한국 우주관측 자료 전략 수립 제안

1. 서론

천문우주 분야에서 관측 대상은 태양, 행성, 별, 은하 등 지구 밖의 모든 천체와 지구의 전리권과 자기권 등 플라즈마(plasma) 영역까지 포함한다. 이러한 대상들을 다양한 방법으로 관측하여 얻은 자료와 이를 처리하고 분석한 모든 결과를 자료라 한다. 자료는 과학 연구에 있어 가장 기본적이고 중요한 수단이기 때문에 자료를 얻기 위한 다양한 프로젝트(project)가 국내외에서 진행되고 있다.

일반적으로 우주 관측소를 구축하고 위성을 개발하는 프로젝트에는 막대한 예산이 필요하다. 이러한 프로젝트로부터 얻은 성과를 일회성으로 사용하는 데 그치지 않고, 그 효과를 보다 지속적으로 활용하고 성과를 극대화하기 위해서는 프로젝트 예산에 관측 시스템을 구축하는 비용과 함께 자료를 처리하고 저장하는 데 필요한 하드웨어(hardware) 및 소프트웨어(software)의 비용도 포함되어야 한다. 미국이나 유럽 같은 선진국에서는 자료에 대한 예산을 프로젝트 계획 초기부터 고려하고, 자료 처리 방법이나 소프트웨어 개발도 관측 시스템 구축과 함께 준비한다. 특히 자료 수명 주기(data lifecycle)에 대한 관리 정책을 수립하여 막대한 예산이 투입되어 얻어진 자료가 유실되거나 왜곡되지 않고 최대한 많은 사용자들이 자료를 활용할 수 있도록 한다.

2014–2040 우주개발 중장기 계획(제2차 우주개발진흥 기본계획 수정)[1]에 따르면 우리나라에서도 2040년까지 달 및 행성탐사, 우주과학, 태양 및 근지구 우주환경 감시, 미래 우주탐사, 우주환경감시 및 우주위험 대응 분야 등 약 20여 개의 우주 임무를 계획하고 있으며, 우주관측을 위한 다양한 국제협력 우주 임무도 진행하고 있다. 또한 기술 발전으로 인한 빅 데이터(big data)화는 자료의 효율적인 관리와 활용을 위한 천문우주 자료 관리 정책 수립에 대한 필요성을 더욱 증가시켰다¹. Fig. 1은 우리나라의 행성탐사 및 우주과학 계획(안)으로 우주개발 중장기 계획에 포함된 다양한 우주 임무를 보여주고 있다.

Fig. 1. Planetary exploration and space science proposals in 2014–2040 mid- to long-term space development plan for space exploration. Adapted from Government of Korea [1] with CC-BY.

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우주 임무의 목표를 달성하는 데 있어 핵심 단계는 고품질의 자료를 생성하고 분석하는 것이다[2]. 또한, 이렇게 얻은 중요한 자료를 효율적으로 관리하고 활용할 수 있는 자료 관리 정책이 필수적이지만, 우리나라의 경우, 자료 관리 정책은 물론 자료의 중요성에 대한 인식조차 부족하다[3]. 이는 천문우주 분야의 관측 시스템 개발 관련 정책이 관측 시스템 자체를 구축하는 것에 초점이 맞추어져 있었기 때문으로 보인다. 이제는 우리가 생산한 자료에 눈을 돌릴 때이다. 막대한 예산과 인력, 시간을 투입해 개발하는 관측 시스템의 자료 활용을 확대하기 위한 방안이 반드시 필요하다. 국가 R&D 사업으로 구축된 관측 시스템에서 생산된 자료는 공공재적 성격을 가지며, 연구자 개인이 아닌 관측 시스템을 운영하는 기관이나 국가에서 자료에 대한 체계적인 관리를 해야 한다. 이를 위해서는 국가 차원의 자료 전략을 세우고, 이 전략을 바탕으로 자료 관련 기관에서는 자료 정책을 수립해야 할 것이다. 이 논문에서는 우리나라의 우주관측 자료 전략 수립을 위해 천문우주 분야의 선진 기관인 미 항공우주국(National Aeronautics and Space Administration, NASA)의 자료 전략을 분석하였다. 이를 바탕으로 우리나라의 실정에 맞는 우주관측 자료 전략과 권고 사항을 제안한다.

논문의 2장에서는 우주관측 자료 전략에 대해 언급하기 전에 기본적인 배경인 우주관측 자료의 정의, 우주관측 자료 전략 및 정책에 대한 일반적인 사항을 정리하였다. 3장에서는 NASA 과학임무부서(science mission directorate, SMD)의 자료 전략을 요약하고, 이를 심도 있게 분석하였다. 4장에서는 우리나라의 우주관측 자료 전략 수립을 위한 전략 및 권고 사항을 제안하여 앞으로 한국의 우주관측 자료 정책을 수립하는 데 기여하고자 한다.

2. 배경

2.1 우주관측 자료 정의

위성 자료는 인공위성을 이용하여 획득한 모든 자료를 포함하며, 우주개발진흥법[4]에서는 위성정보라고 표현하고 있다. 위성 자료는 관측 대상에 따라 다시 지구관측 자료(earth observation data)와 우주관측 자료(space observation data)로 구분할 수 있다. 지구관측 자료는 우주 임무를 통해 얻어진 모든 형태의 지구를 관측한 자료(지질, 지형, 해양, 대기 등)이다. 우주관측 자료는 우주 임무를 통해 천문우주 분야 대상(별, 은하, 태양, 우주 플라즈마, 달, 행성 등)을 관측한 자료다. 두 자료 모두 관측 자료를 가공 및 활용한 것까지 포함한다. Table 1은 지구관측 자료와 우주관측 자료 정의를 정리한 것이다. Fig. 2와 Fig. 3은 각각 지구관측 자료와 우주관측 자료의 예를 보여준다. 이 논문에서는 우주관측 자료에 대한 내용을 다룬다.

Table 1. Definitions of earth observation data and space science data

Scope	Definition
Earth observation data	Data for Earth observation in all forms acquired from space missions
Space observation data	Data such as stars, galaxies, sun, space plasma, moon, and planets observed by space missions (including processing and utilizing of observation data)

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Fig. 2. Examples of earth observation data. Adapted from NASA with public domain. (a) https://science.nasa.gov/earth-science/earth-data (b) https://earthobservatory.nasa.gov/images/52059/sediment-spews-from-connecticut-river

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Fig. 3. Examples of space observation data (solar dynamics observatory data (a) and hubble space telescope data (b)). (a) Adapted from Korea Data Center (KDC) for SDO with public domain. (a) Adapted from Korea Data Center (KDC) for SDO with public domain. http://swc4.kasi.re.kr/jpg_512/aia/131/2010/20101105/20101105_001021_SDO_AIA_131_512.jpg (b) Adapted from European Space Agency(ESA) with public domain. https://www.esa.int/About_Us/ESA_history/Starryeyed_Hubble_celebrates_20_years_of_awe_and_discovery

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3. NASA 자료 전략 분석

이 장에서는 NASA의 자료 전략에 대해 내용을 요약하고 이를 분석하였다. NASA 이외에도 유럽우주국(European Space Agency, ESA)과 일본국립천문대(National Astronomical Ob-servatory of Japan, NAOJ) 등 국외 기관과 국내 연구기관의 자료 전략과 정책을 조사하였지만, NASA를 제외한 다른 기관에는 우주관측 자료를 위한 명문화된 자료 전략이나 자료 관리 정책 자료를 찾을 수 없었다. ESA의 경우, 유럽 연합(European Union)에서 제시하는 유럽 데이터 전략(European Data Strategy)을 따르겠지만, 이는 분야를 특정하지 않는 모든 자료에 대한 내용이다. 우리나라의 경우, 국가 과학자료센터 구축을 위한 다양한 연구[3,5,6]를 수행하였으나, 이 또한 전 분야의 과학자료를 고려하는 것이며, 여기에도 자료 전략이나 정책에 대한 내용은 없었다. 이러한 이유로 비교적 상세하게 정리되어 있는 NASA의 자료 전략만을 분석하였다.

4. 한국 우주관측 자료 전략 수립을 위한 권고 사항

세계적으로 천문우주 분야의 다양한 연구와 기술 개발, 대형 사업이 진행되고 있으며, 이를 바탕으로 각 기관에서는 과학기술정책을 수립하거나 전문인력을 양성하는 등 학계뿐만 아니라, 국가적으로도 연구, 기술, 개발(research, technology, development, RTD) 성과를 확산하고 있다. 이러한 맥락에서 과학 자료도 RTD 성과 중 하나로 다뤄져야 하며, 우주관측 자료 전체를 연구 커뮤니티, 민간기업, 학계, 일반인들에게 개방하는 것도 중요하다.

우리나라도 큰 틀에서의 자료 계획을 세우는 것이 필요하다. 특히 우주관측 자료는 규모나 양이 기하급수적으로 증가하고 있고, 그에 따라 자료 센터(아카이브)는 자료 관리, 큐레이션(curation), 접근, 분석, 컴퓨팅 등에 대한 중요한 역할을 해야 한다. 이를 통해 양질의 자료를 쉽고 빠르게 획득하여 최대한 많이 활용될 수 있도록 함으로써 과학 연구와 새롭고 혁신적인 발견을 할 수 있는 기회를 제공해야 한다. 이를 준비하기 위해 이 장에서는 우리나라의 우주관측 자료 전략 권고 사항을 제안하고자 한다.

우주관측 자료 전략 권고 사항을 언급하기 전에 과학 자료에 대한 운영 원칙 2가지를 강조하고자 한다. 이는 NASA의 SMD 자료 관리 및 컴퓨팅 전략에서도 나오는 내용으로 실제 구현하는 단계에서 고려해야 하는 주요한 운영 원칙이다. 우리나라에서도 아래 원칙을 바탕으로 자료 정책을 수립하기를 제안한다.

첫 번째 원칙은 과학 자료 전 분야에서 가장 중요하게 인식되어야 할 항목이다. 과학 자료는 연구 목적에 따라 가공/변형되면서 정보가 손실되거나 추가될 수 있다. 따라서 원본 자료를 보존하는 것은 연구의 투명성과 윤리성을 담보한다. 또한 자료는 수많은 자원(예산, 인력, 시간, 노력 등)이 투입된 결과물로서 상당한 가치를 가진다. 예를 들어 2010년 발사된 NASA의 태양 관측 위성인 Solar Dynamics Observatory(SDO)의 개발 예산(첫 5년간의 운영비 포함)은 865백만 달러(약 9천억 원)[9]이고, 위성 개발 계획부터 개발 후 발사까지 약 10년이 걸렸다. NASA측 프로젝트 투입 인력만 수십 명이고, 위성체와 발사체 관련 인력, Atmospheric Imaging Assembly(AIA)와 Helioseismic and Magnetic Imager(HMI)를 개발한 스탠포드 대학과 록히드마틴까지 포함하면 수백 명에 이를 것으로 보인다. SDO는 발사 후 현재까지 10년 넘게 운영되고 있으며, 자료 용량은 약 6 PB이다. 또한 SDO와 관련된 연구 결과 논문은 한 해에 수백 편이 출판되며, 2020년까지 인용횟수는 약 6만 건이 넘었다[10]. SDO의 관측 자료는 특히 장기간 다량의 자료를 이용한 빅 데이터와 딥 러닝 기반의 태양 물리 연구를 가능하게 하였다. 이처럼 과학적 관측 또는 연구를 기반으로 생성된 자료는 대체 불가능한 자료(irreplaceable data)이고, 과거 자료이든 최신 자료이든 생성된 시기에 상관없이 동일하게 중요한 가치를 지닌다. 예산, 인력 등 그 어떤 이유로 이미 수집한 자료를 훼손하는 것은 절대 하지 말아야 할 것이다.

두 번째 원칙은 시스템 관점에서의 전략이다. IT 시스템의 하드웨어와 소프트웨어 관련 기술은 끊임없이 발전하고 있고, 짧은 주기로 새로운 기술이 소개되고 있다. 이에 맞춰 사용자 경험도 수준이 높아져 자료를 제공하고 관리하는 기관 입장에서는 이러한 상황 변화에 부응해야 한다. 특히 아카이브 관점에서는 자료를 저장하고 처리/분석/배포하는 전반적인 작업을 하드웨어(저장장치, 계산 자원 등)와 소프트웨어에 절대적으로 의존하고 있기 때문에 이러한 시스템을 주기적으로 개선할 필요가 있다. 이를 위해서는 예산이 필요한데, 새로운 임무 계획에 따라 시스템 개선을 계획한다면 전체적인 시스템을 보다 효율적으로 운영할 수 있을 것이다. 또한 현재 시스템의 상태에 대한 평가와 진단을 지속적으로 수행하고, 이를 토대로 신규 임무의 자료 관리 계획과 기존 자료의 이전(migration) 작업의 계획을 세울 수 있다.

위 두 가지의 우주관측 자료 운영 원칙을 기반으로 다음과 같은 우주관측 자료 전략 수립을 위한 권고 사항을 정리하였다. 우주관측 자료 전략 권고 사항은 학계, 민간 산업, 군 등 다양한 분야의 자료 사용자들과 우주관측 자료 정책을 수립할 때 근간이 되기를 강력하게 권장한다.

마지막으로 우주관측 자료 전략 개선, 커뮤니티 의견 수렴, 최종적으로 자료 정책 수립을 위한 협의체를 구성하는 방안에 대해 언급하고자 한다. 이러한 협의체들은 다양한 분야의 연구, 기술, 개발하는 실무자들로 구성되어야 하며, 연구 커뮤니티, 민간기업, 학계까지 포함하여 폭넓은 관점과 지식, 의견을 수렴할 수 있어야 한다. 이를 위해 각 협의체의 목적과 필수적인 구성원도 아래와 같이 권고한다.

5. 결론

세계적으로 다양한 천문학 및 우주과학 관측 시스템이 운영되고 있고, 우리나라에서도 국제협력을 통해서 또는 독립적으로 관측 시스템을 개발하고 있다. 두 가지 경우, 모두 정부에서 예산을 투입하여 직간접적으로 개발 및 운영하는 것이기 때문에 여기서 나오는 자료도 체계적인 관리가 필요하다. 지금까지 프로젝트 또는 기관별로 자료 관리에 대한 고민을 해왔을 것이다. 하지만 이를 실현하기 위한 구체적인 지침이나 정책은 없는 실정이다.

미국은 국가 차원에서 자료 계획에 대한 큰 그림의 개념을 가지고 있으며, 이를 바탕으로 NASA에서는 과학, 기술, 의학에 관련된 디지털 자료 계획을 수립하였다. NASA의 자료 계획에는 디지털 자료 관리 원칙, 관리 대상 범위, 요구 사항, 적용 범위, 계획 및 구현 등 실질적으로 자료 정책을 수립하는 데 필요한 구체적인 사항을 포함한다. 이와 함께 NASA SMD의 자료 전략은 과학 자료에 특화된 내용을 담고 있다. 여기에는 과학 자료의 비전과 목표, 각 목표에 따른 전략들을 구체적으로 제시하고, 이를 토대로 전략 목표와 권고 사항을 기술한다. NASA SMD의 자료 전략은 연구 부서인 천체물리 본부, 지구과학 본부, 태양권물리 본부, 행성과학 본부를 위한 것으로, 각 부서에서는 분야별 특성에 맞는 과학 자료 관리 정책을 수립하거나 관리 체계를 갖추고 있다. NASA의 자료 계획이나 SMD 자료 전략에서 강조하는 것은 오픈 엑세스(open access)이다. 수많은 임무를 통해 획득한 자료를 최대한 많이 활용할 수 있도록 개방하고, 이를 위한 다양한 전략을 제시한다. 또 하나의 중요한 점은 이 두 문서에서는 가장 상위에서의 기본 지침(guideline)만 제시한다는 것이다. 임무나 연구 분야의 특성이 상이하고 같은 연구 부서 내에서도 관측 대상이나 관측 기기에 따라 자료가 매우 다양하기 때문에 일원화된 관리 체계를 강제할 수 없으며, SMD에서도 이를 인정하고 다양성과 유연성을 용인한다. 다만 NASA의 자료 계획이나 SMD 자료 전략의 기본적인 지침을 따르도록 하고, 조금 더 구체적인 사항은 연구 부서 자체의 자료 관리 정책으로 대신한다.

우리나라도 우주관측 자료 정책이 필요하다. 하지만 자료 정책을 수립하기 위한 상위 개념의 자료 계획이나 전략이 먼저 구성되어야 할 것이다. 이 논문에서는 우리나라의 우주관측 자료 전략 방향과 이를 위한 권고 사항을 제안하였다. 이는 높은 수준의 포괄적인 전략으로 우리나라의 우주관측 자료 정책을 수립하고, 우주관측 자료 활용성을 극대화할 수 있는 기반이 될 것이다.