지도로도 찾을 수 없을 때—놀라운 위성 항법 장치를 활용함

「깨어라!」 오스트레일리아 통신원

그처럼 무더운 날 힘들게 도보 여행을 하느라 이 젊은 여자의 얼굴은 온통 땀으로 뒤범벅이 되어 있었습니다. 또한 생존에 필요한 식량이 잔뜩 든 무거운 배낭을 추스르느라 그 여자는 어깨를 이리저리 움직였습니다. 그 여자는 신중하게 도보 여행자용 지도를 펼쳐서 살펴보았습니다. 하지만 당혹스럽게도 주변에는 눈에 익은 지형이 하나도 없었습니다. 얼마 안 있어 내면 깊숙한 곳에서 절망 섞인 불안감이 일기 시작하였습니다. “이를 어떡하지, 길을 잃어버렸네.” 그 여자는 한숨지으며 말하였습니다.

그런데 갑자기 그 여자의 얼굴이 환하게 밝아졌습니다. 그 여자는 배낭을 열더니 보호용 케이스 안에 들어 있는 어떤 기구를 꺼내어 몇 가지 정보를 입력하였습니다. 얼마 안 있어 그 여자의 얼굴에는 미소가 떠오르기 시작하였습니다. 이제 그 여자는 얼른 배낭을 정리하고는 갈 바를 정확히 아는 사람처럼 자신감에 넘쳐서 길을 떠났습니다.

이 도보 여행자는 어떻게 절망적인 것 같은 상황에서 헤쳐 나갈 길을 그토록 빠르고 쉽게 알아낼 수 있었습니까? 위성 항법 장치(GPS)로 알려져 있는 뛰어난 보조 장치를 사용했기 때문입니다. 이 기구는 그 여자가 자신의 위치를 정확히 알 수 있게 해 주었을 뿐만 아니라 어느 길로 가야 하는지도 지시해 주었습니다. 도대체 GPS라고 하는 이 놀라운 장치는 어떤 장치입니까?

이 기구의 온전한 이름은 내브스타 위성 항법 장치(Navstar Global Positioning System)입니다. 내브스타는 항행 위성 시간·위치 측정 장치(Navigation Satellite Time and Ranging System)의 머리글자를 따서 지은 이름입니다. GPS는 미군을 위해 처음으로 개발되었지만, 지금은 원하는 사람은 누구나 세계 전역에서 이용할 수 있습니다. GPS가 기능을 발휘하는 데 필요한 최초의 인공 위성은 1978년에 발사되었습니다. 현재 전체 시스템이 이용하는 내브스타 위성은 21개이며, 그에 더해 궤도를 따라 돌면서 작동하는 3개의 위성을 예비로 두고 있습니다. 그 위성들은 1만 898해리(2만 196미터) 상공의 궤도에 올려져 있으며, 위성들의 궤도는 적도에 대해 55도씩 기울어져 있습니다. 그러한 배치 방식 덕분에 지상 어느 곳에서건 언제든지 적어도 네 개의 위성을 이용할 수 있습니다.

정확한 시간 측정의 중요성

그 위성들은 공개되어 있는 특정한 시간대에 무선 전파를 발신하며, 내브스타 수신기는 전파가 도착하는 정확한 시간을 측정하여 그 위성까지의 거리를 파악할 수 있습니다. 그 전파가 지구까지 오는 데 걸리는 시간은 약 11분의 1초입니다. 이제 수신기는 그 시간에 빛의 속도를 곱하여 그 위성까지의 거리를 경탄스러울 정도로 정확하게 계산해 냅니다. 하지만 시간 계산은 정확하지 않으면 안 됩니다. 100만분의 1초만큼만 틀려도 약 300미터나 되는 오차가 생길 수 있기 때문입니다!

어떻게 그처럼 믿기 어려울 정도로 시간을 정확하게 계산할 수 있습니까? 위성 내에 있는 정교한 원자 시계를 사용함으로써 그렇게 합니다. 저술가인 톰 로그즈던은 자신이 지은 「내브스타 위성 항법 장치」(The Navstar Global Positioning System)에서 이렇게 설명합니다. “블록 II 위성에는 ·⁠·⁠· 고도로 정확한 시계 네 개가 있는데, 그 중 두 개는 세슘 원자 시계이고 나머지 두 개는 루비듐 원자 시계이다. 이 시계들은 매우 안정성이 있고 정확하기 때문에, 늦어지거나 빨라지는 시간이 16만 년에 1초 정도밖에 되지 않을 정도이다!”

서두에서 묘사한 도보 여행자가 사용한 것과 같은 수신기는 실제로, 네 개 이상의 위성에서 발신한 신호를 수신하여 그 개개의 위성들까지의 거리를 계산해 냅니다. 그 다음, 그렇게 해서 나온 거리를 근거로 그 휴대용 수신기는 현재 있는 위치의 위도와 경도 그리고 고도를 알아냅니다. 그런 식으로 얻은 결과는 이제 GPS 수신기에 표시됩니다. 위치를 정확하게 측정하기 위해서는 적어도 네 개의 위성이 있어야 합니다. 이 휴대용 수신기는 가볍고 값이 비싸지 않아 크기와 값이 대략 휴대용 전화기 정도입니다.

기존 지도보다 뛰어난가?

GPS 수신기는 단지 수신기가 있는 곳의 정확한 위치만 알려 주는 것이 아닙니다. 원하는 목적지에 대한 세부 사항을 정확히 입력하면 가야 할 방향도 알려 줍니다. 따라서 그런 면에 있어서는 GPS 수신기와 같은 장치들이 기존에 사용되고 있는 극히 정확한 지도들보다도 뛰어납니다. 예를 들어, 지도를 보고 길을 찾아갈 때는 큰 나무나 심지어 무성한 초목까지도 변수로 작용하여 찾아가는 데 지장을 줄 수 있습니다. 그 외에도 지도를 보고 길을 찾아가는 일을 어렵게 만들거나 심지어 지도를 완전히 무용지물이 되게 하는 요소는 별다른 특징이 없는 지형(특히 바다나 사막), 어둠, 안개 등 매우 많습니다. 물론 GPS 수신기가 있다고 해서 지도가 필요 없는 것은 아닙니다. 오히려 GPS 수신기는 지도나 해도와 함께 사용할 때 매우 효과적입니다. 또한 GPS 수신기는 배를 안내해서 안개 낀 항구로 들어오게 할 때나 번잡한 항구에서 화물용 컨테이너가 어디로 갔는지 찾아 내는 데도 아주 유용하게 사용할 수 있습니다. 또한 그 밖에도 많은 상업적인 목적으로 이용할 수 있습니다.

GPS 개발이 계속되면서, 그 장치를 이용할 수 있을 것으로 생각되고 있는 다른 몇몇 분야는 다음과 같습니다.

● 위험스러운 빙산 추적.

● 일기 예보.

● 비행기의 정확한 착륙.

● 침몰한 배 발견.

● 자동차 추적 및 자동차 항법 장치.

● 비료의 정확한 살포.

또한 이 독특한 위성 시스템은 서두에 언급한 도보 여행자에게 길 안내를 하는 데도 사용되어, 그 여자에게 자기가 있는 정확한 위치를 대략 알게 해 주고 절실히 필요한 명확한 정보를 제공해 주었습니다. 뿐만 아니라, 걸어가야 할 정확한 방향도 지시해 주었기 때문에 마침내 그 여자는 안전하게 목적지에 도착하였습니다. 그렇습니다. 그 여자는 길을 잃었다고 생각한 바로 그때에, 놀라운 내브스타 위성 항법 장치의 도움을 받았습니다!

[22면 네모와 삽화]

1984년에 미국 오클라호마의 사업가인 론 프레이츠는 위성 항법 장치(GPS) 덕분에 과테말라와 벨리즈의 빽빽한 밀림 속에 숨겨져 있던 고대 마야 정착지의 유적들을 찾아 냈다. 프레이츠는 랜드새트 위성이 찍은 사진을 관찰하면서 그와 병행하여 GPS의 정밀한 항법 기술을 활용하였다. 프레이츠와 그의 동료들은 이렇게 보고하였다. “우리는 약 닷새 만에 유카탄 반도에서 마야 문명이 어느 정도까지 널리 퍼져 있었는지를 조사하여 지도로 만들 수 있었다. 걸어 다니면서 그 일을 했더라면 적어도 100년은 걸렸을 것이다.”

[22, 23면 도해와 삽화]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

GPS를 통해 알 수 있는 정보들

당신의 정확한 위치

경도와 위도를 표시한 좌표가 나타난다

시간과 날짜

위치 추적용 나침반

당신이 있는 곳의 고도

참조 지도

이 부분은 확대하거나 축소해서 볼 수 있다. 차를 운전해서 간다면 전에 한 번도 가본 적이 없는 목적지라도 이 기능을 활용하여 찾아갈 수 있다

목적지에 대한 당신의 상대적 위치

나침반에 달린 안내 장치와 나침반 바늘은 집으로 돌아가는 길을 지시해 주고 앞으로 가야 할 거리를 알려 줄 수 있다

안테나

실물 크기

위성의 상태

이 부분은 상공의 상태를 보여 주는 곳으로 24개의 위성 중 당신의 수신기가 “볼” 수 있는 위성을 나타내 준다

신호의 강도

어떤 위성의 신호를 수신할 수 없을 경우(어두운 막대로 표시됨), 수신기는 그 위성의 신호를 대신할 수 있는 다른 위성의 신호를 찾아서 당신의 위치가 변함없이 나타나게 해 준다

[22면 사진 자료 제공]

21-3면의 지구: Mountain High Maps® Copyright © 1997 Digital Wisdom, Inc.