위성측량의 시작(GPS의 개발경위)

 

1. GPS의 개발 경위

1973년 무렵부터 개발이 시작된 GPS는 제1세대 인공위성 항법시스템인 NNSS (Navy Navigation Satellite System)를 개량·발전시킨 시스템이라고 할 수 있다. GPS는 원래 미국과 동맹국의 군사적 목적으로 개발되었으나, 현재는 일반시민들에게 위치정보제공을 위한 중요한 사회기반으로 활용되고 있다.

 

제1세대인 NNSS는 1964년에 실용화(처음에는 군(軍) 전용, 1967년 일반인에게 공개)되었으며, 20세기 말까지 운용되었다. NNSS가 가동된 직후인 1960년대 말에도 이미 GPS라는 말이 관계자들 사이에서 사 용 되고 있었다. 물론 그 무렵의 GPS라는 말의 의미는 현재와 달랐다. NNSS는 미국 해군과 민간의 선박 등에서 이용되었지만, GPS와 같이 일반인이 쉽게 이용할 수는 없었다.

 

GPS는 1970년대 초에 개발이 시작되었다. GPS 계획은 처음에 육․해․공군이 각각 계획하였던 위성측위 시스템을 통합하여 출발하였지만, 예산 삭감과 우주왕복선 사고 등으로 인해 여러 차례 지연되었다. 그리 고 이 과정에서 시스템의 사양도 몇 차례 변경되었으며, 결국 1993년 12월에 실질적인 완전 운용상태가 되었다. ｢실질적인 완전 운용｣이라 함은, 이 시점에 비로소 개발 및 시험단계에 있었던 블록Ⅰ 실험위성을 포함하여 24개(이상)의 위성이 갖추어졌다는 것이다. 본격적인 운영상태가 완성된 것은 모든 위성이 블록Ⅱ 실용위성으로 대체된 1995년부터이다.

 

이 시스템의 본래 목적은 선박이나 항공기가 항해 중 자신의 현재 위치를 간단하면서도 확실하게 알기 위 한 것이었다. 이를 위한 소요 정확도는 그 목적을 생각해 볼 때 100m에서 수 m 정도로도 충분하며, 측량에 서처럼 cm 단위까지는 필요하지 않았다. GPS계획의 초기단계에서는 측량을 염두에 두지 않은 듯하나, 학 계(특히 매사추세츠 공과대학 MIT(Massachusetts Institutes of Technology))의 제안이 받아들여지면서 계 획 중간단계부터 정밀측량분야도 개발 목적에 포함시키게 되었다. 단, MIT가 최초로 제안한 GPS측량 방식은 위성에 별도의 많은 측위용 송신기를 장착해야 하는 구식 기술로서 현재의 방식과는 전혀 다른 방식이므로 비록 실현 가능성은 컸지만, 결국 채택되지는 않았다. 현재의 측량 방식은 미군과 많은 학자, 기술자들 이 긴밀히 연대하여 방대한 연구를 수행하고, 실현 가능성을 평가한 결과로 만들어진 것이다. 그런 만큼 채용된 기술과 학문적인 증명은 그 자체가 최첨단인 것이다. 실제로 GPS를 항법에 이용하게 된 것도 비슷한 경위를 거쳐 현재의 방식으로 정착된 것이다. 이것이 GPS 그 자체와, 특히 GPS 측량 이론을 극도로 난해한 것으로 만든 원인이기도 하다. 또한 GPS의 제안자 및 개발의 주도자가 누구누구라고 이름이 거론되지 않는 것도 이러한 배경에 따른 것이다.

 

GPS의 실험단계에서는 위성의 수가 적었기 때문에 ｢전 세계 언제 어디라도｣라는 조건을 만족시켜 주지 못했던 것이 당연하였다. 이러한 이유로 본래의 목적(항법 분야)에는 적용이 늦었다. 반면, 관측과 측정시간 대에 융통성 있는 측량이나 지구물리 관측에서는 항법 분야보다 이른 시기부터 급속도로 이용되기 시작하였다. 특히 빨리 이용된 분야는 GPS에 의한 고정밀 시각비교(時刻比較) 분야였다. 이 분야는 일반시민들이 이용하기에는 너무 높은 정확도를 지니고 있으므로, 오히려 이용자가 줄어드는 결과가 발생했지만, 여전히 GPS의 중요한 이용 분야 중 하나이다.

 

다른 입장에서 본 GPS의 또 하나의 특징은 일반시민 누구라도 직접, 그리고 무료로 이용할 수 있는 시스 템이라는 것이다. 지금까지의 인공위성은 대부분 특별한 기술과 시설을 가진 전문가 집단만 사용할 수 있었고, 일반인은 그러한 기관을 통하여 간접적으로만 이용할 수 있었다. 예를 들면, 전화나 TV 방송의 중계, 기상위성 등이 그것이다. 일반시민이 직접 이용할 수 있는 인공위성으로는 GPS와 방송위성이 있다. 위성방송 시스템을 구성하는 지상 스튜디오에서 인공위성에 이르는 장치도 엄청난 것이기는 하지만, GPS에 필요 한 첨단 전자기술, 추적 관제기술, 정보처리 이론, 지구물리학 및 천체역학 이론 등에는 비교할 바가 못 된다.

 

차량항법장치나 등산안내용 이동식 GPS 수신기까지도 그 내부에는 HDTV 텔레비전 등과도 비교할 수 없을 정도의 정밀한 계산 소프트웨어가 초고속으로 작동하고 있다. 이와 같이 여러 가지 분야에 걸쳐 첨단이 론과 기술을 집결시킨 인공위성시스템을 구성하고, 그것을 일반인에게까지 제공하는 미국의 기술개발 능력에 감탄하지 않을 수 없다. 일반시민들은 잘 느끼지 못하겠지만, GPS는 작은 수신기 하나까지도 단순한 전자기기가 아닌 소프트웨어 덩어리임을 이해하여야 한다. 그런 의미에서 GPS는 현재의 하드웨어를 기반으 로 한 소위 첨단기술과는 격이 다른 시스템으로서, 차세대 기술의 선구자라고 할 수 있다.

 

그러나 이러한 GPS도 개발 당시인 1970년대에는 첨단기술이었지만, 이후 30년 이상이 경과된 지금에 와서는 진부화를 피할 수 없었다. 따라서 2000년대에 들어와 갈릴레오를 비롯한 새로운 측위위성체계의 계획이 발표된다. 특히 갈릴레오는 단순히 유럽의 독자 측위위성체계라는 의미뿐만이 아니라, 그 개발 철 학에는 확고한 사회기반으로서 높은 신뢰성과 그것을 보증하는 시스템이라는 의미도 포함되어 있으며, 이 러한 점은 군사적 목적에서 출발한 GPS와는 상당한 차이라 할 수 있다. 현재 상황에서 GPS는 군사적 측면, 사회 기반적 측면 모두에서 갈릴레오 등에 뒤떨어질 수도 있다. 이에 2001년 미국에서 GPS 근대화 계획 (Modernization)을 발표하였다. GPS 근대화의 목표는 높은 군사력 배양과 함께 확고한 사회기반으로서의 기능 확장을 포함하고 있다. 정확도의 개선도 물론 중요한 목표이겠지만, 극단적으로 말하자면 그것은 2차적인 문제이다. 2005년 GPS 근대화의 효시인 블록 II R-M위성 가동을 시작으로, 순조롭게 차근차근 새로운 GPS의 변혁을 진행하고 있다.

 

2000년도에 접어들어 유럽의 갈릴레오, 중국의 북두/콤파스, 일본의 준천정위성 등 각 국가와 지역의 독 자적인 측위위성계획에도 시동이 걸렸다. 인도(GAGAN : GPS and Geo-Aided Navigation System)나 아프리카 지역에서도 측위위성계획이 시작되었다. 그 배경에는 미국의 GPS가 기본적으로 군사목적 위성인 점에 대한 우려와 이미 개발 이후 오랜 시간이 흘러 기술적인 진부화가 나타나기 시작했다는 점, 그리고 독자적인 군사목적이나 국가안보 등의 여러 가지 측면이 있다. 또한 GPS에 의해 기하학적 위치와 시간의 4차원 좌표를 누구라도 고정확도로 용이하고 취득할 수 있다는 점과 그 중요성에 대한 인식이 사회 전반으로 확대되었다는 점도 그 하나의 배경이라 할 수 있다.