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세슘 원자시계를 통해 위치와 시간을 스스로 인식하는 초속 7.5㎞(마하 22) 속도로 우주를 도는 인공위성에 대해 알아보자. 세슘 원자시계는 1초를 세슘(Cs) 원자가 91억9263만1770번 진동하는 시간으로 정의한다. 1967년 프랑스 파리에서 열린 국제도량형총회에서 국제표준으로 채택되었다.

그러나 2000년대 들어 이터븀(Yb) 광시계가 세슘 원자시계를 대체할 후보로 떠올랐다. 이터븀 광시계는 원자를 냉각해 격자에 가둔 후 주파수를 재는 방식으로 전후좌우상하 여섯 방향에서 레이저를 쏴서 진동수를 측정한다. 이터븀 광시계의 진동수는 1초에 518조2958억3659만865번에 이른다.

한국은 이터븀 광시계 KRISS-Yb1을 2014년에 미국과 일본에 이어 개발했다. KRISS-Yb1의 오차 수준은 20억 년에 1초이다. 이 광시계는 한국표준과학연구원(KRISS)이 개발하였으며, 2021년부터는 세계협정시(UTC) 멤버가 되었다. 세계협정시는 세계가 공통 시간을 유지할 수 있도록 정한 과학적 표준이다. 한국은 프랑스, 일본, 미국, 이탈리아에 이어 세계협정시 생성에 기여한 다섯 번째 국가가 되었다.

하지만 KRISS-Yb1은 아직 실험실 수준으로서, 인공위성 등에 탑재하기에는 설비 규모가 커서 어렵다. 따라서 한국은 2035년까지 개발되어 상용화 예정인 한국형 위성항법시스템(KPS)에 KRISS-Yb1을 탑재하는 것을 목표로 하고 있다. KPS는 정지궤도위성 3기와 경사궤도위성 5기를 개발하여 발사할 예정인 프로젝트로, KPS의 구축이 완료되면 수~수십m에 달하는 GPS 오차를 ㎝ 단위로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

이와 같은 기술적 발전은 도심항공교통(UAM) 및 자율주행자동차 등 다양한 분야에서 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 세슘 원자시계에서 이터븀 광시계로의 전환은 시간과 위성 항법 분야에서 혁신적인 발전을 이끌어낼 것이다. 한국은 이에 적극적으로 참여하고 세계적인 기술 선도국으로 발전할 것으로 기대된다.

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