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어디서든 터지는 저궤도 위성통신...지상망 대안 ‘부상’
어디서든 터지는 저궤도 위성통신...지상망 대안 ‘부상’
  • 최아름 기자
  • 승인 2020.01.14 09:09
  • 댓글 0
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90년대 시장경쟁력 없었지만
저지연·기술고도화로 경제성↑

테슬라, 원웹, 아마존 등
글로벌 테크기업 시장 승부수

국내 기술로 소형위성 개발 박차
점유1위 등 민간기업 선전 눈길

90년대 시장에서 외면당했던 저궤도 위성통신 사업이 화려한 재기를 준비하고 있다. 통신과 위성기술 발전에 따른 비용 감소에 따라 높아진 경쟁력이 자신감의 원천이다. 농촌, 산간, 사막 등의 음영지역은 물론, 해상, 항공기 내 등 지구상 모든 곳에서의 인터넷 서비스를 가능케 하는 저궤도 위성통신의 동향과 전망에 대해 알아보기로 한다.

 

 

저궤도 위성통신이란

저궤도 위성통신은 고도 160~2000㎞ 상공을 이동하는 위성을 통해 전세계 어디서나 이동통신을 이용할 수 있는 시스템을 말한다.

지구를 돌고 있는 위성 궤도는 정지궤도와 중궤도, 저궤도로 구분할 수 있다. 정지궤도 위성은 고도 3만6000㎞에서 지구의 자전속도와 동일한 속도로 이동해 지구상에서는 '정지'돼 있는 것처럼 보이는 위성이다. 중궤도 위성은 고도 2000~3만6000㎞ 미만 상공에서 운영된다.

정지궤도 위성의 경우 24시간 동안 지구 1바퀴를 돌게 되지만, 저궤도 위성은 1시간30분이면 지구를 1바퀴 돈다. 정지궤도보다 강한 중력을 이기기 위해 지구 자전속도보다 훨씬 빠르게 이동해야 하기 때문이다.

또한 고도가 낮기 때문에 지정궤도 위성에 비해 위성 1개의 커버리지 면적이 작아지고, 이 때문에 전세계 서비스를 위해 필요한 위성수는 최소 500기 이상이다. 정지궤도 위성 1개가 지구의 34%를 커버할 수 있는 반면, 저궤도 위성의 경우 1기 커버리지는 지구의 2% 안팎에 지나지 않는다.

LTE 수준의 지연속도 '강점'

전세계에 음영지역 없는 이동통신 서비스를 제공할 것으로 기대되는 저궤도 위성통신의 최대 강점은 바로 저지연성이다.

저궤도 위성통신의 지연율은 LTE의 지연율(0.02초)에 상응하는 0.025초로, 정지궤도 위성통신(0.5초), 해저 광케이블(0.07초)와 비교할 때 매우 낮은 수준이다.

이는 지상에서 가까운 저궤도이기 때문에 전파 왕복 시간이 짧아지는 데에 기인한다.

여기에 통신장비 소형화에 따른 위성 크기 소형화, 다수 위성의 동시 발사 및 발사체 재사용 등으로 인한 발사 비용 감소 등의 변화까지 비용 부담을 대폭 줄여줬다.

정지궤도 위성의 경우 무게가 1톤을 넘고, 크기는 5m를 넘기 때문에 제작에 수억 달러가 든다. 또한 먼 거리까지 데이터를 보내기 위해 안테나와 많은 전력이 소요된다.

저궤도 위성의 경우 2m 이하가 대부분이다. 저가로 제작할 수 있는 30㎝ 길이의 마이크로샛(microsat) 등의 소형위성도 나왔다.

㎏당 3만달러에 이르던 위성 발사 비용은 2017년 1890달러까지 떨어졌고, 저궤도 위성 사업 선도기업인 스페이스X(SpaceX)는 여기서 10분의 1까지 줄이겠다고 발표했다. 전파 손실도 적어 단말기의 소형화, 경량화가 용이하다.

고출력 대용량의 통신탑재체, 높아진 송수신 성능 등도 지상네트워크와 비교해도 손색없는 경쟁력을 가져다 줬다.

위성을 통해 서비스하기 때문에 그간 경제성 때문에 잘 서비스되지 않았던 음영지역에도 네트워크 구축 없이 인터넷 서비스가 가능해진다.

더군다나 지구의 70%를 차지하는 바다 위 통신을 위해서는 네트워크 구축이 어렵다. 하늘 위도 마찬가지다.

그러나 저궤도 위성통신을 이용하면 이러한 곳에서도 인터넷 접속이 가능해진다.

또한 전세계에서 서비스하기 때문에 해외에서도 기존 단말을 사용하는 데 문제가 없다.

 

기존 비경제성으로 시장 실패

이러한 강점 때문에 저궤도 위성통신을 상용화하려는 시도가 1990년대부터 글로벌 테크기업들에 의해 있어 왔다.

1990년대 마이크로소프트는 텔리데식(Teledesic) 프로젝트를 통해 840개 저궤도 위성으로 상향 100Mbps, 하향 720Mbps를 제공하는 이동통신 서비스를 선보였지만, 높은 투자비용 대비 크고 무거운 단말의 높은 가격과 서비스 커버리지 부족, 지상 이동통신망 대비 매력 부족으로 인한 초기 수요 불발로 역사의 뒤안길로 사라졌다.

이리디움은 1998년 66개 저궤도 위성으로 글로벌 위성전화 및 데이터 서비스를 시작했지만, 9개월만에 파산, 2001년 이리디움 통신사가 사업을 승계하게 된다.

현재 이리디움은 국방, 해상 및 항공, 에너지산업, 수송이나 산림업 등 틈새시장을 중심으로 위성휴대단말에 의한 음성통화 및 데이터통신 서비스를 제공하고 있다.

 

글로벌 거대기업 시장선점 '승부수'

그로부터 30년 후인 지금, 글로벌 테크 기업들은 기술 발전으로 달라진 저궤도 위성통신 시장 선점을 위해 승부수를 띄우는 중이다.

테슬라의 엘론 머스크가 세운 미국 민간 우주탐사업체 '스페이스X'는 1만1943개의 저궤도 위성을 띄워 지구상의 모든 지역에 빠짐 없이 인터넷을 제공하겠다는 스타링크 프로젝트를 발표했다.

스타링크 프로젝트는 7518기의 통신위성과 4425기의 광대역 통신위성을 쏘아올려 글로벌 초고속 인터넷 통신망을 구축한다는 계획이다.

원웹은 올해 말부터 음영지역 비율이 48%에 달하는 북위 60도 이상 북극 지역에 인터넷 서비스를 제공할 계획이다.

아마존은 저궤도 위성통신 사업을 차세대 주요 통신 서비스 사업으로 인식하고 여러 사업을 추진 중이다. 지난해에는 3236개의 인공위성을 활용한 저궤도 위성통신 사업인 카이퍼 프로젝트(Project Kuiper)를 발표했다.

또한 자사의 클라우드 서비스인 AWS를 활용한 AWS 그라운드 스테이션(AGS)를 출시, 인공위성을 활용한 데이터 처리 서비스를 선보였다. 기존에 운용되고 있는 저궤도 및 중궤도 위성으로부터 데이터를 전송받아 클라우드 시스템인 AWS를 통해 사용자에게 제공하는 것이다.

 

지난해 9월 통신위성 60기를 실은 로켓이 미국 상공으로 쏘아올려졌다. 스페이스X 전세계 저궤도 위성통신망 구축의 시작이었다. [사진=SpaceX]
지난해 9월 통신위성 60기를 실은 로켓이 미국 상공으로 쏘아올려졌다. 스페이스X가 전세계 저궤도 위성통신망 구축의 포문을 연 것이다. [사진=SpaceX]

 

성공 위해 선결과제 풀어야

저궤도 위성통신 사업의 활성화를 위해서는 선결돼야 할 기술적 문제가 있다. △주파수 간섭 △위성 간 충돌 △폐기 문제 △보안 우려 등이다.

먼저 여러 위성들이 동일 주파수를 사용하는 데 따른 주파수 간섭 문제를 피해갈 수 없다.

정지궤도 위성 빔 속을 저궤도 위성들이 이동하며 서비스할 경우 상호 간에 주파수 간섭 문제가 복잡해질 수 있다.

이 때 선택적으로 빔을 비활성화하거나 빔의 모양과 방향 조절, 디른 위성을 통한 경로 우회 등을 통해 문제를 해결하는 방안들이 마련되고 있다.

저궤도 위성 간 주파수 간섭 문제가 발생하는 경우 동일 지점에서는 서로 다른 주파수 채널을 사용하거나 빔 비활성화, 주파수 분할 등의 조치를 통해 해결할 수 있다.

위성 간 충돌 문제도 매우 심각하다. 위성 간 충돌을 방지하기 위해 미국연방통신위원회(FCC)는 위성사업자마다 고도와 궤도를 다르게 해 위성을 발사하도록 조정하고 있다. 또한 위성끼리 레이저 통신을 통해 충돌을 방지하는 기능도 도입되고 있다.

수명을 다하거나 파손된 위성이 우주 쓰레기가 되는 문제도 해결해야 한다. 저궤도 위성이 수명을 다할 경우 지구로 빠르게 내려오게 되는데, 레이저 장비는 대기권에서 타지 않고 그대로 지상으로 떨어져 문제가 된다.

수백 개에 달하는 위성의 통신과 신호를 지속적으로 관측해 명령을 내리기 이해서는 현재 시스템보다 고도의 자동화 기술이 필요하다는 것이 업계 중론이다.

또한 저궤도 위성통신이 활성화될 경우 각 국가정부의 네트워크 통제력이 약화될 위험성도 존재한다. 각 국가들은 인터넷 라우터를 제어할 수 있지만, 전시계를 서비스 대상으로 하는 위성 통신의 경우 이러한 통제력은 약화된다.

 

사물인터넷 특화 소형 위성 '주목'

많은 스타트업들이 소형 저궤도 위성을 이용한 위성통신 사업에 도전하고 있다. 소형 저궤도 위성은 데이터 속도와 용량은 작지만, 매우 저렴한 비용으로 글로벌한 통신망을 구축할 수 있어, 사물인터넷(IoT) 분야에 활용하기에 최적의 통신 시스템이다.

전문가들은 2025년경에는 5000여개의 소형 저궤도 위성이 운용될 것으로 예상하고 있다.

또한 저궤도 위성을 통해 전세계에 인터넷이 공급될 경우 30억 인구가 디지털 경제에 편입되는 셈이 돼, 엄청난 파급효과를 가져올 것으로 기대되고 있다. 또한 우주 사업을 위해서도 핵심 인프라로 부각될 전망이다.

 

국내 민간기업 선전, 시장 전망 '맑음'

2018년 정부와 KAIST가 자체기술 개발 소형위성을 최초로 발사하는 등 위성통신과 관련한 국내 기술 수준은 선진국 대비 걸음마 수준이지만, 일부 민간기업의 선전은 저궤도 위성통신 본격화 이후 국내 통신시장 전망을 밝히고 있다.

국내 유일의 위성통신 단말기 제조기업인 AP위성은 아랍에미레이트의 위성통신기업에 위성통신 단말기를 제공하고 있다.

또한 위성의 본재 표준탑재컴퓨터와 데이터 저장처리장치를 개발·제조하고 있으며, 이를 바탕으로 한국형 소형위성을 개발하고 있어, 저궤도 위성통신이 본격화될 경우 글로벌 경쟁력이 제고될 것으로 예상된다.

인텔리안테크는 해상용 초소형 위성송신국(VSAT) 안테나 분야에서 점유율 세계 1위를 달리고 있는 기업으로, 저궤도 위성통신에서 가장 주목받는 분야인 해상 이동통신과 관련해 주목해 볼만 하다. 특히 원웹과 함께 올해 말부터 북극 지역에 인터넷 서비스를 제공할 예정으로, 지난해 원웹의 테스트 위성과 지상 안테나 테스트가 성공적으로 마무리된 상태다.

쎄트렉아이는 저궤도 관측위성의 본체와 탑재체, 지상체를 모두 개발 및 생산 가능한 국내 유일 기업으로, 각국 정부기관에 저궤도 위성을 수출하고 있다. 지난해 11월에는 KAIST와 소형마이크로위성 개발, 기술 상용화, 인프라 사용 등에 관한 업무협약을 맺기도 했다.



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