28>은 2014년 온타케산(御嶽山) 화산 폭발
로 인해 발생한 지각변동을
ALOS-2의 레이더 센서
인
PALSAR-2로 분석한 사례를 나타내고 있다.
그림
28. PALSAR-2에 의한 지각 변동도[19]
4.2 RESTEC
RESTEC(Remote Sensing Technology Center of
Japan)은 1975년에 출범하여 2011년 일반재단법인
으로 변경되었으며
, 현재 직원은 약 140명이며 본
사는 도쿄에 위치하고 있다
[20]. 법인 정관상에 명
시된 사업은 원격탐사 장비 및 기술 개발
, 원격탐
사 자료수집
, 처리, 분석 및 제공, 인력양성 등이
있으나
, 2011년 일반재단법인으로 전환 후 과거
EOC의 단순 위탁업무에서 벗어나 비즈니스 모델
및 수익창출에 많이 치중하고 있다
. RESTEC의 주
요사업은 위성운영
, 각종 활용솔루션 개발, 위성영
상 판매
, 교육 및 컨설팅으로 구분할 수 있다.
RESTEC은 EOC가 설립된 이후 약 35년 이상
영상수신 및 처리 업무를 위탁받아 수행해오고 있
으며 지금까지 약
20여개 위성을 운영한 경험을
가지고 있다
. 영상수신, 처리 등 모든 운영은 EOC
의 시설 및 장비를 기반으로 이루어지며
, RESTEC
은 별도의 시설 및 장비를 보유하고 있지 않은 것
으로 알려져 있다
.
RESTEC은 일반재단법인으로 변경된 이후부터는 원
격탐사연구 보다는 공간정보
, 농업, 해양, 재해분야 등
에 대한 솔루션 개발 및 지원 사업에 주력하고 있다
.
180
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
그림
29. 경지면적 조사사례[20]
<그림 29>는 레이더 영상으로 관측한 논 지역으
로 파종 전
(좌)과 파종 후(중) 영상을 비교하여 경지
면적을 분석한 결과이다
. <그림 29>의 우측영상에
서 파란색 부분이 논 경지 경계를 나타내고 있다
.
이와 같은 활용사업은 일본 국내에만 국한되지
않는다
.
RESTEC은 2009년부터 JICA(Japan
International Cooperation Agency)의 아마존 열대
림 불법벌채 방지 프로젝트에
RESTEC 직원을 파
견하여 위성영상 기반의 불법벌채 탐지시스템 구
축과 감시활동을 수행하였다
.
그림
30. 산림벌채 분석사례[20]
<그림 30>은 브라질 론도니아(Rondonia) 열대림
을
1995년에 촬영한 영상(2)과 2009년 영상(3)을 비
교하여
15년간의 산림벌채 결과를 분석한 것으로
붉은색
(1)이 벌채지역이며 급격하게 증가한 것을
확인할 수 있다
.
구분
위성명
일본위성
ALOS,
JERS-1*,
ADEOS,
MOS-1,
TRMM*, ADEOS-I *, Aqua/AMSR-E*,
MODIS(near-real time data)
해외위성
IKONOS, QuickBird, WorldView-1/2/3,
GeoEye-1, THEOS, COSMO-SkyMed,
RapidEye, FORMOSAT-2
표
2. RESTEC 판매영상 목록[20]
* G-Portal에서 무료 다운로드 가능[21]
현재
RESTEC에서 판매하고 있는 위성영상의
종류는
<표 2>와 같으며, 일부 자국 소유의 위성
영상은 무료로 다운로드가 가능하다
. 한편 MODIS
준실시간자료
(near real time data)는 하토야마
EOC에서 수신 후 3~5시간 후에 제공되는 유료 서
비스로 제공 자료로는
level-1B와 해수면온도 및
클로로필
-a 자료가 있다.
RESTEC은 원격탐사의 기초기술부터 응용에 이
르기까지 원격탐사 전반에 대한 이해 및 전문기술
습득을 목적으로 다양한 원격탐사 기술교육을 수
행하고 있다
. 이와 같은 기술교육은 운영성격에 따
라서 유상
/무상으로 구분되며 자국민뿐만 아니라
국제협력기구 등과 연계한 다양한 연수 프로그램
을 운영하고 있다
.
그림
31. RESTEC 연수 실적[20]
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
181
<그림 31>은 RESTEC 연수 프로그램에 참여한
국내외 인원을 집계한 결과로서
2016년 3월 31일
기준으로 총
76개국 5,384명(자국민 3,945명 포함)
이 참여하였다
[20]. 또한 RESTEC은 그 동안의 위
성운영 경험 및 노하우 등을 바탕으로 일본 내의
다양한 기관 및 기업뿐만 아니라 아시아를 비롯한
세계 각국을 대상으로 원격탐사분야 싱크탱크로서
의 역할을 수행하고 있다
.
5. 결 론
오늘날 위성영상은 기상
·기후 및 환경변화 감시
를 비롯하여 각종 재해재난 대응 등에 있어 매우
중요한 정보로 인식되며
, 이에 세계 각국은 자국의
여건 등을 고려한 다양한 형태의 위성개발 및 위
성영상 활용을 추진하고 있다
.
따라서 본 논문에서는 우주개발 선진국으로 분
류되는 미국
, 유럽 및 일본에서의 위성영상 활용실
태를 조사하였다
.
우선 미국의 경우 가장 견고한 위성활용 체계를
보유하고 있는 것으로 판단된다
. 세계 고해상도 위
성시장 대부분을 장악하고 있는 미국은 정부 차원
에서 상업위성 프로그램을 지원하기 위한 법 개정
등을 추진함과 동시에 공공 및 과학 분야에서의
위성영상 활용 극대화를 위한 자료통합 및 공유체
계 구축을 강화하고 있다
. 또한 다양한 과학프로그
램을 통해 전 지구적 기후
·환경변화 연구 등을 전
세계적으로
주도하고
있다
.
한편
유럽은
Copernicus 프로그램을 기반으로 유럽만의 독자적
인 위성영상 활용체계를 구축해 나가고 있다
. 육
상
, 해양, 사회 안전 등 전 분야에 걸쳐 적용 가능
한
Copernicus 프로그램의 핵심은 위성영상이며,
유럽만의 활용모델을 완성하기 위하여
ESA 등이
중심이 되어
Sentinel 위성 시리즈를 차질 없이 개
발하고 있다
. 또한 독일은 DLR을 통해 유럽 내에
서 지구관측 프로그램을 가장 활발히 추진하고 있
으며
, 이로 인해 위성운영 및 활용체계 또한 견고
한 것으로 판단된다
. DLR은 자국위성뿐만 아니라
다양한 나라의 위성도 함께 활용함으로써
ESA를
비롯하여 국제적인 위성활용 프로그램에 많은 기
여를 하고 있다
. 한편 일본 역시 정부차원에서 위
성영상 활용 정책을 강화하고 있다
. 재해재난 및
전 지구모니터링을 위한 다양한 위성을 지속적으
로 개발함과 동시에 자국뿐만 아니라 아시아 지역
국가 등에 대한 다양한 위성활용 프로그램을 지원
하고 있다
.
위성영상은 활용 여하에 따라 안보
·공공분야뿐
만 아니라 민간분야에서 상업적으로도 막대한 부
가가치를 창출할 수 있다
. 그 동안 우리나라는 위
성체 및 탑재체 개발에 투자를 집중하였기 때문에
위성활용 부문에 있어서는 세계 주요국들과 격차
가 존재하는 것이 사실이다
. 따라서 위성활용 선진
국과 같이 국가 위성정보 활용을 촉진시키기 위해
서는 활용목적에 부합하는 최적의 위성개발뿐만
아니라 위성영상 활용에 대한 정부차원의 강력한
정책적 지원이 지속적으로 뒤따라야할 것으로 판
단된다
.
참고문헌
1. 과학기술정책연구원, 위성정보 활용 촉진을
위한 효율적 기반구축 연구
, 2014, pp.1-222
2. A Euroconsult Research Report, Satellite-
Based Earth Observation-Market Prospects to
2023, 2014, pp.1-234
3. 제2차 우주개발진흥기본계획(2012~2016) :
2013년도 우주개발 시행계획, 2013
4. 제1차 위성정보 활용 종합계획(2014~2018),
2014
5. Annual Report, NASA, 2015
6. http://www.nasa.gov
7. http://www.usgs.gov
8. http://www.noaa.gov
9. Budget Estimates Fiscal Year 2016 – NOAA
182
이광재 외 / 항공우주산업기술동향 14/1 (2016) pp. 166~182
10. http://www.esa.int
11. All about ESA, 2015
12. ESA’s Earth Observation Third Party
Missions : Data Access Guide, 2015
13. http://www.copernicus.eu
14. http://www.iopcfunds.org
15. http://www.emsa.europa.eu
16. EMSA facts & figures 2014
17. http://www.dlr.de
18. German Remote Sensing Data Center :
Statues Remote 2007-2013, 2013
19. http://www.jaxa.jp
20. http://www.restec.jp
21. https://www.gportal.jaxa.jp
