미소 냉전이 한창이던 1957년, 소련이 인공위성 스푸트니크를 최초로 발사하게 되면서 미국은 위성의 위치를 파악하기 위한 노력을 시작하게 된다. 처음에는 스푸트니크에서 발사되는 신호를 이용해 지상에서 위성의 위치를 알 수 있지 않을까 하는 생각을 하게 되었고, 이 생각을 뒤집어 위성에서 발사하는 신호를 활용하여 나의 위치를 찾을 수 있게 한 것이 GPS(Global Positioning System)이다.

그럼 GPS는 어떻게 위치를 파악하게 되는 것일까?

실제 핸드폰을 가지고 있는 나의 위치는 삼변측량을 통해 알 수 있다. 전파 속도는 일정하기 때문에 위성에서 출발한 전파가 내 위치까지 도달하는 시간을 측정할 수 있다면 위성에서 내 위치까지 거리를 알게 된다. 3개의 위성에서 측정된 거리를 중첩시켜 만나는 지점이 내 위치가 되는 것이며, 위성 수가 많아질수록 위치의 정확성은 올라가게 된다.

위성에는 정확한 시간을 측정하기 위해 원자시계를 사용하는데, 아인슈타인의 상대성이론에 따르면 시간은 일정하지 않고 변하게 된다. 특수 상대성이론에 의하면 속도가 빠르면 시간은 느리게 흐른다. 1만4000㎞/h로 움직이는 위성은 1670㎞/h로 움직이는 지구 자전 속도보다 빨라 하루 100만분의 7초가 느려진다. 또한 일반 상대성이론에 따라 중력이 약하면 시간은 빨리 가게 되는데, 위성이 운용되는 2만㎞ 상공에서의 중력은 지표면의 4분의 1 수준으로 위성은 하루 100만분의 45초가 빨라지게 된다. 결국 하루 100만분의 38초만큼 원자시계에 대한 시간 보정을 통해 위치 파악의 오류를 감소시키는 것이다.

GPS는 미국이 정밀폭격을 증가시키기 위한 군사 목적으로 개발했으나 1983년 뉴욕발 서울행 대한항공 007편이 격추당하는 사건이 일어나자 미국은 GPS를 민간에 개방하기로 하였다. 군에서 개발된 GPS가 민간 영역으로 확장되면서 GPS를 통해 나의 위치를 파악하고 주변정보를 검색하고 증강현실과 같은 첨단 기능도 즐길 수 있게 되었다. 군에서 개발된 GPS를 휴대폰이나 차량, 드론 등 민간의 다양한 분야에 활용함으로써 우리 일상이 더욱 편리해지고 있다.

강호증(경남대학교 군사학과 교수)