별에서 위성으로…인류의 생존을 결정한 항법 기술의 진화

망망대해에서 자신의 위치를 파악하는 것은 단순한 이동을 넘어 생존과 직결된 문제였다. 과거 인류에게 하늘의 별은 밤의 지도이자 유일한 이정표였다. YTN 사이언스가 전한 다큐멘터리 '별에서 위성까지 길을 찾는 과학'에는 별을 바라보던 시대부터 인공위성과 AI가 스스로 길을 찾는 시대에 이르기까지, 인류가 항법(Navigation) 기술을 어떻게 발전시켜 왔는지에 대한 여정이 담겨 있다.

북극성 고도로 위도 찾던 시대, 천문항법의 시작

위성이 없던 시절, 항해사들에게 천문학은 생존을 위한 필수 도구였다. 지형지물이 없는 바다 위에서 별의 위치를 이용해 방향과 위치를 알아내는 '천체 항법'이 그 중심에 있었다. 특히 북극성은 인류의 중요한 이정표였다. 지구가 자전해도 북쪽 하늘의 한 점을 중심으로 회전하는 것처럼 보이는 북극성은 위도 측정의 핵심 기준이었다.

위도는 북극성의 고도를 통해 비교적 쉽게 측정할 수 있었다. 북극성에서 멀어질수록, 즉 북극으로 갈수록 별의 높이가 달라지는 원리를 이용한 것이다. 조선시대의 천문도 역시 이러한 과학적 이해를 바탕으로 제작됐다. 천문도는 별의 위치뿐만 아니라 밝기에 따라 별의 크기를 다르게 표현하는 등 선조들의 높은 과학적 수준을 보여준다.

감각에 의존하던 항해는 도구의 발명과 함께 정밀해졌다. 초기에는 해안선을 육안으로 확인하는 연안 항법에 의존했으나, 아스토롤라베나 육분기(Sextant) 같은 도구가 등장하며 대양을 가로지르는 원양 항해가 가능해졌다. 특히 육분기는 이중 거울을 통해 수평선과 별의 위치를 동시에 조준할 수 있어 관측의 정확도를 획기적으로 높였다.

4초의 오차가 2km 차이로…정밀 항법이 바꾼 항해 역사

18세기 항해의 패러다임을 바꾼 것은 해상 시계인 '크로노미터'였다. 배의 흔들림과 습도에 영향을 받지 않도록 설계된 이 도구는 동서 방향의 위치인 '경도'를 알아내는 문제를 해결했다. 당시 항해에서 정확한 시각을 재는 것은 목숨과 직결된 문제였다. 시계의 오차가 단 4초만 발생해도 경도상의 위치는 약 2km의 오차가 생기기 때문이다. 이는 배의 좌초나 막대한 재산 피해로 이어질 수 있는 치명적인 수치였다.

이러한 전통적 항법 기술은 현대에도 그 가치를 인정받는다. 한국해양대학교 실습선 한나라호에서는 위성항법 시대임에도 불구하고 여전히 육분기를 이용해 태양의 고도를 측정하는 교육이 이뤄진다. 수평선과 태양 빛을 거울로 반사해 고도를 측정하는 이 방식은 항해사의 기본 역량으로 간주된다.

국제 협약(STCW)에서도 항해사가 천체를 관측해 위치를 구할 수 있는 능력을 필수적으로 명시하고 있다. 첨단 기술이 상용화된 오늘날에도 과거의 방식을 배우는 이유는 비상 사태 발생 시 첨단 장비가 작동하지 않을 경우를 대비하기 위해서다. 항해의 기본 원리는 변하지 않았기에, 전통적 기술은 최후의 보루 역할을 한다.

GPS를 넘어 AI 자율운항선박으로…항법의 미래

현대의 항해는 통합 항해 시스템(IBS, Integrated Bridge System)을 중심으로 이루어진다. IBS는 선박의 속력, 방향, 엔진 상태, 바람 상황 등을 한눈에 파악할 수 있도록 각종 장비를 집적한 시스템이다. 특히 GPS(위성항법시스템)는 인공위성 신호를 수신해 현재 위치를 정확히 계산하며 현대 항해의 핵심축을 담당하고 있다.

한나라호의 조타실 상부에는 GPS 신호를 수신하는 접시형 안테나와 이리듐(Iridium) 통신 시스템, 그리고 배의 방향을 알려주는 자이로콤파스 등이 설치되어 있다. 위성으로 확인된 위치는 전자 해도에 실시간으로 표시되며, 레이더는 주변 선박과 장애물을 탐지해 충돌을 방지한다. 노련한 항해사의 판단력에 첨단 기술의 정확성이 더해져 안전한 항해가 가능해진 것이다.

이제 항법 기술은 인간의 판단을 넘어 인공지능(AI)의 영역으로 진입하고 있다. 사람이 조종하지 않아도 스스로 판단해 항로를 결정하는 '자율운항선박'이 그 대표적인 예다. 2년 전 첫 운항을 시작한 자율운항선박 '시프트 오토(Shift Auto)'처럼, 인류는 이제 별과 위성을 넘어 스스로 길을 찾는 지능형 항법의 시대로 나아가고 있다.