언더 아이스 북극 관측소: 데이터, 전력 및 TDY

북극의 중요성

북극 지역은 거의 사람이 살지 않고, 매우 춥고 접근하기 어려워 오랫동안 대부분 무시된 지역이었습니다. 그럼에도 불구하고 여러 이유로 세계에서 중요한 영역입니다.

첫 번째 이유는 기술 발전과 인류의 자원에 대한 갈망으로 인해 북극이 오늘날 그 어느 때보다 경제적으로 중요해졌기 때문입니다. 또한 지구 온난화가 이러한 자원을 더 쉽게 접근할 수 있게 만들고 새로운 무역 경로를 열고 있습니다.

이 지역은 여러 국가가 국경을 맞대고 있으며 각각 고유한 전략적 이해관계를 가지고 있고, 러시아와 NATO 국가들(캐나다, 노르웨이, 미국, 그리고 그린란드를 통해 덴마크) 사이의 긴장이 고조되고 있습니다.

출처: 노르웨이 지질 조사

기후 변화에도 불구하고, 북극을 이해하고 모니터링하는 것은 거대한 기술적·과학적 도전 과제입니다.

이러한 이유로, 새로운 세대의 수중 탐사기와 드론이 얼음 덮개를 분석하고, 수중 자원을 조사하며, 지역을 모니터링하기 위해 개발되고 있습니다.

북극 온난화: 무역 경로, 기후 및 새로운 자원

새로운 무역 경로

북극 지역은 전 세계 평균보다 4배 빠르게 따뜻해지고 있습니다.

이로 인해 북극 여름에 이전보다 훨씬 더 많은 무빙 얼음 없는 물이 나타나고, 남은 얼음도 훨씬 얇아져서 빙산 파쇄선이 더 많은 달 동안 항해 가능하게 만들고 있습니다.

출처: BBC

그 결과, 러시아를 통과해 유럽과 중국을 연결하는 이른바 극지 실크로드가 전략적 무역 경로가 되고 있습니다. 러시아의 파쇄선이 빙판을 청소해 주어 일반적인 비극지 컨테이너선으로도 중국과 영국을 약 20일 만에 연결할 수 있습니다.

이 경로는 중국이 리튬 전자제품, 태양광 제품 및 신재생 에너지 차량 수출을 확대하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Sea Legend은 웹사이트에 18척의 선단을 나열하고 있으며, 새로운 서비스가 계획되기까지 3년이 걸렸다고 밝혔습니다. 선박 장비 업그레이드, 인력 교육 및 인증, 그리고 정확한 날씨와 항해 예보 개발 등 여러 도전을 극복해야 했습니다.

기후에 대한 중요성

북극의 차가운 공기 질량은 전 세계 기상 패턴에 중요한 요소입니다.

지역 기후 변화는 해수면에도 영향을 미칠 수 있습니다. 바다 위의 빙하가 녹는 것은 이미 떠 있는 얼음이므로 직접적인 해수면 상승을 일으키지 않지만, 그린란드의 거대한 빙상은 녹을 경우 상당한 해수면 상승을 초래할 수 있습니다.

또한, 녹은 얼음이 늘어나면 높은 반사율을 가진 얼음 대신 표면이 더 어두워져 태양 에너지를 더 많이 흡수하게 되며, 이는 지역 및 전 세계적으로 추가적인 온난화를 초래할 수 있습니다.

마지막으로, 과도한 빙하 녹음은 특히 북대서양의 해류를 방해할 수 있는데, 이는 전 세계 기후를 조절하는 핵심 요소입니다.

새로운 경제 구역

무역 경로 외에도, 북극 해수의 온난화는 새로운 경제 활동 가능성을 창출합니다. 예를 들어, 항해가 용이해지고 물이 따뜻해지면서 새로운 어업이 열릴 가능성이 높습니다.

고기후 변화 시나리오 하에서, 2091–2100년 미래 캐나다 어업 잠재력은 6.95 (±5.07) 백만 톤의 어획량으로 증가할 것으로 예상되었습니다.

• 러시아 플래티넘 매장량의 97%가 북극에 있습니다.
• EU에서 사용되는 철광석의 93%가 스웨덴에서 생산됩니다.
• 캐나다 북서부 영토 소득의 50%가 광업에서 나옵니다.
• 이 지역은 세계 미발견 전통 석유의 13%와 미발견 전통 천연 가스의 30%를 포함하고 있을 수 있습니다.

한편, 대부분 개발되지 않은 그린란드 자원에는 네오디뮴과 디스프로슘과 같은 희귀 토양 광물의 상당한 매장량이 포함되어 있어, 향후 전 세계 수요의 최소 1/4에 해당하는 3,850만 톤을 충족할 수 있습니다.

이 상황은 대국의 관심을 끌었으며, 특히 도널드 트럼프가 어느 시점에 그린란드를 구매하려는 의도를 보인 바 있습니다.

그린란드에는 금, 철, 알루미늄, 우라늄, 아연, 납, 석유, 가스 등도 매장되어 있습니다.

출처: 노르웨이 지질 조사

수중 자원도 새로운 분쟁 지역이 될 수 있으며, 북극은 특히 금속이 풍부한 황화물 및 광물 풍부한 열수구를 포함한 수중 광물 매장량이 풍부합니다.

왜 북극은 새로운 언더 아이스 데이터가 필요한가

수집이 어렵고 비용이 많이 듦

북극 관측소는 안전한 개발과 환경 보호를 위한 데이터 기반을 제공합니다. 이용 가능한 자원과 주변 생태계에 대한 더 나은 이해가 이러한 자원을 책임감 있게 활용하는 유일한 방법입니다.

하지만 전통적인 데이터 수집 도구는 북극의 기상 조건에서 시험대에 올려집니다:

• 표면 부표가 이동하는 얼음에 의해 파괴됩니다.
• 위성은 두꺼운 빙판을 통과해 볼 수 없습니다.
• 승무원 임무는 비용이 많이 들고 위험합니다.

이것이 이러한 방법이 전혀 사용되지 않는다는 의미는 아닙니다. 예를 들어, 2019-2020 다학제 북극 기후 연구를 위한 부유 관측소(MOSAiC)는 겨울 동안 빙산 파쇄선이 두꺼운 빙판을 뚫지 못했을 때 중앙 북극에서 600명 이상이 데이터를 수집했습니다.

MOSAiC 탐사의 과학자들은 대기, 눈, 해빙, 해양 및 지역 생태계를 연구했습니다. 그러나 1억 4천만 달러 예산으로는 이러한 탐사는 이례적인 사례입니다.

마찬가지로, 그린란드에 있는 캠프 센추리의 “얼음 아래 도시”는 냉전 시대의 유물입니다. 미국 육군 공병대는 1959년에 빙판 표면 근처 층에 터널 네트워크를 파서 군사 기지를 건설했습니다.

출처: NASA

이 시설은 1967년에 이러한 혹독한 환경에서 영구 정착지를 구축하는 복잡성과 비용 때문에 폐쇄되었습니다.

자율 대안

자율 차량과 배터리 시스템의 진보는 북극 연구 방식을 완전히 바꾸었습니다.

장시간 배터리 시스템을 사용하는 자율 수중 차량(AUVs)으로 과학자들은 과거보다 훨씬 더 먼 거리의 얼음 아래 관측 지점을 배치할 수 있습니다.

또한, 더 강력하고 에너지 소모가 적은 새로운 유형의 소나와 라이다 어레이를 사용할 수 있습니다.

마지막으로, 실시간 위성 업링크와 AI 기반 탐지 모델 덕분에 이러한 드론은 과거보다 훨씬 더 능력 있고 독립적으로 임무를 수행할 수 있으며, 관측 선박이나 육상 기지에 연결될 필요가 없습니다.

그 결과, 연중 지속적인 북극 모니터링이 마침내 가능해졌습니다.

지정학

향상된 모니터링은 군대가 이 지역을 감시하고 각 국가가 영토권을 존중받는 것을 보장하기 위한 전략적 필수 요소이기도 합니다.

지난 10~20년 동안 기후 변화가 활동 증가, 지정학적 변화 및 기술 변화를 촉진하면서 북극에서 많은 변화가 일어났습니다.

온난화 추세는 또한 우리 적대국들이 이 지역에 더 큰 존재감과 접근성을 갖게 하고 있습니다.

Iris Ferguson – 북극 전략 및 글로벌 회복력 담당 국방부 부차관

열악한 지도 제작과 직접적인 존재 부재는 한 국가의 자원 주장에 다른 국가가 도전하게 만들 수 있습니다.

전반적으로, 언더 아이스 관측소는 미래 영토 분쟁과 자원 평가를 좌우할 것입니다.

따라서 언더 아이스 드론과 관측 탐사는 21세기의 핵심 지정학적 메가프로젝트가 됩니다.

언더 아이스 북극 관측 네트워크 작동 방식

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자율 언더 아이스 드론

드론 기술에 대한 많은 관심이 비행 드론에 집중되는 이유는 그들의 군사 충돌에서의 역할이 증가하고 있기 때문이며, 수중 드론도 빠르게 발전하고 있습니다.

MOSAiC 탐사는 이미 이 기술의 초기 버전을 사용하여 해빙과 해양 사이의 인터페이스를 분석했습니다.

출처: Nature

이 드론은 소나, 영상, 화학 샘플링 및 위쪽을 바라보는 레이더를 이용해 빙하 아래에서 녹는 얼음을 매핑하면서 얼음, 조류, 동물성 플랑크톤 샘플을 수집하고 얼음 두께를 측정합니다.

영구 해저 관측소

언더 아이스 드론을 이동시키는 것은 북극 지역의 동적 분석 및 정기 샘플링에 훌륭한 옵션입니다.

하지만 다른 데이터 포인트는 훨씬 더 지속적인 관측 형태가 필요하며, 이는 해저 측정 관측소를 통해 달성될 수 있습니다.

다양한 현상을 모니터링하기 위해 다양한 기기를 통합할 수 있습니다:

• 지질 활동을 감지하는 마이크로지진계.
• 생물 및 환경 변화를 측정하는 해양 화학 센서.
• 이 지역이 기후 변화에 기여하는 정도를 평가하는 메탄 및 CO₂ 감지기.
• 선박 및 잠수함의 움직임을 감지하는 수중 마이크.

전통적으로 이러한 해저 관측소는 인근 선박이나 지상 기지에서 케이블로 전력을 공급받아 왔습니다. 예를 들어, MOSAiC 임무는 Polarstern 선박으로부터 케이블을 통해 6 kW 전력을 공급받아 설치물을 가열하고 해저 관측소에 전력을 공급했습니다.

하지만 깊은 북극의 장기 관측은 다른 해결책이 필요합니다. 대신 해류나 조력 발전을 이용해 작지만 지속적인 전력을 생성하여 이러한 센서에 전력을 공급할 수 있습니다.

전력 생성이 충분하다면, 이러한 해저 관측소는 수중 발전소 및 자율 수중 드론의 충전 지점으로도 활용될 수 있습니다.

음향 통신 네트워크

GPS가 물을 통과하지 못하고, 얼음이 부표 안테나로 표면에 쉽게 접근하는 것을 차단하기 때문에, 언더 아이스 드론은 음향 모뎀과 해저 “비콘”을 통해 삼각 측량합니다.

이는 언더 아이스 해저 관측소의 추가 기능이 될 수 있으며, 드론이 자신을 정렬하는 고정 지점으로 활용됩니다.

위성 통합

음향 통신은 데이터를 수집하고 중앙화하는 데 사용될 수 있지만, 연구자에게 도달하기 위해서는 여전히 바다와 얼음 아래를 벗어나야 합니다.

해결책은 음향 신호를 하나의 지점으로 집중시키는 데이터 허브를 사용하고, 케이블을 통해 표면 데이터 업링크 시스템에 연결하는 것입니다.

출처: ResearchGate

데이터 업링크는 극궤도 위성, Iridium 네트워크 또는 미래의 북극 중심 위성군에 연결될 수 있습니다.

AI 기후 모델

실시간 및 연중 수집된 모든 데이터는 유용한 예측 모델에 통합되어야 합니다.

아마도 차세대 북극 기후 모델은 AI 기술을 광범위하게 활용하여 예측 능력을 향상시킬 것입니다. 이러한 모델은 기상학자, 해운 회사, 군·해군 운영자, 어업 규제 기관 및 환경 기관에 활용될 것입니다.

결론: 왜 언더 아이스 북극 관측소가 중요한가

수중 드론부터 해저 관측소까지 새로운 세대의 언더 아이스 관측 시스템은 북극에 대한 우리의 이해를 혁신할 것입니다. 이는 겨울 동안 지속적인 관측을 처음으로 가능하게 하며, 여름에는 훨씬 더 상세한 모습을 제공할 것입니다.

이는 단순한 과학 프로젝트가 아니라, 경제 활동과 북극의 지정학·군사적 상황 모두에 거대한 파급 효과를 미칠 것입니다.

따라서 메탄 배출, 얼음 두께, 지역 생태계 및 어업 모니터링이든, 귀중한 광물 매장량 탐지이든, 상업 및 군함 활동 감시이든, 언더 아이스 관측은 2020년대 후반 및 2030년대 이후에 매우 중요한 기술이 될 가능성이 높습니다.

북극 모니터링에 투자하기

Teledyne Technologies

1960년에 설립된 Teledyne Technologies는 수중 드론 및 일반 해양 계측 분야를 선도하는 기술 대기업입니다.

여기에는 수중 마이크, 소나, 어류 추적, 얼음 및 파도 측정 등이 포함되며, 해양에서 다양한 과학 프로그램에 활용될 수 있습니다.

출처: Teledyne

Teledyne의 수중 차량은 캐나다 연구 네트워크인 실시간 수생 생태계 관측 네트워크(RAEON)와 같은 이니셔티브에서 사용되며, Teledyne Slocum 글라이더 및 기타 자율 플랫폼을 배치해 실시간으로 수생 생태계를 모니터링합니다.

Teledyne의 AUV 중에는 자체 포함형이며 물류 부담이 적은 Gavia 플랫폼(500~1,000m 작동 깊이), Osprey 플랫폼(2,000m 작동 깊이), 그리고 SeaRaptor 플랫폼(3,000m 또는 6,000m 작동 깊이)이 있으며, 이들은 민간 및 군사 용도(지뢰 제거 포함) 모두에 활용될 수 있습니다.

또한 캐나다와 유럽의 극지 연구 탐사에 물자와 계측 장비를 제공했습니다.

출처: Teledyne

회사가 참여한 가장 주목할 만한 다른 과학 프로젝트로는 NASA의 목성 위성 유로파 탐사, 2030년대 후반에 발사 예정인 거주 가능한 세계 관측소(HWO), 그리고 화성 로버 퍼시비어런스가 있습니다.

이 회사는 디지털 이미징·센서, 항공우주 및 방위 전자, 고급 기계 및 시스템 분야에서도 활발히 활동하고 있습니다. 이러한 센서와 시스템은 의료부터 방위, 에너지에 이르는 다양한 산업에서 활용될 수 있습니다.

출처: Teledyne

이 회사는 2001년 이후 74건의 인수를 포함한 새로운 R&D 프로젝트와 인수합병을 통해 성장해 왔습니다.

출처: Teledyne

이 전략은 매출이 2004년 약 8억 7,500만 달러에서 2020년 46억 달러 이상으로 급증했으며, 최근 투자자 발표에 따르면 2024년에는 약 56억 달러에 이를 것으로 추정됩니다.

회사의 가장 큰 시장은 미국이며(정부와 상업 부문이 동등하게 분할), 그 다음은 유럽입니다.

출처: Teledyne

오늘날 Teledyne은 개방 해양 및 북극과 같은 초고수요 환경에서 자율 및 자동화 시스템을 실현하는 선두주자입니다. 서방이 재산업화하고 공급망을 재현지화함에 따라 Teledyne과 같은 기업은 이 추세의 혜택을 받아 미국의 더욱 중요한 산업 국가 챔피언이 될 가능성이 높습니다.

이는 Teledyne을 수중 및 우주 탐사를 위한 견고한 “도구 및 장비” 주식으로 만들며, 이 메가프로젝트와 완벽히 일치합니다.

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