아줌마들의 과학 수다

서른일곱 번째 이야기- 지피에스(GPS)

'지피지기 백전불태 (知彼知己百戰不殆)'라는 말이 있다. 이 때 알아야 할 적의 상태 중 정확한 위치 정보는 정말 승리를 위한 기본 요소일 것이다. 최근 상대의 정확한 위치를 앎으로 해서 가장 크게 얻은 사람은 오바마 미국 대통령이 아닌가 싶다. 반대로 가장 크게 잃은 사람은 오사마 빈 라덴이었던 것 같다. 빈 라덴의 은신처를 알아내는 데 큰 활약을 한 것 중의 하나라 알려진 지피에스의 요모조모를 뜯어보자.

/ 수다꾼 : 박문영, 신지원, 이인숙, 최동수 (정리: 신지원)

» 지상의 위치 정보를 제공하는 지피에스 위성 상상도. 출처/ NASA, Wikimedia Commons

애초엔 군사용으로 개발된 지피에스 위성

지원 : 지난 주말 부모님을 모시고 친구 분 댁에 갔어요. 용인 어디쯤인데 워낙 길눈도 어둡고 초행길이라 완전히 내비게이션만 믿고 갔죠. 그런데 내비게이션도 업그레이드한 지 좀 오래됐더니 새로운 길을 인식하지 못해 스마트폰 지도를 보며 찾아갔어요. 휴대전화를 손에 들고 운전하는 모습이 위태로워 보이기도 하고, 또 이런 현실이 신기하기도 하셨는지 팔순이 넘은 아버지는 ‘세상이 너무 달라졌구나, 상상 속에 있는 것 같다’고 하시더라고요. 스마트폰의 기능을 거의 다 생활화하고 있는 10대의 아이들과 사는 우리 집과 80대의 부모님 댁을 왔다갔다 하다보면 전설 속의 과거와 첨단기술 세상인 현재의 격차를 실감해요.

문영 : 그 모든 것들이 지피에스(GPS)로 가능해졌어요. 지피에스는 1970년대 미국 국방부에서 군사용 폭탄의 정확성을 높이기 위해 개발한 '위성 위치 확인 시스템'이에요. 2만200km 상공의 6개 궤도면에서 4개씩, 모두 24개의 지피에스 위성이 하루에 약 2바퀴씩 돌면서 위치를 알려줘요. 24개의 위성에 문제가 있을 때를 대비해, 백업 역할을 하거나 지피에스 수신기의 정밀도를 높이기 위해 띄워놓은 위성 6개까지 총 30개의 위성이 운용되고 있다는군요. 물론 태양에너지로 작동되고요.

지원 : 지구가 3차원의 구형이기 때문에 3개의 위성에서 삼변측량으로 결정한 위치와, 또 한 개의 위성에서 수신기까지 도달하는 전파의 시간을 계산해 적어도 4개의 위성이 있어야 정확한 위치와 시간을 알게 해줘요.

인숙 : 예전에는 모르는 곳을 찾아 갈 때면 축척 지도를 보고 근처의 큰 건물 위치를 파악하면서 대략의 거리를 가늠하며 찾아갔죠. 하지만 요즘에는 지도를 가지고 다니는 경우가 드물어요. 정확한 지도를 만들기 위해 곳곳을 걸어 다니며 일일이 기록했던 김정호의 지도부터 측량이라는 방법을 통해 만들어진 근래의 지도까지 모두 다 어느새 옛날 일이 되어버렸어요. 지금은 어디를 찾아가려면 지피에스 위성을 이용하는 걸 당연하게 여기지요. 땅위에서 비례식을 이용해 측량하던 거리를 지구 위의 인공위성과 전파를 주고받으며 측량하니까 빠르고 정확하게 실시간으로 위치를 알 수 있게 되었어요. 정보의 양이 많을수록 정확한 위치를 계산할 수 있는데, 요즘은 보통 12개에서 20개의 위성에서 신호를 받는다고 하더군요.

유럽엔 갈릴레오, 러시아엔 글로나스가 있다

» 러시아군의 GLONASS/GPS 수신기. 출처/ 위키백과, http://ko.wikipedia.org

동수 : 지피에스 위성 안에는 루비듐이나 세슘 원자시계를 탑재하고 있어요. 원자시계라는 것이 원자가 진동하는 것을 기준으로 시간을 알려주는 것이기 때문에 워낙 오차가 작아요. 하지만 전세계에서 유무선 통신으로 많은 정보를 주고받는 데나, 위치를 계속 바꾸는 비행기, 차량 등에서 어떤 위치에서의 정확한 시간이란 정말 중요한 요소에요. 우주에서 고속으로 움직이는 지피에스 위성은 특수상대론적 효과로 하루에 1000분의 7초 정도 비율로 느려지고, 우주에서는 중력의 영향은 작아 하루에 1000분의 45초 정도 빨라지기 때문에 이를 모두 보정해서 사용해야 해요. 상대성원리를 처음 배웠을 때 빛의 속도로 움직인다는 게 대체 나와 무슨 큰 연관이 있을까 하고 생각했는데 이렇게 한 순간도 떨어지지 않고 친하게 지내고 있네요. 후후

문영 :  미국 공군이 처음에 24개 위성을 발사하는데 190억 달러가 들었대요. 수명이 고작 8~10년인 지피에스 위성을 새로 발사하고 유지, 연구, 개발하는 데 연간 약 7억5천만 달러가 들고요. 전세계 모든 스마트폰 사용자들의 위치정보가 미국이 소유하고 관리하는 위성을 통해 무료로 제공되고 있다는 사실을 어떻게 봐야할 지 모르겠어요.

» 유럽을 중심으로 개발 중인 위성 위치확인 시스템 '갈릴레오'의 상징그림.

인숙 : 땅 위의 물체와 땅 속에 존재하는 물질까지도 지피에스 인공위성을 통해 알 수 있다고 해요. 지구라는 공간은 전파라는 파동에 의해 낱낱이 관리되고 있다고 할 수 있지요. 그래서인지 더 많은 영역을 먼저 차지하려는 각 나라의 치열한 경쟁이 지구 위에 많은 인공위성들을 쏘아 올리게 하고 있어요. 1991년 이라크전쟁 당시에 미국 지피에스의 위력을 실감한 러시아와 유럽연합이 글로나스(GLONASS)와 갈릴레오(Galileo)라는 지피에스 시스템을 도입해, 글로나스는 올해를 목표로  갈릴레오는 2013년 사용을 목표로 열심히 준비하고 있다고 하더군요.

지원 : 갈릴레오는 유럽연합 외에도 중국, 대한민국, 인도 등 여러 나라가 참여하고 있어요. 갈릴레오는 미국 지피에스와 러시아 글로나스의 군사용과 달리 민간용이라는 것이 좀 달라요. 물론 지금의 지피에스도 민간용으로 쓰고 있긴 해도요. 우주 공간에도 자기 무기를 장착해 놓으려는 국가 간의 소리 없는 전쟁이 보이는 것 같아요.

KAL격추사건 이후 지피에스의 민간사용 허용

문영 : 처음에 얘기한 것처럼 지피에스는 요격 미사일 유도를 위해 개발됐어요. 이라크 전쟁과 아프가니스탄 전쟁에서 효과를 봤고요. 이 지피에스를 민간용으로 사용 허가하면서 처음에는 선택적 유용성(Selective Availability) 방식을 채택했어요. 이 방법은 민간용 단말기로는 정확한 위치 데이터를 파악하기 어렵게 하려고, 암호화한 에러코드를 함께 송출하는 것인데 간접 통제가 가능하지요. 하지만 2000년 이후에 이것이 해제되면서 지피에스 정확도가 높아졌고 그러면서 많은 사람들이 사용하게 되었어요. 요즘 저는 지피에스 이용 영역이 상상 이상으로 넓어지고 있음을 실감해요. 수신기 기종에 따라서는 아주 정밀한 데이터를 받을 수도 있더라고요.

동수 : 선택적 유용성 방식은 2000년에 해제됐지만, 처음에는 지피에스 자체를 민간이 사용할 수 없었지요. 1983년 대한항공기 격추 사건을 계기로 민간이 사용하게 되었어요. 미국 뉴욕을 출발한 대한항공 007기가 앵커리지에서 급유를 하고 서울로 비행하던 중에 예정된 항로를 벗어나 소련 항공을 비행하다가 옛소련의 전투기 미사일에 격추당해 추락한 사건이었어요. 탑승했던 269명이 모두 숨진 어마어마한 사건이었죠. 항로를 이탈한 경위에 대한 여러 추측 중에는 비행승무원들이 자동항법장치가 나침방위비행 방식에 연결된 상태로 있는 것을 인지하지 못했다는 것도 있어요.

지원 : 나침방향을 따라 직선 항로로 가면 가깝기는 하지만 옛소련의 영공을 침범하게 되겠군요.

동수 :  그러게요. 비행사들이 예정된 항로를 이탈하고 있다는 것을 알았는데도 방치했는지 아니면 항로 이탈 사실을 모르고 있었는지는 판명되지 않았지만, 지금처럼 근처 맛집을 찾으면서도 내비게이션에서 골목골목을 소상히 볼 수 있는 우리에게 적국 영공을 지나면서도 모르고 있었다는 비행조종사가 이해되지는 않네요. 어쨌든 이 사건을 계기로 미국에서 군용으로만 쓰던 지피에스를 당시 미국 레이건 대통령이 민간용으로 사용할 수 있도록 공식 승인하게 됐어요.

인숙 : 근래에 지피에스의 위력을 다시 한 번 보여준 것이 오사마 빈라덴 사건이에요. 한 개인의 실시간 위치 정보를 통해 근거지를 파악할 수 있었다고 하니 놀랍기도 하지만 자신도 모르게  추적될 수 있는 개인의 행동 정보 노출도 걱정되더라고요.

동수 : 국제통화기금(IMF) 전 총재였던 스트로스칸도 위성 위치확인 시스템 덕분에 혜택을 봤다고 할 수 있겠어요. 성폭행 기도 혐의를 받고도 보석으로 가택 연금이 되었었지요. 지피에스 전자발찌를 차고 아파트에 있을 것을 전제한 보석이었어요. 1970년대에 똑같은 혐의를 받은 프랑스 영화감독 로만 폴란스키를 미국에서 보석으로 풀어줬다가 프랑스로 도주해 아직까지 처벌하지 못한 적이 있어서 지피에스가 없었다면 스트로스칸을 보석으로 풀어주진 않았을 테니까요.

지원 : 우리나라에서 성범죄범에게 지피에스전자발찌를 채워 사회에서 생활하도록 하고 있는 것도 언제든 위치 추적이 가능하다는 전제 아래서 이루어지는 일이잖아요. 그런데 얼마 전 전자발찌를 파손하고 다시 범죄를 저질렀다는 보도를 보니, 강력한 범행 의지 앞에서는 첨단 장비도 무력한 게 아닌가 싶더라고요.

» 이제는 흔히 볼 수 있는 자동차의 운전 도우미, 내비게이션. 한겨레 자료사진

'지피에스 교란'과 '교란 차단' 보이지 않는 전쟁

문영 : 강한 창을 만들면 더 강한 방패를 만드는 것이 인간이고 인간 사회인가 봐요. 미국이 자국군과 동맹군만을 위해 사용하는 군용 주파수는 오차 범위가 1m 이내인 아주 정밀한 주파수로, 이 주파수를 이용하면 미국의 토마호크 순항미사일이 표적 건물의 창문을 뚫고 들어갈 수 있대요. 그런데 이 꿈의 병기도 무력화할 수 있도록 주파수를 교란하는 재머(Jammer) 기술은 러시아가 앞서 있다고 하니 말이에요.

인숙 : 지피에스 인공위성의 주파수를 교란해 미국의 첨단 유도무기도 무력화하는 러시아의 재머는 새로운 기술 개발의 필요성을 이끌고 있어요. 재머에 대응하는 지피에스를 개발하려는 미국이나, 재머의 효력 범위를 넓히고 다루기 쉽게 최소화하려는 북한이나 자국의 이익에 따라 움직이고 있지요. 100km 안의 지피에스 신호를 방해할 수 있는 1와트짜리 북한의 개량형 재머는 음료수 캔 정도 크기여서 이동과 위장이 쉬워 찾아내기가 힘들다고 해요. 중동에 수출도 하고 있다는 추측이 나도니 만만하게 생각할 일은 아니에요.

동수 : 올 3월 북한의 소행으로 추측되는 지피에스 교란 전파가 있었잖아요. 이것 때문에 수도권 일부에 통신 장애가 생겨 휴대폰에 오류가 생기기도 했어요. 지난해 8월에도 서해 일대에서 전파교란이 일어났어요. 서해안에서 지피에스가 제 역할을 하지 못하면 2009년 항로착오로 월선했다가 억류 뒤에 풀려난 연안호 같은 상황이 또 발생할 수도 있어요. 연안호는 지피에스 없이 출항했다가 변을 당했다고 했지만 말이죠.

문영 : 우리 군은 지피에스 재머에 대응할 수 있게 안티재밍(Anti-jamming) 장비를 자체 개발해 운용하고 있어요. 공군 전투기에 장착해 사용하기 위한 장비로요. 그렇지만 북한의 지피에스 교란 기술이 전자기파(EMP)탄 개발로 발전할 수 있다고 걱정하는 전문가들도 있더라고요. 전자기파탄은 상공에서 폭발해 전자기파를 발산하면 지상의 모든 전자기기를 무력화하는 무기라고 알려져 있어요. 특정 사람, 특정 집단이 망가뜨릴 수 있는 사회 시스템은 강하고 견고하다고 말할 수 없겠지요. 이런 얘기를 하다보면 현대사회가 정말 튼튼한 시스템을 가지고 있나 의문이 들어요.

지원 : 무기 이야기를 하다보면 끝이 없네요. 이런 재머가 사실은 누구나 사용할 수 있다는 것에 문제의 심각성이 있어요. 제가 인터넷에 찾아보니 간단한 설계도도 있고 언제든 문의하라는 연락처가 빼곡하더라고요.

지피에스 없이 살 수 있을까요?

인숙 : 예전에는 나침반과 지도가 길 안내를 했다면 요즘은 지피에스가 길잡이에요. 지피에스는 위치를 알려주는 것에 그치지 않고 댐이나 지하시설물, 대형 구조물의 기울어짐과 뒤틀림도 감시할 수 있다고 해요. 그리고 지구의 지각 움직임도 실시간으로 보여주고 있다고 해도 과언이 아니지요. 실제로 올해 일어난 일본의 대지진 당시 일본의 지반위치가 2.3cm 동쪽으로 이동한 것을 하루도 안 돼서 알 수 있었다고 해요.

동수 : 지피에스를 이용한 마케팅도 많이 생기고 있더군요. 인터넷의 정보를 찾으면 우리 동네의 자료를 위주로 알려주고 백화점들은 매장 위치나 행사 등을 알려주기도 해요. 항로와 시간을 잘 계획하면 더 많은 항공기를 운용할 수 있어 소비자도 사용자도 만족할 수 있게 될 거예요.

문영 : 스마트폰의 응용 프로그램은 대부분 위치정보를 이용하고 있어요. 요즘은 사진을 찍을 때도 위치정보를 함께 저장하더라고요. 유비쿼터스 사회로 가면서 현실 세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 증강현실(AR)이 많은 곳에서 이용될 텐데 그러면 지피에스의 위치 정보는 점점 더 없어서는 안 될 필수 데이터가 되겠지요. 앞으로 아이들은 자신의 아바타를 내세워 게임과 현실을 혼동하던 것에 그치지 않고 실제 세계에 가상의 캐릭터나 사물까지 합성하려고 들 거예요. 그런 아이들과 공감하고 놀아주기 위해서는 따로 공부(?)가 필요하지 않을까요? 정말 엄마 하기가 만만치 않겠네요.

지원: 그래요. 지상 2만200km 상공에 있는 위성의 신호는 매 순간 정확히 받고 살면서 날마다 보는 가족의 마음 신호는 얼마나 제대로 받고 있나 한 번 생각해 보게 되더라고요.