지구를 진단하는 지오테크(GeoTech)

지오테크(GeoTech)는 인공위성이나 드론 등의 원격 탐사를 활용해 지구의 현 상황을 정확히 진단하는 기술이다. 기후변화는 넓은 영역에 걸쳐 발생하는 현상이기 때문에, 지오테크는 기후변화를 통합적으로 이해하고 그 원인을 분석하는 데 필수적이다. 특히 파리기후협약 이후 각국은 탄소 저감에 대한 실질적인 노력을 국제적으로 약속하였기 때문에, 이를 객관적인 수치로 증명할 수 있는 지오테크의 중요성은 점점 커지고 있다.

기후 적응을 위한 초소형 위성

지난해 11월, 가로·세로가 각각 20cm이며 높이 40cm, 무게 25kg인 국내 첫 상업용 초소형 관측 위성 ‘옵저버-1A’가 미국 스페이스X사의 팰컨9 로켓에 실려 발사되었다. 옵저버-1A는 전 세계 랜드마크의 촬영을 성공적으로 마쳤다. 옵저버-1A는 가시광선 이외에 3개의 Red-Edge 밴드와 근적외선(Near Infrared) 특수 파장까지 총 7개의 밴드를 탑재하고 있다. 이를 통해 식생의 건강 상태를 분석하여 농작물의 작황 상태나 탄소 저장량 등에 대한 정보를 촬영할 수 있다.

그림 1  옵저버-1A(上)가 촬영한 텍사스주 밀로 센터의 가시광선 영역(下 위) 및 식생지수가 높은 지역을 확인할 수 있는 적외선 영상(下 아래)  

초소형 위성을 활용한 온실가스 모니터링

지구관측 위성은 해상도 확보를 위해 대부분 지구의 저궤도에서 운용된다. 같은 위성 여러 개를 하나의 군집으로 운영한다면, 목표 지역을 여러 위성이 연이어 촬영할 수 있기 때문에 수집되는 데이터의 시간 간격을 줄일 수 있다. 초소형 위성시스템은 규격화 비율이 높아 군집 운용에 가장 적합한 위성 체계다. 이를 잘 활용하면 전 지구에서 발생하는 온실가스 배출원의 지속적인 모니터링이 가능하다.

특히 메탄의 경우, 온실효과가 강하기 때문에 초소형 위성으로 관측할 수 있다. 현재는 주로 배경 대기 감시 목적의 위성이 메탄을 감시하고 있는데, 초소형 위성은 공간해상도가 뛰어나기 때문에 이 둘을 상호보완적으로 활용한다면 메탄 배출과 감축에 대해 한 차원 높은 이해를 제공할 수 있다. 국내에서도 2023년부터 초소형 위성 군집을 활용하여 메탄을 감시하는 ‘NarSha’ 프로젝트가 진행되고 있으며, 2026년에 첫 발사를 앞두고 있다.

그림 2  메탄 모니터링 초소형 위성 프로젝트 ‘NarSha’ 위성의 형상(좌) 및 임무 개념도(우)  

위성을 활용한 농작물 모니터링

식생을 근적외선으로 촬영하면, 건강한 잎은 근적외선을 크게 반사하고 덜 자라거나 병든 잎은 가시광선을 상대적으로 많이 반사한다. 따라서 농작물의 생육 상태가 우수한 지역과 아닌 지역이 확연히 드러난다. 파종 시기부터 수확시기까지 여러 위성과 다양한 파장을 활용해 주요 농작물 생산 지역의 식생·토양·기후 정보를 복합적으로 관측하면, 그해 농작물의 작황 예측이 가능하다. 관련 정보는 농산물의 수출입이나, 보유량 관리, 투자 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

그림 3  수확량 모델 개선 과정(좌) 및 미국 지역 작물 구분도(우) 

위성 정보를 활용한 환경오염 모니터링

전 지구 단위에 걸쳐 일어나는 환경변화는 그 원인과 현 상태를 알기가 쉽지 않다. 위성 정보가 다른 환경 정보와 차별화되는 점은 국경의 제약조건이 없고, 넓은 영역을 한 번에 촬영할 수 있다는 점이다. 다양한 파장의 위성 정보를 이용하면 길이 100km가 넘는 국내외의 강이나 넓은 해양 영역의 클로로필(Chlorophyll; 엽록소), 탁도, 용존 유기 탄소(Dissolved Organic Carbon, DOC) 등의 수질 모니터링이 가능하다.

그림 4  우즈베키스탄 치르치르강의 수질 분석 

위성 정보를 활용한 재난 모니터링

기후변화가 심각해짐에 따라, 큰 규모의 재난 재해 발생이 더욱 빈번해지고 있다. 재난 재해의 경우, 피해지역의 전·후 변화 탐지를 통해 현황과 피해의 심각도, 피해 복구 예상액 등을 빠르게 파악하는 것이 관건이다. 위성 정보를 활용하면 광범위한 피해지역에 대한 정보를 빠르게 취득할 수 있다. 특히 각 관측 파장별로 재난 재해에 특화된 분석이 가능하다. 산불은 가시광선과 적외선 영상, 그리고 AI 이미지 처리 기술을 활용하면 현재 산불이 발생하고 있는 지역의 현황 및 앞으로의 양상, 피해 정도의 분석이 가능하다.

그림 5  가시광선과 적외선을 이용한 산불 영상(좌) 및 AI를 이용한 피해 심각도 분석(우)

홍수는 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 위성 영상을 활용하면 일반 파장으로 보이지 않는 피해 범위 지역을 명확하게 확인할 수 있다. 특히 SAR 영상의 경우 밤과 낮, 구름의 여부와 상관없이 전천후 감시가 가능하여, 홍수 발생 시 피해지역과 그 양상을 날씨와 상관없이 빠르게 파악할 수 있다.  

그림 6  RGB를 활용한 우크라이나 헤르손 댐의 붕괴 전(좌)/후(우) 모습

그림 7  SAR을 활용한 우크라이나 헤르손 댐의 붕괴 전(좌)/후(우) 모습