1978년 군사용으로 첫 개발
美·러시아, 위성항법시스템 운영
전세계 민간인에 무료로 제공
오픈서비스 오차범위 10m 이상
세밀한 정보 원하면 10㎝도 가능
한국도 자체 위성항법서비스 개발
3兆 투입…2034년께 완료
"KPS, 기술수준 기대 못 미칠 것"
언젠가부터 지도를 보면서 여행을 하거나 감에 의존해 맛집을 찾는 일이 드물어졌다. ‘길치’라도 자동차 내비게이션과 스마트폰 맵 서비스에 주소나 명칭을 입력하면 ‘OK’다. 국내는 물론 세계 대부분 지역에서 원하는 곳으로 찾아갈 수 있다.
이렇게 편리한 생활이 가능한 건 미국의 위성항법장치(GPS) 덕분이다. 40년 전 군사용으로 개발된 GPS는 민간의 자동차, 열차, 선박, 항공기 등 다양한 운송 수단에 활용됐다. 스마트폰에도 서비스가 적용되면서 일반인의 활용 범위는 훨씬 넓어졌다.
대한항공 007편 격추 이후 상용화
GPS라는 명칭은 미국에서 왔다. 미국이 1978년 군사용으로 개발한 글로벌 위성항법장치(GNSS)를 의미한다. 대륙간탄도미사일(ICBM)이나 순항미사일로 적의 지역을 정확하게 폭격하려고 개발했다.
1983년 옛 소련이 사할린 상공에서 대한항공 007편을 격추한 사건을 계기로 미 군당국은 GPS를 상용화했다. 당시 대한항공 007편이 소련 영공을 침범했는지가 큰 논란이 됐기 때문이다.
GNSS는 우주공간에 쏘아올려진 위성에서 궤도정보와 시간정보를 보내면 이를 토대로 지상 수신국이 위치정보를 수집하는 식으로 운영된다. 정보를 그대로 받는 경우도 있고, 위치항법보정시스템을 통해 한 번 더 위성에 위치정보를 송신한 후 더 세밀해진 위치정보를 수집하는 경우도 있다.
GNSS를 구동하려면 최소 4개의 위성이 필요하다. 이 중 3개 이상의 위성이 정확한 시간과 변위를 측정한 뒤 삼각점의 위치를 구하는 삼변 측량기법으로 위치를 파악한다. 3개 위성이 각각 측정하는 세 개의 범위가 서로 교차되는 지점이 수신기의 위치가 된다. 나머지 1개 위성은 오차 보정용이다.
주요국은 위성을 띄워놓고 각각의 다른 이름으로 위성항법시스템을 운용하고 있다. 시스템의 모니터링 범위와 성능은 위성의 개수에 비례한다. 미국 GPS는 올해 기준으로 30개 위성을 운영하고 있다. 러시아의 GPS로 불리는 글로나스는 24개 위성을 운영 중이다. 이 밖에 유럽 갈릴레오가 11개, 중국 베이도우가 15개 위성을 띄워놨다.
민간에서는 주로 미국 GPS와 러시아 글로나스를 이용하고 있다. 비용은 무료다. 미국의 퀄컴과 브로드컴, 스위스 유블럭스 등의 기업이 두 시스템이 제공하는 위치정보를 기반으로 내비게이션 등에 적용되는 칩을 생산하고 있다.
일부 국가는 미국과 러시아를 주축으로 한 GNSS 무료 정책이 향후 두 국가를 ‘위치정보 패권국’으로 올라서게 하는 결과를 낳을 수 있다고 우려한다. 그래서 시작된 것이 자체 GNSS 혹은 지역위성항법시스템(RNSS) 구축이다.
차기 GNSS 구축 분야에서 가장 앞서는 국가는 유럽연합(EU)과 중국이다. 둘 다 시범 운영 중이며 2020년 정식 가동한다. RNSS는 GNSS보다 측정 범위가 좁지만 자국과 인근 국가 위치 파악에는 무리가 없다. RNSS 분야에선 인도(IRNSS)와 일본(QZSS)이 두각을 나타내고 있다.
한국은 2034년 자체 기술 개발 완료
한국에서는 올초부터 자체 위성항법서비스인 KPS(한국형 위성항법시스템) 구축에 나섰다. 예상 투입비용은 약 3조원, 완료 시점은 2034년으로 전망된다. 내년 하반기에 KPS 사업 계획안이 공개될 예정이다.
인도 일본처럼 KPS에도 7개 위성이 필요하다. 정지궤도에 있는 위성이 3개, 경사궤도에 있는 위성이 4개다. 허문범 한국항공우주연구원 항법기술연구실장은 “KPS는 기존 GPS보다 훨씬 더 정교한 위치정보를 제공할 것”이라고 말했다.
항우연은 자체 위치항법 보정서비스인 KASS 구축도 준비하고 있다. 2022년 도입할 예정이다. KASS가 완성되면 미국 GPS로부터 받는 위치정보를 더 세밀한 단위로 수집할 수 있다.
일부 국가에서는 자체 위치항법 보정을 통해 오픈서비스 기준 10~15ｍ 수준인 위치정보를 다시 위성에 보낸 뒤 오차범위 1~3ｍ 수준의 ‘ｍ급 서비스’를 제공받는다. 더 정밀한 위치정보가 필요한 경우 한 번 더 신호를 보내 오차범위 10㎝ 안팎의 ‘㎝급 서비스’를 수신하기도 한다.
한국에서 쓰이는 GPS 정보는 일부 국가기관을 제외하고는 대체로 오픈서비스다. KASS가 구축되면 국내에서 ｍ급 서비스를 자유롭게 이용할 수 있다. 항우연은 KPS를 통해 ㎝급 서비스를 제공한다는 목표를 세워놨다.
더 강화된 위성항법서비스가 필요한 산업계 상황을 고려하면 기존 GPS를 토대로 개발하는 KPS가 환영받지 못할지 모른다는 우려도 나온다.
공승현 KAIST 교수는 “위치정보가 무엇보다 중요한 자율주행 자동차가 상용화하면 더 세밀하고 제밍(전파방해) 위험이 낮은 위치항법서비스가 줄줄이 나올 것”이라고 전망했다.
나노미터급 소자 내부도 들여다보는 현미경 기술이은성 한국표준과학연구원 나노구조측정센터 책임연구원이 나노미터(㎚) 크기의 소자 내부를 들여다볼 수 있는 현미경 기술을 개발했다. 현미경의 탐침과 시료 사이에 레이저를 쏴 근접장이라는 강한 빛을 만들어 내는 게 기술의 핵심이다. 시료 내부에 빈 공간이 있으면 근접장도 영향을 받아 탐침에 미세한 힘이 발생한다. 이를 측정해 시료의 상태를 밝힌다. 측정 가능한 범위는 150㎚이며 시료 내부를 영상 형태로 보여준다. 이 기술은 반도체업계에서 유용하게 쓰일 전망이다. 반도체 내부에 생기는 기포인 공극을 찾아낼 수 있어서다. 공극은 반도체 공정의 수율을 결정하는 중요한 요인 중 하나다.아이 性조숙증 진단…채혈 대신 호르몬으로 측정이효진 이관희 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원이 새로운 성조숙증 진단 기술을 선보였다. 어린이 소변에 극미량 존재하는 성호르몬을 측정하는 방식이다. 진단을 위해 여러 번 채혈해야 했던 불편함을 없앴다. 호르몬에 반응하는 항체와 나노물질을 소변에 주입하는 게 핵심이다. 나노물질은 항체 신호를 1만 배가량 증폭해 준다. 이렇게 되면 바코드로 상품의 정보를 읽어내는 것처럼 여성 호르몬 에스트라디올과 남성 호르몬 테스토스테론의 양을 쉽게 측정할 수 있다. "통신 지연현상 최소화"…UNIST '엑셀' 공개이경한 UNIST(울산과학기술원) 전기전자컴퓨터공학부 교수가 통신 지연 현상을 줄일 수 있는 전송 프로토콜인 엑셀(ExLL)을 공개했다. 저지연 전송 프로토콜은 네트워크 상황을 파악해 데이터 전송량을 유연하게 조절하는 기술이다. 데이터 통신 속도를 안정적으로 유지할 수 있게 해 준다. 이 교수는 단말기가 수신하는 패킷들의 패턴을 관찰해 이동통신망의 대역폭을 추론하게 했다. 이를 기반으로 데이터 전송량을 서버가 제어하도록 프로토콜을 설계했다. 엑셀은 원격 수술과 드론 제어, 5세대 이동통신(5G) 기반 자율주행 등에 활용될 전망이다.
독감 예방주사를 맞아야 하는 11~12월. 아이를 둔 가정은 한바탕 전쟁을 치른다. 바늘 주사기를 무서워하는 아이를 달래 병원까지 데리고 가는 것 자체가 만만찮은 일이다. 주사기가 꺼림칙한 것은 어른도 마찬가지다. 근육 주사를 맞을 때마다 피멍이 든다는 이유로 예방접종을 꺼리는 사람들이 상당하다.전문가들은 앞으로 5~6년 후면 바늘 주사기가 일상에서 보기 힘든 물건이 될 것으로 예측하고 있다. 미세한 바늘이 달려 있는 반창고인 ‘니들 패치’가 주사제 형태의 백신을 대체할 것이란 관측이다.미국선 임상 2상 진행 중미세한 작은 바늘을 의미하는 ‘마이크로 니들’은 과학계가 꼽는 미래 유망기술 중 하나다. 바늘이 반창고에 부착된 상태를 ‘니들 패치’라고 부른다. 마이크로 니들은 피부 안에서 녹는 소재를 쓴다. 바늘이 머금고 있는 건조 약물이 피부 속 수분과 섞이면서 몸 안으로 유입되는 방식이다. 의학용 주사제는 물론 마스크팩, 보톡스, 주름 개선 화장품까지 쓰임새가 다양하다.포털 사이트에서 ‘니들 패치’를 검색하면 반창고 형태로 붙이는 주름개선 화장품들이 나온다. 바늘이 머금고 있는 약물을 피부에 직접 집어넣기 때문에 바르는 약보다 효과가 탁월하다는 게 판매 업체들의 주장이다.현재 시중에 나와 있는 니들 패치는 가격이 비싸다. 반창고 한 개가 1만원 안팎에 팔린다. 그럼에도 ‘화장품’이 아니라 ‘공산품’으로 분류된다. 안전성 검사가 이뤄지지 않은 상태란 뜻이다. 이런 화장품들이 시중에 유통되는 것은 바늘 길이가 0.3㎜에 불과해서다. 피부 표피를 뚫지 못하는 깊이인 만큼 부작용을 일으킬 가능성이 높지 않다는 게 전문가들의 설명이다.백신 등 의학용 니들 패치는 아직 시제품이 없다. 피부 진피층까지 깊게 바늘이 들어가기 때문에 안전성 검사를 꼭 거쳐야 한다. 이 분야를 선도하는 곳은 미국 조지아공대다. 이 대학은 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 만든 마이크로 니들 백신 임상 2상에 이르렀다. 독감 백신 인체 임상시험은 2015년부터 하고 있다. 가벼운 가려움증 외에는 이렇다 할 부작용이 없었고 항체 반응도 근육 주사를 받은 사람들과 같았다는 게 조지아공대의 설명이다.한국도 니들 패치 강국니들 패치 백신은 주사기 공포에서 벗어나게 해준다는 점 외에도 장점이 많다. 예방접종 효과가 극대화되는 지점은 피부 속 0.7㎜다. 기존 주사기로 약물을 주입하는 게 불가능한 얕은 깊이여서 많은 약물을 주입해야 한다. 그만큼 주사제에 들어가는 약물의 1000분의 1만 써도 엇비슷한 효력을 낸다.건조된 약물을 쓰기 때문에 주사제를 냉장 보관할 필요도 없다. 약국에서 반창고를 구입해 피부에 붙이는 것만으로 예방접종이 끝난다는 설명이다. 독감용 백신 외에도 일명 ‘불주사’로 불리는 BCG 경피용 주사 등 다양한 백신을 니들 패치로 만들 수 있다.국내에서도 의학용 니들 패치 실용화 작업이 한창이다. 정준호 한국기계연구원 나노융합기계연구본부장이 이끄는 연구팀은 지난 7월 연어 DNA로 만든 나노마이크로 니들 패치를 선보였다. 인체에 무해하다는 점이 검증된 연어 DNA를 활용한 바늘이어서 임상시험에서 문제가 될 가능성이 작다고 기계연구원 측은 설명했다.기계연구원은 최근 제품 상용화를 위해 연구소기업 에이디엠바이오사이언스를 설립했다. 과학계에선 이 업체 성장 가능성을 높게 보고 있다. 니들 패치 연구가 시작된 지 30년이 지나 이렇다 할 원천특허가 없다는 이유에서다.정 본부장은 “제조 단가를 기존 주사제 백신 수준으로 맞추고 건조 약물의 약성이 기존 주사제 수준으로 나오는지를 검증하는 작업이 필요하다”며 “백신별로 임상시험을 따로 거쳐야 해 실제 병원에 도입되려면 5~6년 정도가 걸릴 것”이라고 말했다.송형석 기자 click@hankyung.com
국내 연구진이 단일 물질만으로 전원을 켜고 끄는 물질을 개발해 세계적인 주목을 받았다.30일 과학기술정보통신부에 따르면 이재찬 성균관대 교수와 엄창범 위스콘신주립대 매디슨 교수 연구팀이 결정구조 변화 없이 순수 전기적 상전이를 보이는 물질을 최근 개발했다. 상전이 현상이란 물질이 온도, 압력, 외부 자기장 등 일정한 외적 조건에 따라 한 상(phase)에서 다른 상으로 바뀌는 현상을 의미한다.강상관계 물질(전자 간의 상호작용이 큰 물질)은 일반적인 도체나 반도체와 다른 독특한 특성이 있다. 특히 전기가 잘 통하는 금속 상태에서 잘 통하지 않는 절연체 상태로 변화할 수 있다는 점에서 의미가 크다.‘금속-절연체 전이(metal-insulator transition)’라고 불리는 이 현상은 어떤 물질 상태가 외부 자극에 의해 전기가 잘 통하는 상태(금속 상태)와 안 통하는 상태(절연체 상태) 사이에서 변하는 현상을 뜻한다. 이를 활용하면 기존 반도체 소자처럼 여러 물질을 접합하지 않고 단일 물질만으로도 전원을 켜고 끄는 디지털 특성을 보유할 수 있다.다만 금속-절연체 전이 도중 전기적 특성뿐만 아니라 결정구조 변화도 동시에 발생하는 점이 한계로 지적돼 왔다. 구조가 변하면 전이 속도가 제한되기 때문에 고속으로 작동되는 소자로 응용하는 데 제한이 있다.연구진은 계산과학 연구를 통해 대표적인 강상관계 물질인 이산화바나듐(VO2)의 금속-절연체 상전에서 결정구조적인 변화와 전기적 변화를 분리하는 데 성공했다.이재찬 교수는 “전류를 빠르게 흐르게 하는 모트트랜지스터나 펨토 초(10~15초) 단위의 전자 스위치 등의 신규 소자로 응용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구 결과는 세계 최고 수준의 국제학술지 사이언스 11월30일자에 게재됐다.윤희은 기자 soul@hankyung.com
![살인과 고문조차 서슴치 않았던 폐륜의 과학자와 의사들 [서평]](https://timg.hankyung.com/t/560x0/photo/202404/01.36520524.3.jpg)