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지구 주위를 돌고 있는 인공위성에서 지상의 물체를 촬영하는 방법에는 전자광학카메라와 레이더를 이용하는 방법이 있다.

이 두 가지의 차이점에 대해 알아본다.

우선 전자광학카메라는 우리가 자주 사용하는 디지털카메라와 비슷하다.

전자광학카메라는 광학신호를 전자신호로 변환하여 우리에게 영상을 주는 카메라를 의미하며, 이 영역에는 가시광선, 근적외선 및 중적외선 카메라가 포함된다.

현재 운용 중인 아리랑위성 1호, 2호에는 전자광학 카메라가 장착되어 있다.

아리랑 2호에 실린 전자광학 카메라는 685km 상공에서 도로 위의 자동차를 식별할 수 정도의 고성능 카메라로 한반도를 지나가면서 한 번에 가로 15km, 세로 800km의 지역을 찍을 수 있다.

하지만 어두운 밤이나, 구름이 낀 상황에서는 촬영을 해도 깨끗한 위성사진을 얻을 수 없다.

그 이유는 빛에 반사된 모습을 찍는 방식의 전자광학카메라이기 때문이다.

우리가 가정에서 사용하는 디지털카메라도 어두운 곳에서는 플래쉬를 사용하지 않으면 사진이 잘 안 나오는 것과 같다.

반면에 이러한 문제를 해결하여 밤이나 구름이 끼어 있어도 촬영할 수 있는 것이 있는데 합성개구레이더(SARSynthetic Aperture Radar)이다.

이 합성개구레이더(SAR)는 쉽게 레이더영상카메라고도 표현할 수 있는데 지상에 마이크로 전파를 쏘아 반사되어 돌아오는 전파를 측정해 영상을 만드는 레이더 장비의 일종으로 전파 특성 상 대기 중의 수증기에 의한 산란이 적어 구름을 통과할 수 있다.

합성개구레이더(SAR)는 송수신용 안테나가 핵심장치로 안테나가 클수록 선명한 위성사진을 얻을 수 있는데 위성에 실을 수 있는 안테나의 크기에는 한계가 있다.

그래서 작은 안테나가 고속으로 움직여 마치 커다란 안테나를 사용하는 것과 같은 효과를 내도록 하며, 움직이는 과정에서 안테나의 위치가 계속 변하는데 각각의 위치에서 영상을 포착하고 이들 영상을 합성하면 큰 안테나로 찍은 것처럼 해상도가 좋아진다.

합성개구레이더(SAR)가 처음으로 위성에 실린 것은 1978년 발사된 미국의 시샛위성(Seasat SAR)이며, 미 항공우주국(NASA)의 토성 탐사선 카시니호가 토성 주위를 지나면서 토성표면을 촬영하기도 했다.

우리나라는 현재 개발 중인 아리랑 5호에 합성개구레이더(SAR)를 장착할 계획이다.

스피릿과 오퍼튜니티를 기억하시나요? 이것은 지난 2004년 1월 화성에 착륙한 6개의 쇠바퀴를 가진 쌍둥이 탐사 로봇의 이름이다.

원래 ‘화성 탐사 로버’로 불리는 이 탐사 차량들은 행성 탐사 차량 역사상 가장 긴 4년이라는 기간 동안 화성 표면을 돌아다니며 탐사 활동을 펼치고 있다.

이 쌍둥이 탐사 로봇들은 지금은 비록 태양전지판에 흙먼지가 가려져 전기가 조금밖에 만들어지지 않아 매우 어렵게 살아가고 있고, 지난 8월 28일에는 오퍼튜니티가 화성탐사 중에 빠진 지름 800m나 되는 빅토리아 분화구에서 1년만에 탈출하는 데 성공하기도 했다.

미국항공우주국(NASA)은 1976년 최초의 화성착륙선 바이킹 탐사선을 화성에 보낸 이후, 20년 만에 다시 화성탐사용 고정형 착륙선 1대, 탐사 차량 3대를 화성에 보냈다.

그리고 내년에는 스피릿이나 오퍼튜니티보다 2배나 크고 3배나 무거운 ‘화성과학실험실(Mars Science Laboratory MSL)’이란 탐사로봇 차량을 발사할 예정이다.

또한 유럽우주기구(ESA)에서도 2013년에 거대한 드릴을 가진 ‘엑소마스’란 탐사 로봇 차량을 화성으로 보낼 계획이다.

그런데 세계 각국은 왜 행성 탐사에 바퀴 달린 로봇 차량을 사용하는 것일까?

세계 최초의 탐사 차량은 지금으로부터 38년 전인 1970년 러시아가 달 탐사용으로 발사한 ‘루나호드(lunohod)’다.

이것은 당시 미국의 유인 달 탐사인 아폴로 계획에 맞서 로봇만으로도 훌륭히 달 탐사를 할 수 있음을 과시하기 위한 것이었다.

로봇도 자기 의지대로 움직이는 우주비행사처럼 지상의 과학자들이 관심 있어 하는 곳으로 탐사 차량을 이동시켜 우주탐사를 할 수 있다는 것이었다.

2대 모두 달에 발사된 루나호드는 높이 1.3m에 길이가 2.3m나 되며 무게가 756kg이나 나가는 소형차 크기의 거대한 탐사차량으로 8개의 바퀴로 1시간에 100m 정도를 갈 수 있었다.

당시 루나호드는 탐사차량을 안전하게 움직이기 위해서는 5명이나 되는 운용인력이 필요했다.

이런 로봇을 이용한 탐사는 미국의 사람이 직접 하는 유인 달탐사 업적에 가려져 빛을 보지는 못했지만, 인간이 접근하기 어려운 곳이나 먼 곳에 있는 행성 탐사에는 매우 유용하다라는 것을 깨닫게 해주었다.

특히 탐사선이 다른 행성에 착륙하여 여러 곳을 탐험하려면 바퀴가 달려 쉽게 이동할 수 있는 차량 형태의 탐사 로봇이 가장 적합하기 때문에 이후 행성 탐사에는 차량형 탐사 로봇이 주로 보내지게 되었다.

하지만, 단점도 있다.

먼저, 스스로 방해물을 인지하고 피할 수 있는 자율 의지를 가진 로봇 차량은 아직 제작되지 않아 지구에서 일일이 원격으로 조종해야 한다.

이 경우 탐사 차량과 지상과의 거리로 인해 조종에 지연시간이 생겨 자칫 탐사 차량이 위험에 빠질 수도 있다.

화성 탐사 차량의 경우 지구와 통신을 주고받는데 10분 이상 필요하기 때문에 조종에는 많은 인내가 필요하며 탐사 차량의 속도는 매우 느리게 된다.

이같은 단점을 극복하기 위해 스스로 위험을 피할 수 있게 해주는 소프트웨어를 스피릿과 오퍼튜니티에 설치했지만, 평균 이동 속도는 1초에 1센티미터밖에 되지 않는다.

또한, 탐사 차량에는 이동을 하기 위한 모터와 바퀴 등 구동장치가 많은 부분을 차지하고 있어 중요한 과학 장비를 실을 수 있는 공간과 무게가 매우 제한된다.

1997년 화성에 착륙한 미국 최초의 탐사 차량인 ‘소저너’의 경우 전체 몸무게 185kg 중에 과학 장비는 불과 5kg에 불과했다.

하지만, 내년에 발사할 ‘화성과학실험실’은 전체 몸무게 800kg 중 과학 장비가 65kg에 이를 예정이다.

그리고 또다른 단점은 이동에 많은 전력을 소모하고 있어 탐사 로봇의 수명이 짧을 수 있다는 점이다.

하지만, 미국은 스피릿과 오퍼튜니티를 통해 태양에너지에만