NASA의 대기오염 측정장비, 한국의 위성과 연계해 대규모 대기질 측정 위성군단을 조직한다!

 

대류권 오염물질 배출 모니터링 장비, TEMPO.Maxar제공

 

 4월 7일 금요일, NASA의 대기오염 측정장비 'TEMPO'가 SpaceX의 Falcon9을 통해 성공적으로 발사되었습니다. 'TEMPO'는 상업 통신위성인 인텔셋(Intelsat) 40e에 탑재된 장비로서, 상업 통신위성에 NASA의 장비를 탑재하므로써 비용 절감의 효과를 가져왔다고 합니다.

 TEMPO는 대류권 오염물질 배출 모니터링(Tropospheric Emissions Monitoring of Pollution)의 약자로서, 대기 중 주요 오염물질의 수준을 감지하기 위해 자외선, 가시광선, 근적외선 스펙트럼을 측정하는 장비입니다. TEMPO는 중앙 캐나다에서 멕시코 시티까지, 그리고 대서양과 태평양 부분가지 탐지하며 주요 오염물질을 관측할 예정입니다.

TEMPO는 주로 질소산화물, 포름알데하이드, 오존이라는 세 가지 주요 오염물질을 관측합니다. 질소산화물은 연료 연소로 발생되는 유해한 가스로, 호흡 곤란을 일으키거나 천식을 악화시킬 수 있습니다. 포름알데하이드는 페인트, 접착제, 휘발성 유기화합물의 분해로 발생하며, 눈 가려움증에서부터 암까지 건강에 영향을 미칩니다. 오존은 고층 대기에서는 태양의 유해한 자외선을 차단해주지만, 지표면에서는 스모그의 주요 구성 요소 중 하나로 식물 및 인체 건강에 해로운 영향을 미칩니다.

 

TEMPO의 임무 프로세스 설명도. 출처 : NASA

 TEMPO는 이전에 발사한 장비들과 달리 지상에 고정된 위치에서 대기를 살펴볼 수 있습니다. TEMPO가 탑재된 인텔사트 40e 위성은 적도에서 상공 약 36,000킬로미터인 정지 궤도(GEO)에서 서경 91도에 안착하게 됩니다. 지구 동위궤도에 있는 정지 궤도에 있는 위성은 지구 위에 고정된 위치에 배치할 수 있는데, 반면 지구 저궤도의 위성은 보통 24시간마다 16번의 궤도를 완주하며, 하루에 한 번만 특정 지역을 통과할 수 있습니다. 따라서 지구 저궤도에서 대기를 측정한 기존 장비와 달리 TEMPO는 대기 오염물질을 실시간으로 측정할 수 있습니다. 이는 미국 및 세계적인 대기 오염 관리에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

 또한 TEMPO는 기존 장비들과 달리 이미지를 매우 높은 해상도(10km x 10km)로 제공하므로 보다 정확한 측정 결과를 기대할 수 있다고 합니다. 기존의 측정 장비보다 세밀하게 측정이 가능하므로 도시 내 지역별 오염 정도까지 확인할 수 있습니다. NASA 본부 TEMPO 프로그램 응용 분야 책임자 John Haynes은 "우리는 석유 정제소나 화학 공장이 저소득층 지역에 자리 잡는 경향이 있다는 것을 알고 있습니다. 부동산 가치가 낮아지는 이유 중 하나는 공기 질이 좋지 않기 때문입니다. 그러나 우리는 모든 동네에 지상 기반 모니터를 설치해 확인한 적이 없습니다. 하지만 TEMPO를 통해, Haynes씨는 북미의 모든 주요 도시에서 이러한 차이와 불균형을 보여줄 수 있을 것입니다."라고 말했습니다.

 

TEMPO가 탑재된 Intelsat 40E 위성의 모습. Maxar제공

 

 한편 정지궤도에서 대기질 측정을 하는 위성은 사실 NASA가 최초가 아닌데요. 지난 2020년 발사된 한국의 천리안위성에 탑재된 환경 모니터링 분광계(GEMS)가 세계 최초의 정지궤도 대기질 측정 장비이기 때문입니다. 천리안 위성은 2020년 2월 18일 기아나 우주센터에서 아리안스페이스의 아리안 5 로켓을 통해 궤도에 진입했는데요. TEMPO와 동일하게 적도 상공의 정지궤도에서 아지아 전역의 대기질 정보를 모니터링하고 있습니다. TEMPO와 GEMS는 자매기기이기도 한데요. 앞으로 TEMPO와 한국의 GEMS, 그리고 유럽우주국이 발사할 것으로 예정된 Sentinel-4를 통해 전 세계적인 대기질 모니터링 위성 군단을 형성할 예정입니다. 이러한 위성들은 지구의 대기질을 모니터링하여 환경 문제를 조기에 발견하고 대처할 수 있는 가치있는 정보를 제공할 것입니다. 환경전문가들은 대기질 모니터링 위성 군단을 통해 지구의 대기질 모니터링이 개선될 것이며, 이는 환경 문제에 대한 민감성이 높아지고, 환경 정의와 관련된 문제를 조사하고 개선하는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다.

 

한국의 천리안 위성 설명 이미지. 출처 : 한국천문연구원

 

 

 TEMPO는 볼 에어로스페이스에서 개발되었으며, 20개월의 운영 계획을 가지고 있지만 이후에도 계속 작동될 수 있습니다. 인텔셋 40e 위성 자체가 15년간 운용될 예정이기 때문입니다. TEMPO는 인텔사트 40e 위성에 탑재된 두 개의 대형 태양전지판을 이용하여 전원을 공급받는다고 합니다. 한편 TEMPO가 탑재된 인텔셋 40e는 미국 코로라도에 위치한 막사 기술사가 개발한 첨단 위성으로 북미와 중앙아메리카 지역의 정부와 기업 고객들에게 고속 통신망을 제공할 예정이라고 합니다.

 TEMPO의 개발은 NASA와 Maxar의 협력으로 이루어졌으며, 발사에는 일반 상업 통신위성에 NASA의 장비만 탑재했기 때문에 비용 절감 효과를 가져왔다고 합니다. Maxar의 TEMPO 프로젝트 매니저인 Aaron Abell은 "TEMPO 프로그램은 관련된 주요 기업들에게 윈-윈-윈"이라며, "이를 통해 Maxar의 유산 위성 설계에서 사용되지 않은 용량을 정부 임무에 활용할 수 있습니다. 따라서 정부는 TEMPO 임무에 대한 지원에 대한 보상을 받을 수 있을 뿐만 아니라 공간에 대한 액세스 비용도 절감할 수 있습니다."라고 밝혔습니다.

 

SpaxeX의 Intelsat 40E발사 모습. 출처 : SpaceX

 한편 이번 발사는 SpaceX의 23번째 발사이며, Falcon 9은 현재까지 184번의 궤도 로켓 착륙을 성공했습니다.이번 위성 발사는 플로리다의 케이프 카나버럴 우주 센터에서 미국 동부시간으로 새벽12:30에 발사되었습니다. 1단 부스터는 발사 후 9분만에 SpaceX의 A Shortfall Of Gravitas에 성공적으로 착륙했고 로켓의 상부 단계는 예정대로 32.5분 후에 인텔사트 40e 위성을 배치했다고 합니다.