자주시보 2016년 02월 15일
한호석(통일학연구소 소장)
<차례>
1. 은하-4호는 왜 나타나지 않았을까?
2. 최적고도에 진입하여 지구 주위를 도는 광명성-4호
3. 은하-3호보다 추력이 더 강해진 2.7위성운반로켓
4. 광명성-4호의 질량은 250~300kg
5. 광명성-4호의 해상도는 50cm
6. 제3자는 왜 광명성-4호의 교신을 감청하지 못할까?
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1. 은하-4호는 왜 나타나지 않았을까?
2016년 2월 7일 평양시간으로 오전 9시 서해위성발사장에서 조선의 지구관측위성 광명성-4호를 실은 위성운반로켓이 굉음과 화염을 내뿜으며 우주의 만리대공으로 솟구쳐 올랐다. 이 위성은 2012년 12월 12일에 발사된 광명성-3호 2호기에 이은 조선의 두 번째 지구관측위성이다. <사진 1>
그런데 그날 서해위성발사장에서 발사된 위성운반로켓 1단의 흰색 동체에는 ‘광명성’이라는 붉은 글씨가 큼지막하게 쓰여 있었다. 사람들은 2012년 12월 12일 광명성-3호 2호기를 싣고 저지구궤도(low earth orbit)에 진입하였던 위성운반로켓의 이름이 은하-3호였으므로, 이번에는 은하-4호라는 이름의 위성운반로켓이 등장하리라고 예상하였지만, 그 예상은 빗나갔다. 이번에 발사된 위성운반로켓의 이름은 왜 은하-4호로 정해지지 않은 것일까?
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2016년 2월 11일 유투브(YouTube)에 실린 조선기록영화 ‘경애하는 김정은 동지의 령도 밑에 지구관측위성 <광명성-4호> 성과적으로 발사’에 나오는 해설에 따르면, 김정은 국방위원회 제1위원장은 위성운반로켓 동체에 ‘광명성’이라고 써넣도록 지시하면서 그 서체까지 지정해주었다고 한다. <사진 2>
조선에서 2월 16일을 김정일 국방위원장이 탄생한 ‘광명성절’로 성대히 경축하는 것에서 알 수 있는 것처럼, ‘광명성’은 김정일 국방위원장의 상징이다. 조선이 쏘아올린 모든 위성들의 이름은 ‘광명성’으로 정해졌고, 특히 조선이 이번에 발사한 위성운반로켓에 ‘광명성’이라는 붉은 글씨가 새겨진 것은, 조선의 우주개발사업이 김정일 국방위원장의 유업이라는 사실을 말해준다. 위에서 언급한 기록영화에 나오는 해설에 따르면, 2016년 2월 7일 서해위성발사장에서 위성발사과정을 처음부터 끝까지 직접 지도한 김정은 제1위원장은 위성발사가 성공적으로 진행된 직후 열차편으로 평양에 돌아가자마자 가장 먼저 만수대 언덕을 찾아 김일성 주석과 김정일 국방위원장의 동상에 꽃다발을 진정하면서 김정일 국방위원장께 위성을 성공적으로 발사하였다는 보고를 드렸다고 한다.
이런 맥락을 이해하면, 조선이 이번에 발사한 위성운반로켓에 새겨진 ‘광명성’은 기존 은하 계열의 위성운반로켓을 대체하는 새로운 계열의 위성운반로켓을 지칭하는 이름이 아니라, 김정일 국방위원장의 우주개발사업을 계승, 완성하는 의미를 담은 것임을 알 수 있다. 그러므로 그 위성운반로켓을 ‘광명성호’라고 부르는 것은 적절하지 않다. 이 글에서는 그 위성운반로켓을 편의상 2.7위성운반로켓이라 부른다.
김정일 국방위원장의 유업인 우주개발사업을 강화, 발전시키려는 김정은 제1위원장의 정력적인 지도에 따라 지난 3년 동안 조선에서 국가우주개발국이 신설되었고, 종합적인 국가우주개발계획이 세워졌으며, 우주개발법이 제정되었고, 서해위성발사장이 400톤급 위성운반로켓을 발사할 수 있는 시설로 확장, 개건되었으며, 평양에 현대적인 위성관제종합지휘소가 건설되었고, 지구관측위성이 두 차례 발사되었으며, 우주개발부문의 과학자와 기술자들을 위한 은하과학자거리가 건설되는 등 일련의 획기적인 발전계기가 마련되었다.
위에서 언급한 조선기록영화에 나오는 해설에 따르면, 김정은 제1위원장은 2016년 1월 어느 날 서해위성발사장에서 위성발사준비사업을 밤늦도록 지도하면서 위성발사를 준비하는 책임자들에게 “이번 지구관측위성발사는 우주정복의 길에서 획기적인 전환점이 되는 것만큼 무조건 성공해야 한다”고 당부했다고 한다. 2016년 2월 7일에 진행된 조선의 위성발사가 그 나라의 우주개발사업에서 획기적인 전환점으로 된다는 말은 무슨 뜻인가?
2012년에 시작된 조선의 ‘우주개발 5개년 계획’은 올해 2016년에 끝나게 되어 있다. 조선은 그 계획에 따라 2012년 12월 12일 첫 번째 지구관측위성 광명성-3호 2호기를 쏘아올렸고, 2016년 2월 7일 두 번째 지구관측위성 광명성-4호를 쏘아올린 것이다. 이런 맥락을 이해하면, 조선의 우주개발 5개년 계획이 끝나는 2016년에 지구관측위성을 쏘아올린 것은 조선의 우주과학자, 기술자들이 지구관측위성을 제작, 발사하는 1단계 우주개발을 2016년까지 완성하려는 목표 밑에 추진되어온 사업이라는 점을 알 수 있다.
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조선이 이번에 진행한 위성발사가 우주개발 5개년 계획에 따라 지구관측위성을 제작, 발사하는 1단계 우주개발을 완성하는 전환적 계기로 되었으므로, 2.7위성운반로켓과 광명성-4호는 3년 전에 등장하였던 은하-3호 위성운반로켓과 광명성-3호에 비해 전혀 다른 모습으로 나타났어야 한다. <사진 3>
그런데 이상하게도, 조선의 언론보도사진들에 나타난 2.7위성운반로켓은 3년 전에 발사된 은하-3호와 거의 같은 모습으로 보이고, 이번에 궤도진입에 성공한 광명성-4호도 3년 전 궤도진입에 성공했던 광명성-3호 2호기와 거의 같은 모습으로 보인다. 그런 까닭에 미국과 한국의 언론매체들은 지난 3년 동안 조선의 우주개발사업에서 아무런 기술적 진전이 없었던 것처럼 보도하였다.
그러나 그런 보도내용은 겉모양만 훑어보고 성급하게 내보낸 오보에 지나지 않는다. 우주개발에서 중요한 것은 겉모양이 아니라 내부성능이다. 2.7위성운반로켓과 광명성-4호의 겉모양을 3년 전에 쏘아올린 은하-3호와 광명성-3호 2호기의 겉모양과 비교하면 서로 비슷하지만, 내부성능에서 상당한 기술적 진전이 이루어졌음을 간파할 필요가 있다.
2012년 12월 12일 조선의 첫 지구관측위성 광명성-3호 2호기를 성공적으로 쏘아올린 조선의 우주과학자, 기술자들이 지난 3년 동안 우주개발사업에서 기술적 진전을 이루기 위해 지혜와 열정을 다 바쳐온 것이 분명한데, 3년 전에 쏘아올렸던 그 위성운반로켓과 위성을 이번에 또다시 쏘아올렸다는 것은 말이 되지 않는 소리다. 그렇다면 조선의 우주과학자, 기술자들이 지난 3년 동안 자기들의 우주개발사업에서 이루어낸 기술적 진전은 구체적으로 무엇일까?
2. 최적고도에 진입하여 지구 주위를 도는 광명성-4호
우주공간에서 지구 주위를 초속 8km 정도의 빠른 속도로 도는 위성은 자기 궤도에 진입할 때의 비행자세를 그대로 유지하면서 계속하여 도는 게 아니다. 우주공간에서는 지구, 태양, 달이 위성에 상당한 영향을 미치기 때문에 위성의 비행자세가 때로 흐트러질 수 있다. 예컨대, 위성이 ‘지구의 지붕’이라는 히말라야산맥 상공을 지날 때는 지구의 중력장을 많이 받게 되므로 위성의 비행속도가 약간 빨라지고, 지구 위에서 고도가 가장 낮은 대양 상공을 지날 때는 지구의 중력장을 약하게 받게 되므로 위성의 비행속도는 약간 느려지는 것이다.
위성의 비행자세가 흐트러지는 현상을 전문용어로 섭동(perturbation)이라 하는데, 위성비행 중에 섭동현상이 나타나면 지상의 위성관제소는 위성에 장착된 전기추력기를 가동하는 원격조종으로 위성의 비행자세를 바로잡아주어야 한다. 이런 사정을 알지 못하면, 미국 국방부 관계자들이 왜 어떤 때는 광명성-4호가 안정적으로 비행하고 있다고 말하고 어떤 때는 그 위성이 불안정하게 비행하고 있다고 변덕스럽게 말하는지 알지 못하게 된다. 평양에 있는 위성관제종합지휘소는 광명성-4호의 비행자세가 지구, 태양, 달의 영향을 받아 흐트러지는 경우 원격조종으로 그 위성에 장착된 전기추력기를 가동하여 자세를 바로잡아주고 있는 것이다.
지구관측위성에는 지구표면을 관측하는 장비가 갖춰져 있다. 그런데 어둠 속에서 육안으로 물체를 식별할 수 없는 것처럼, 지구관측위성의 광학촬영장비도 태양빛이 비치지 않는 지구그림자 속에서나 구름이 낀 날씨에는 무용지물로 된다. 광학촬영장비와 함께 적외선촬영장비를 갖춘 지구관측위성도 있지만, 적외선촬영장비로 촬영한 영상은 어둠 속에서 찍힌 흐릿한 흑백사진처럼 보이고, 지상의 물체를 식별하는 해상도(resolution)가 떨어지기 때문에 적외선촬영장비는 태양빛이 비치지 않는 지구그림자 속을 지날 때나 구름이 낀 날씨에만 제한적으로 사용된다.
지구는 24시간에 한 바퀴씩 자전하기 때문에 태양빛이 비치는 지구표면의 절반은 낮으로 되고 그 반대쪽 절반은 밤으로 된다. 그래서 광학촬영장비를 갖춘 지구관측위성은 태양빛이 비치는 지구표면만 촬영할 수 있다. 또한 다른 종류의 위성들과 마찬가지로 지구관측위성도 위성작동에 필요한 에너지를 태양빛전지판(solar panel)에서 얻기 때문에 24시간 계속해서 태양빛을 받아야 자기의 활동에 유리하다.
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지구관측위성이 지구표면을 24시간 촬영하면서 태양빛을 24시간 계속 받으려면, 태양빛이 비치는 지구표면의 절반과 그 반대쪽 절반의 경계에 위치한 궤도, 다시 말해서 북극에서 남극으로 도는 궤도에 진입해야 한다. 만일 지구관측위성이 동서방향으로 도는 궤도에 진입하면, 태양빛을 받는 시간이 크게 제한되기 때문에 지구표면을 24시간 계속하여 관측할 수 없다.
태양빛을 24시간 받으며, 북극에서 남극으로 도는 특정한 궤도를 태양동기궤도(heliosynchronous orbit) 또는 극궤도(polar orbit)라 한다. <사진 4>
태양동기궤도 또는 극궤도를 따라 도는 지구관측위성은 북극과 남극을 주기적으로 돌면서 지구표면을 관측하는데, 지구가 24시간마다 한 바퀴씩 서에서 동으로 자전하므로 그 궤도를 따라 도는 지구관측위성은 남북방향과 동서방향을 모두 포괄하면서 지구표면의 모든 지역을 관측할 수 있다.
조선국가우주개발국이 2016년 2월 7일에 발표한 보도자료에 따르면, 광명성-4호의 궤도경사각(orbital inclination)은 97.4도다. 지난 시기 조선이 쏘아올렸던 광명성-1호 궤도경사각과 광명성-2호 궤도경사각은 각각 40.2도, 40.6도였는데, 광명성-3호 2호기 궤도경사각과 광명성-4호 궤도경사각은 각각 97.4도이므로 궤도경사각이 2배 이상 커졌다. 궤도경사각이 97.4도라는 말은 적도에서 직각으로 그은 90도에서 오른쪽으로 7.4도 기울어졌다는 뜻이다. 다른 나라의 지구관측위성들 가운데는 90도 이하의 궤도경사각을 따라 도는 것도 있지만, 우주선진국들이 쏘아올린 지구관측위성의 궤도경사각은 대체로 95~99도 사이에 있다.
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조선국가우주개발국이 2016년 2월 7일에 발표한 보도자료에 따르면, 광명성-4호의 지구회전주기(period)는 94분 24초다. 이것은 그 위성이 1시간 34분 24초마다 지구를 한 바퀴씩 돌고 있다는 뜻이며, 24시간마다 지구를 15회씩 돌고 있다는 뜻이다. <사진 5>
지구관측위성은 24시간 동안 지구를 여러 번 돌수록 지구관측기회를 더 많이 갖게 된다. 24시간 동안 지구를 여러 번 돌려면, 지구관측위성이 지구표면에 가까운 낮은 고도에서 지구 주위를 회전해야 하는데, 지구관측위성이 가장 낮게 내려오는 최저고도는 300km 안팎이다. 지구관측위성이 지구표면으로부터 약 300km 떨어진 최저고도를 따라 지구 주위를 돌면, 지구회전주기가 짧아져 24시간 동안 지구를 16회나 돌게 된다.
지구관측위성이 300km 안팎의 낮은 고도에서 지구 주위를 도는 경우, 관측거리가 짧아지고 관측회수가 늘어나 지구관측에 유리하게 되지만, 그처럼 낮은 고도에서 계속 돌다보면, 지구의 인력을 그만큼 더 많이 받게 되므로 위성의 수명이 짧아지게 된다.
그와 정반대로, 만일 지구관측위성이 약 900km의 높은 고도에서 지구 주위를 돌면, 지구의 인력을 덜 받게 되어 위성의 수명이 늘어나는 장점은 있지만, 관측거리가 멀어져 지구표면에 대한 정밀관측이 힘들어지고, 지구회전주기가 늘어나 24시간 동안 지구를 14회밖에 돌지 못한다.
지구관측위성이 지구의 인력을 많이 받지 않으면서도 24시간 동안 지구 주위를 가장 많이 돌 수 있는 최적고도는 500~600km다. 만일 지구관측위성이 500km의 고도에서 지구 주위를 돌면, 24시간마다 지구를 15회씩 돌게 된다.
그런데 조선국가우주개발국이 2016년 2월 7일에 발표한 보도자료에 따르면, 광명성-4호의 고도는 근지점 고도가 494.6km이고, 원지점 고도가 500km다. 이런 사정을 보면, 조선의 지구관측위성 광명성-4호가 지구관측에 유리한 최적고도에 진입하여 지구 주위를 돌고 있음을 알 수 있다. 아래의 표에서 광명성-4호와 우주선진국들의 지구관측위성들을 비교할 수 있다.
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3. 은하-3호보다 추력이 더 강해진 2.7위성운반로켓
위성궤도는 타원형과 원형으로 구분되는데, 위성의 근지점 고도와 원지점 고도가 비슷해질수록 그 위성궤도는 원에 가깝게 형성된다. 그와 반대로, 위성의 근지점 고도와 원지점 고도가 크게 차이가 날수록 그 위성궤도는 타원으로 형성된다. <사진 6>
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그런데 타원궤도에 따라 도는 지구관측위성이 원지점 고도에 이르면 지구표면으로부터 너무 멀어져 지구를 정밀하게 관측하지 못하게 된다. 따라서 지구관측위성은 지구표면으로부터 일정한 고도를 계속 유지하며 되도록 원에 가까운 궤도를 따라 지구 주위를 돌아야 한다.
광명성-4호의 근지점 고도가 494.6km이고, 원지점 고도가 500km이라는 말은 그 위성이 지구관측에 매우 유리하게 지구표면으로부터 일정한 고도를 계속 유지하면서 원궤도를 따라 지구 주위를 돌고 있다는 뜻이다.
다른 우주선진국들이 지난 시기에 거쳐 온 과정과 유사하게, 조선도 지구관측위성을 처음부터 최적고도에 쏘아올려 원궤도를 따라 지구 주위를 돌게 할 수 없었다. 그렇게 하기까지 조선은 몇 차례 시험을 거치면서 위성궤도진입기술을 고도화하여야 하였다. 다른 우주선진국들의 선행경험과 유사하게, 조선이 쏘아올린 위성들도 처음에는 찌그러진 모양의 타원궤도를 타고 지구 주위를 길게 회전하였는데, 그 이후에 쏘아올릴 때마다 차츰 원궤도로 접근하였다. 아래의 표는 조선이 지난 18년 동안 꾸준히 발전시켜온 위성궤도진입기술의 추이를 말해준다.
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위의 표에서 알 수 있는 것처럼, 조선의 지구관측위성은 광명성-3호에서부터 근지점 고도와 원지점 고도의 차이를 85km로 좁히면서 원에 가까운 궤도에 진입하였는데, 이번에 쏘아올린 광명성-4호는 그 차이를 6km로 대폭 줄여 원궤도에 진입한 것이다. 여기서 아래와 같은 두 가지 사실을 살펴볼 필요가 있다.
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첫째, 위성궤도가 타원형으로 찌그러진 정도를 전문용어로 이심률(eccentricity)이라 하는데, 위성궤도의 이심률이 작아질수록, 다시 말해서 위성궤도가 원에 가까울수록 위성운반로켓의 추력이 더 강해진다는 것을 의미한다. 이런 사정을 이해하면, 조선이 이번에 발사한 2.7위성운반로켓의 추력은 3년 전에 발사한 은하-3호의 추력보다 더 강해졌음을 알 수 있다. <사진 7>
그런데 보도사진들에 나타난 2.7위성운반로켓의 크기는 은하-3호의 크기와 같아 보인다. 위성운반로켓의 동체크기가 같다는 말은 거기에 들어간 추진연료와 산화제의 양이 같다는 뜻이다. 위성운반로켓에 추진연료와 산화제가 더 많이 들어갔다면, 당연히 추력이 더 강해지는 것인데, 2.7위성운반로켓의 크기와 은하-3호의 크기가 같으므로 추진연료와 산화제가 2.7위성운반로켓에 더 많이 들어간 것은 아니다. 그렇다면, 2.7위성운반로켓의 추력이 은하-3호보다 더 강해졌다고 판단하는 근거는 무엇일까?
이 물음에 대한 해답은 로켓엔진에서 찾아야 한다. 다시 말해서, 2.7위성운반로켓의 엔진성능이 향상됨에 따라 추력이 더 강해진 것이다. 일본 텔레비전방송 <NHK> 방영내용을 인용한 <연합뉴스> 2016년 2월 7일 보도에 따르면, 2.7위성운반로켓 1단 추진체의 연소시간은 이전보다 약 3분 짧아졌고, 2단 추진체의 연소시간은 이전보다 약 6분 짧아진 사실에 주목한 일본의 우주공학전문가 사와오까 아끼라(澤岡昭)는, 그처럼 연소시간이 단축된 것은 로켓엔진이 같은 양의 연료를 이전보다 짧은 시간에 연소하였음을 의미하는 것이므로 로켓엔진의 힘이 그 만큼 더 강해졌을 가능성이 있다고 지적하였다.
<연합뉴스> 2016년 2월 7일 보도기사에서 탁민재 한국과학기술원(KAIST) 교수는 위성운반로켓의 엔진을 새로 설계, 제작하려면 5년 이상 걸린다고 하면서, 조선이 이번에 쏘아올린 위성운반로켓에는 새로운 엔진이 장착된 것 같지 않다고 주장했지만, 그것은 정보부족으로 생긴 오판이다. 한국 국방정보본부 국정감사에 출석한 조보근 국방정보본부장의 보고발언을 인용한 <연합뉴스> 2013년 11월 5일 보도에 따르면, 조선은 2013년 한 해 동안 로켓엔진연소시험을 다섯 차례 실시하였다고 한다. 영국 국제전략연구소(IISS)가 2015년 5월 30일에 발표한 보고서에 따르면, 조선은 2014년 한 해 동안 로켓엔진연소시험을 네 차례 실시하였다고 한다. 한국군 소식통의 말을 인용한 <연합뉴스> 2015년 7월 24일 보도에 따르면, 당시 서해위성발사장에서 로켓엔진연소시험이 진행되었는데 그 연소시험에 사용한 로켓엔진은 은하-3호 로켓엔진의 개량형인 것으로 보인다고 하였다.
위에 열거한 사실들은 우주개발 5개년 계획의 목표를 달성하기 위해 헌신적인 노력을 기울여온 조선의 로켓엔진과학자, 기술자들이 지난 3년 동안 로켓엔진연소시험을 열 차례나 진행한 끝에 새로운 로켓엔진을 개발하였고, 2.7위성운반로켓에 그 신형 로켓엔진을 장착하여 마침내 위성발사를 성공시켰음을 말해준다.
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<사진 8>은 조선이 이번에 발사한 2.7위성운반로켓 1단 추진체의 분사구를 촬영한 것이다. 그 추진체의 중앙부에 주력엔진분사구 4개가 있고, 그 주위에 보조엔진분사구 4개가 일정간격으로 배치되었음을 알 수 있다. 사진에서는 보이지 않지만, 그 분사구들의 둘레에는 아주 가느다란 모세도관들이 많이 있는데, 그 모세도관들에서 추진연료와 산화제가 뿜어져나면서 연소되는 것이다. 그 모세도관들은 연소효율을 높여줄 뿐 아니라, 연소 중에 분사구에서 발생하는 고열을 식혀주는 냉각효과도 낸다.
사진에서는 보이지 않지만, 2.7위성운반로켓 1단 추진체에 고정된 주력엔진분사구 4기에서는 추력이 발생되고, 자동조종장치(gyro-stabilized system)들이 각각 한 개씩 들어있는 보조엔진분사구 4기는 상하좌우 36도까지 움직이게 설계되었으므로 위성운반로켓의 비행방향을 자동으로 제어해준다.
한국 국방부는 3년 전 조선이 발사한 은하-3호 주력엔진 1기의 추력을 27톤으로, 보조엔진 1기의 추력을 3톤으로 추정한 바 있다. 그들은 1단 추진체의 추력을 120톤으로, 2단 추진체의 추력을 30톤으로, 3단 추진체의 추력을 10톤 미만으로 각각 추정한 것이다.
그런데 조선이 이번에 발사한 2.7위성운반로켓은 신형 로켓엔진을 장착하여 추력을 그 이상으로 끌어올렸으므로, 1단 추진체는 150톤의 추력을, 2단 추진체는 50톤의 추력을, 3단 추진체는 20톤의 추력을 낸 것으로 추정된다.
둘째, 위성을 원궤도에 정확히 진입시키는 것은 고도화된 기술을 요구한다. 위성이 자기 궤도에 정확히 진입하느냐 못하느냐 하는 성패여부는 위성을 궤도에 진입시키는 방향과 각도를 설계값에 정확히 맞추는 기술에 의해 결정되는데, 그것은 추진체의 단을 분리하는 기술과 추진체의 비행자세를 제어하는 기술이라고 말할 수 있다.
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2.7위성운반로켓의 단분리기술은 폭압형 외피파단방식(MDF)이다. 이것은 위성운반로켓 동체에 소량의 폭약을 장입한 볼트들을 일정간격으로 여러 개 설치해놓고, 위성이 발사된 뒤 비행고도와 비행방향에 맞춰 그 폭약을 자동폭발시켜 연결볼트를 떼어냄으로써 단을 분리시키는 기술이다. <사진 9>는 2.7위성운반로켓에서 폭압형 외피파단방식으로 1단 추진체가 분리되고 곧이어 1단과 2단을 연결한 부분이 같은 방식으로 분리되는 연속장면이다. 위성탑재부 덮개도 그런 방식으로 벗겨낸다.
추진체의 1단과 2단이 분리될 때, 떨어져 나가는 1단 추진체의 속도는 줄여주어야 하고, 새로 점화된 2단 추진체의 속도는 높여주어야 한다. 그렇게 해야 위성의 비행자세를 안정적으로 유지할 수 있다. 그런 기능을 수행하는 것이 2.7위성운반로켓 동체에 장착된 제동발동기(braking motor) 4개와 가속발동기(accelerating motor) 6개다. 제동발동기 4개를 자동점화시켜 1단 추진체의 비행속도를 줄여주고, 가속발동기를 자동점화시켜 2단 추진체의 비행속도를 높여주는 것이다.
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4. 광명성-4호의 질량은 250~300kg
일반적으로 지구관측위성에는 태양빛전지판이 장착되고, 광학촬영기, 통신기, 전기추력기 등이 장입된다. 광명성-4호도 예외가 아니다.
4면체로 제작된 광명성-4호에는 3개의 태양빛전지판이 설치되었는데, 그 태양빛전지판들을 펼치면 <사진 10>에서 보이는 모습으로 된다. 이것은 우주공간에서 비행할 때, 태양빛전지판 3개가 항상 태양쪽으로 향해 펼쳐진 자세로 비행한다는 것을 의미한다.
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그런데 <사진 11>에서 보이는 광명성-3호와 광명성-4호를 비교해보면 크기가 서로 엇비슷해 보인다. 물론 사진에 나타난 외형만 보고 위성의 질량을 파악하는 것은 불가능하지만, 두 위성의 크기가 서로 비슷한 것은 사실이다.
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<사진 12>는 2.7위성운반로켓이 조립되기 전에 촬영된 광명성-4호 위성탑재부와 제주도 남서쪽 740km 해상에 달려간 한국 해군 함선들이 수심 70m의 바다속에서 건져올렸다는 광명성-4호 위성탑재부의 덮개(fairing) 잔해다. 한국 국방부의 발표에 따르면, 그 덮개의 높이는 1m95cm, 지름은 1m25cm라고 한다. 덮개의 크기가 그렇다면, 광명성-4호의 크기도 그와 비슷한 것으로 보인다.
<연합뉴스> 2016년 2월 7일 보도에 따르면, 일본 다꾸쇼꾸(拓殖)대학교 대학원 특임교수 다께시다 히데시(武貞秀士)는 <연합뉴스> 취재기자와 통화하면서 조선이 이번에 발사한 위성운반로켓이 발사 직후 단을 분리하기까지 걸린 시간이 짧아진 것은 더 크고 무거운 물체를 운반했기 때문인데, 그것은 기술적인 진보라고 지적하였다. 그가 말한 크고 무거운 물체라는 것은 위성운반로켓에 실려 저지구궤도로 쏘아올려진 지구관측위성 광명성-4호를 뜻한다. 다시 말해서, 광명성-4호는 3년 전에 쏘아올린 광명성-3호 2호기보다 더 무거워졌다는 뜻이다. 구체적으로 얼마나 더 무거워졌을까?
<동아일보> 2016년 2월 9일 보도에 따르면, 조선은 3년 전에 은하-3호 2호기의 질량이 100kg이라고 발표하였지만, 한국 국방부는 조선이 그 위성의 질량을 일부러 축소해서 발표하였다는 의혹을 제기하면서 그 위성의 실제질량을 200~250kg으로 추정하였다고 한다. 자국 위성에 관한 정보는 국가기밀에 속하므로, 위성보유국들은 자국 위성에 관한 상세한 정보를 외부에 공개하지 않는다. 그런 점에서, 조선도 예외가 아니므로, 광명성-3호의 실제질량을 축소해서 발표하였을 가능성이 높아 보인다. 이번에 조선은 광명성-4호의 질량에 대해 전혀 언급하지 않았다.
한국 국방부는 광명성-3호와 광명성-4호가 서로 비슷한 크기이므로, 광명성-4호의 질량도 광명성-3호의 질량과 마찬가지로 200~250kg이 된다고 추정하였다. 한국 국방부가 그런 추정을 발표하자, 한국 언론매체들은 지구관측위성이 제대로 구실을 하려면 질량이 적어도 500kg 정도는 되어야 한다고 하면서, 질량이 200~250kg밖에 되지 않는 광명성-4호는 제대로 구실을 할 수 없을 것이라고 주장하였다. 하지만, 이것은 조선이 하는 일이라면 무턱대고 왜곡, 폄하하는 악습이 또 다시 발동된 것이다.
위에서 언급한 것처럼, 광명성-4호의 질량이 광명성-3호의 질량보다 조금 더 무거운 것으로 판단되므로, 광명성-4호의 질량을 250~300kg으로 추정할 수 있다. 질량이 250~300kg인 광명성-4호는 한국의 언론매체들이 보도한 것처럼 지구관측위성의 구실을 제대로 할 수 없는 것일까?
2013년 11월 21일 아랍에미리트연합이 러시아 위성운반로켓에 실어 쏘아올린 지구관측위성 두바이쌧(DubaiSat)-2호가 있다. 한국에서 만들어 아랍에미리트연합에 수출한 이 위성의 질량은 광명성-4호의 질량과 같은 250~300kg이다. 한국이 2013년 11월 21일 쏘아올린 과학기술위성-3호의 질량은 고작 170kg밖에 되지 않는다. 지구관측위성이 제대로 구실을 하려면 질량이 적어도 500kg 이상이 되어야 한다고 하면서, 질량이 그 절반 정도밖에 되지 않는 광명성-4호는 제대로 구실을 할 수 없을 것이라는 한국의 언론보도는 새빨간 거짓말이다.
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위의 표는 우주선진국들이 쏘아올린 지구관측위성의 질량을 비교한 것이다. 광명성-4호의 질량은 다른 우주선진국들이 쏘아올린 지구관측위성의 질량에 비해 아주 가볍지만, 그렇다고 해서 지구관측위성의 기능을 수행하지 못하는 것은 아니다.
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5. 광명성-4호의 해상도는 50cm
<사진 13>은 두바이쌧-2호가 광학촬영장비로 촬영한 영상인데, 그 위성의 해상도는 1m다. 해상도가 1m라는 말은 지상에 있는 1m 길이의 물체를 영상에서 식별할 수 있다는 뜻이다.
조선이 3년 전에 발사한 광명성-3호 2호기에는 해상도가 1m인 광학촬영장비가 실렸다. 지구관측위성들에 해상도가 1m인 광학촬영장비가 실리는 것은 일반적인 일이므로, 조선도 예외가 아니었다. 그런데 조선이 이번에 발사한 광명성-4호에는 3년 전 광명성-3호 2호기에 실었던 광학촬영장비보다 한 급 높은 신형 촬영장비가 실렸다. 상식적으로 판단해도, 3년 전과 똑같은 촬영장비를 지구관측위성에 실어 또다시 쏘아올리는 나라는 없다. 광명성-4호에 실린 한 급 높은 신형 촬영장비가 바로 전자광학촬영장비다. 질량이 250~300kg인 지구관측위성에 실리는 전자광학촬영장비의 해상도는 일반적으로 50cm 정도가 된다. 다시 말해서, 광명성-4호의 식별능력은 광명성-3호에 비해 2배로 높아진 것이다. 해상도가 50cm인 광명성-4호는 세계 각국의 지구관측위성들 가운데 최상급 식별능력을 가진 우수한 위성이다. 만일 해상도가 25cm 이하로 내려가 식별능력이 최고도에 이르면, 지구관측위성이 아니라 첩보위성 또는 정찰위성으로 된다.
여기서 주목하는 것은, 2.7위성운반로켓에 얼마나 무거운 위성을 실을 수 있는가 하는 위성탑재능력이다. 3년 전에 발사된 은하-3호의 위성탑재능력이나 이번에 발사된 2.7위성운반로켓의 위성탑재능력은 외부에 알려지지 않았지만, 우주선진국들이 쏘아올린 위성운반로켓들 가운데서 2.7위성운반로켓과 크기가 비슷한 위성운반로켓의 위성탑재능력을 알아보면, 2.7위성운반로켓의 위성탑재능력을 가늠해볼 수 있다. 2.7위성운반로켓과 크기가 비슷한 위성운반로켓들 중에서 눈길을 끄는 것은 유럽우주국이 제작한 위성운반로켓 베가(Vega)다. 이 위성운반로켓은 길이가 30m이므로 2.7위성운반로켓의 길이와 같고, 추진체가 3단형이므로 2.7위성운반로켓과 단형도 같은 데, 추진체의 지름만 조금 다르다. 베가의 지름은 3.0m이고, 2.7위성운반로켓의 지름은 2.4m다.
그런데 2.7위성운반로켓과 크기가 비슷한 베가의 위성탑재능력은 1,500kg에 이른다. 다시 말해서, 베가에는 질량이 1,500kg이나 되는 크고 무거운 위성이 탑재될 수 있는 것이다. 이런 사정을 이해하면, 베가보다 굵기가 0.6m 정도 가늘게 제작된 2.7위성운반로켓의 위성탑재능력은 1,000kg 정도인 것으로 추정된다.
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주목하는 것은, 위성탑재능력이 1,000kg 정도나 되는 2.7위성운반로켓에 질량이 250~300kg밖에 되지 않는 광명성-4호가 실렸다는 사실이다. 다시 말해서, 위성탑재능력이 큰 2.7위성운반로켓에는 광명성-4호와 같은 질량의 지구관측위성을 3~4개나 한꺼번에 실을 수 있는데, 1개밖에 싣지 않은 것이다. 그러니 2.7위성운반로켓의 추력이 넘쳐나, 광명성-4호와 함께 3단 추진체를 통째로 위성궤도로 올려놓을 수 있었다. 2016년 2월 8일 일본 <교도통신> 보도에 따르면, 미국 전략사령부는 조선의 위성을 궤도에 진입시킨 3단 추진체가 광명성-4호와 함께 지구 주위를 돌고 있다고 밝힌 바 있다. <사진 14>
위에 열거한 정보들을 종합하면, 조선이 광명성-4호를 쏘아올리기 위해 은하-3호보다 더 큰 은하-4호를 사용하지 않은 까닭이 자명해진다. 지금 조선은 은하-3호보다 훨씬 더 큰 위성운반로켓들을 보유하고 있지만, 질량이 250~300kg밖에 되지 않는 광명성-4호를 쏘아올리기 위해 위성탑재능력이 1,000kg이 넘는 신형 위성운반로켓을 사용할 필요가 없었으므로, 3년 전에 발사한 은하-3호와 비슷한 2.7위성운반로켓을 사용한 것이다.
6. 제3자는 왜 광명성-4호의 교신을 감청하지 못할까?
조선국가우주개발국이 2016년 2월 7일에 발표한 보도자료에 따르면, 광명성-4호에는 “지구관측에 필요한 측정기재와 통신기재들이 설치되여 있다”고 한다. 여기서 말하는 측정기재는 전자광학촬영장비라는 뜻이고, 통신기재는 무선통신장비라는 뜻이다. 다른 지구관측위성들과 마찬가지로, 광명성-4호도 거기에 탑재된 전자광학촬영장비로 지구표면을 촬영하고, 그것을 무선통신을 통해 평양의 위성관제종합지휘소로 송신하는 것이다.
그런데 조선이 하는 일이라면 무턱대고 왜곡, 폄하하는 미국과 한국의 언론매체들은 광명성-4호가 위성궤도를 돌고는 있지만 무선통신장비가 작동되지 않아 평양의 위성관제종합지휘소와 교신하지 못하고 있다고 보도하였다. 조선이 3년 전 광명성-3호 2호기를 쏘아올렸을 때도, 그들은 그 위성이 위성궤도를 돌고는 있지만 교신은 하지 못한다고 보도한 바 있다. 만일 지구관측위성과 위성관제지휘소가 교신하지 못하면, 그런 위성은 아무런 쓸모가 없는 것이므로, 미국과 한국의 언론매체들은 광명성-4호가 무용지물이라고 보도한 것이다. 그들은 광명성-4호와 위성관제지휘소 사이의 무선교신을 제3자가 감청하려고 시도하였으나, 감청할 수 없었다고 하면서, 광명성-4호가 사실상 무용지물이라고 억지를 부렸다.
조선의 적대세력들이 조선의 위성발사를 한사코 반대하고 방해하는 긴장된 상황에서 조선국가우주개발국이 자국 위성의 교신에 관한 정보를 외부에 공개할 리 만무하다. 그런 까닭에 광명성-4호가 평양의 위성관제종합지휘소와 교신할 때 어느 대역의 주파수를 사용하고 있는지를 제3자는 전혀 알지 못한다. 감청대상의 주파수를 알지 못하는 제3자가 무선교신을 감청하지 못하는 것은 당연한 이치다.
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지구를 배경으로 촬영된 <사진 15>는 대기권을 벗어나 우주공간으로 올라간 2.7위성운반로켓이 자기의 비행모습을 동체에 장착된 촬영기로 찍어 서해위성발사장 위성관제지휘소에 보내온 영상인데, 이것은 2.7위성운반로켓 3단 추진체에서 광명성-4호가 분리되기 직전에 촬영된 영상으로 보인다. 3단 추진체에 장착된 촬영기가 우주공간에서 찍은 영상신호를 그처럼 위성관제지휘소에 정확히 보내왔는데, 광명성-4호에 장착된 전자광학촬영장비가 위성관제지휘소에 영상신호를 보내오지 못할 것이라는 추측은 근거 없는 억측일 뿐이다.
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<사진 16>에서 보이는 것처럼, 서해위성발사장 위성관제지휘소에 설치된 대형화면에는 광명성-4호가 자기를 중심으로 커다란 원을 그리며 지구 주위를 도는 모습이 나타나 있다. 중국대륙 한 복판 상공을 지나는 모습이다. 광명성-4호를 중심으로 그려진 커다란 원은 그 위성과 위성관제지휘소가 무선교신을 주고받는 교신범위를 표시한 것이다. 그 교신범위 밖에서는 광명성-4호와 위성관제지휘소가 교신하지 못한다. 그러므로 광명성-4호에 실린 무선통신장비는 그 위성이 한반도 상공을 지나는 특정시간 동안에만 작동하면서 무선신호를 발신하는 것이다. 광명성-4호가 이처럼 특정시간에만 무선신호를 발신하고 있으므로, 그 위성이 발신하는 무선신호의 주파수도 모르는 제3자가 어느 특정시간에 그 위성에서 발신되는 무선신호를 감청하는 것은 불가능하다.
2015년 6월 초 조선국가우주개발국 연구소 부소장은 <AP통신> 기자의 질문에 대답하면서 조선국가우주개발국이 정지위성을 개발하고 있다고 밝혔다. 2015년 9월 14일 조선국가우주개발국 국장은 <조선중앙통신> 기자의 질문에 대답하면서 “위성개발의 새로운 높은 단계인 정지위성에 대한 연구사업에서도 커다란 전진을 이룩하였다”고 밝혔다.
정지위성은 지구의 자전속도와 똑같은 속도로 지구 주위를 돌기 때문에 지상에서 바라보면 그 위성이 우주공간의 어느 한 위치에 정지된 것처럼 보인다. 그래서 정지위성이라고 한다.
정지위성은 지구동기궤도(geosynchronous orbit)에 진입해야 하는데, 그 궤도는 지구표면으로부터 35,786km 떨어져 있다. 정지위성을 발사하면, 근지점 고도 1,352km, 원지점 고도 35,786km의 타원궤도에 우선 진입하게 되는데, 그 정지위성이 원지점 고도에 이르렀을 때 위성에 장착된 전기추력기를 작동시켜 비행각도를 조절하는 방식으로 원궤도를 돌게 된다.
정지위성은 대체로 통신위성으로 사용된다. 통신위성에는 여러 장비들이 들어가기 때문에 위성의 질량이 무거워지고, 그처럼 무거운 통신위성을 실어나르는 위성운반로켓도 당연히 커야 한다. 예컨대, 2002년 1월 23일 인디아의 통신위성 인쌧(INSAT)-3C를 실은 유럽우주국의 위성운반로켓 아리안(Ariane)-4호가 지구동기궤도로 발사되었는데, 인쌧-3C의 질량은 2,750kg이고, 아리안-4호는 길이가 58.72m, 지름이 3.8m, 질량이 470t이다.
지금 조선국가우주개발국이 정지위성을 만들고 있다는 말은 질량이 2,500kg 정도인 통신위성을 만들고 있다는 뜻이며, 그런 통신위성을 지구동기궤도에 진입시킬, 길이가 50m 정도이고, 지름이 3.5m 정도인 신형 위성운반로켓을 만들고 있다는 뜻이다.
조선에서 2017년부터 제2차 우주개발 5개년 계획이 시작되면, 조선은 그런 초대형 위성운반로켓에 통신위성을 실어 35,700km 떨어진 지구동기궤도에 진입시킬 것으로 보인다.
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<사진 17>은 조선에서 정지위성을 발사하는 것이 김정일 국방위원장의 유훈임을 말해준다. 조선의 적대세력들은 조선의 우주개발을 가로막으려고 수단과 방법을 가리지 않지만, 조선의 우주개발사업은 정지위성발사를 향해 진전되고 있다.
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