KPS 위성 1호기 설계 검토 완료…대한민국 '자체 GPS' 시대 열린다

대한민국이 독자적인 위성항법 시스템(KPS) 구축을 위한 핵심 공정을 통과했다. 우주항공청은 관계 부처와 함께 위성 1호기의 상세설계검토(CDR) 회의를 열고, 지난 9월 탑재체에 이어 위성 본체까지 종합적인 점검을 마쳤다고 밝혔다. 이번 설계 검토 완료는 2029년 첫 위성 발사를 목표로 하는 KPS 개발 사업이 본궤도에 올랐음을 의미한다.

KPS가 구축되면 우리나라는 미국(GPS), 러시아(글로나스), 유럽연합(갈릴레오), 중국(베이더우) 등에 이어 세계에서 일곱 번째로 자국 위성항법 시스템을 보유한 국가가 된다. KPS는 한반도 인근 지역에 초정밀 위치·항법·시각 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 자율주행차, 도심항공교통(UAM), 스마트 시티, 스마트 농업 등 미래 신산업의 핵심 인프라로서 독자적인 기술 주권을 확보한다는 전략이다. 영상에서는 KPS가 국민의 안전과 복지에 도움이 될 것이라고 설명했다.

KAL 007편 사고와 GPS 기술의 발전

위성항법 기술의 중요성은 과거의 비극적인 사고를 통해 증명되기도 했다. 1983년 9월 1일 발생한 대한항공 KAL 007편 격추 사건이 대표적이다. 당시 항공기는 관성항법장치(INS, Inertial Navigation System)의 고장으로 인해 항로를 이탈해 소련 영공으로 진입했고, 이를 영공 침범으로 오인한 소련 전투기의 미사일 공격을 받아 승객과 승무원 200여 명이 사망했다. 당시 사용된 관성항법장치는 항공기의 자세를 잡는 데 유용했으나, 위치를 파악하는 과정에서 오차가 누적되어 위치 오류가 발생하는 한계가 있었다.

이 사건을 계기로 미국의 레이건 대통령은 군사용으로 구축 중이던 GPS를 민간에 무료로 개방하기로 결정했다. 다만 군사용으로 사용될 것을 염려하여 암호화된 에러 코드를 삽입해 송출했으나, 2000년 미 클린턴 대통령은 GPS의 고의적 오차 발생을 중단하며 민간 활용의 길을 넓혔다. 현재 우리가 사용하는 GPS는 미국의 시스템을 일컫는 용어로 통용될 만큼 전 세계적인 표준이 됐다. 만약 철도, 항공기, 자율주행 자동차 등 GPS에 의존하는 시스템에서 신호 사용이 금지되거나 중단될 경우, 막대한 경제적 손실과 사회적 혼란이 야기될 수 있다.

위성·지상국·수신기로 구성되는 위성항법 원리

GPS 시스템은 우주의 위성, 지상국, 그리고 사용자 수신기의 세 가지 요소로 구성된다. 사용자가 스마트폰으로 위치를 찾을 때, 기기는 우주에 떠 있는 위성으로부터 전파를 받는다. 위성이 보낸 시간 정보와 수신기가 받은 시간 차이를 계산해 위성과의 거리를 산출하는 방식이다. 3차원 공간에서 정확한 위치를 특정하기 위해서는 최소 세 개의 위성이 필요하며, 위성 수가 많아질수록 교차점이 정밀해져 위치 오차를 줄일 수 있다.

지상국은 위성의 위치를 정확히 계산하고, 위성과 사용자 사이에서 발생하는 다양한 오차 요인을 보정해 정보를 전달하는 핵심 역할을 수행한다. 현재 전 세계적으로 미국, 러시아, 유럽연합, 중국이 전 지구 서비스 시스템을 운영 중이며, 인도(IRNSS)와 일본(QZSS)은 자국 및 인근 지역을 대상으로 하는 지역 위성항법 시스템을 구축해 운영하고 있다. 특히 중국은 2020년 7월 베이더우(Beidou)의 글로벌 개통을 선언하며 26.6년 만에 자체 시스템 구축을 완료했으며, GPS보다 더 많은 위성을 운영해 5~10m 이내의 오차 범위를 목표로 하고 있다.

8기의 위성으로 구성되는 KPS의 설계 전략

우리나라가 추진하는 KPS는 한반도와 그 주변 지역에 최적화된 설계를 갖춘다. KPS는 총 8기의 위성으로 구성된다. 지구의 자전 속도와 일치해 지상에서 볼 때 항상 같은 위치에 머무는 정지궤도 위성 3기와, 한반도 상공에서 '8자 모양' 궤도를 그리며 장시간 머무는 경사궤도 위성 5기가 조화를 이룬다. 경사궤도 위성은 한반도 상공에 가급적 머물도록 설계되었으며, 남쪽에서는 매우 빠르게 회전하며 한반도 인근에서 보다 안정적이고 지속적인 신호 수신이 가능하도록 설계됐다.

KPS는 2018년 제3차 우주개발 진흥계획에 이름을 올린 이후, 2022년 한국항공우주연구원 산하 KPS 개발사업본부가 출범하며 연구개발에 속도를 내고 있다. 우리나라는 이미 누리호 등을 통해 검증된 발사체 기술과 위성 개발 경험을 보유하고 있어 KPS 구축을 위한 기반은 갖춰진 상태다. KPS는 2035년 완성을 목표로 하며, 향후 한반도를 중심으로 미터(m)급을 넘어 센티미터(cm)급의 초정밀 서비스를 제공함으로써 국가 안보와 미래 산업 경쟁력을 확보할 전망이다.