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[지식정보] 저궤도 위성은 이동통신 차세대 통신망이다

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위성 궤도는 고도에 따라 저궤도, 중궤도, 정지궤도로 구분하며 이 중 저궤도 위성은 저지연성을 강점으로 언제 어디서나 이동통신 서비스 제공이 가능해 차세대 통신망으로 주목받고 있다. 저궤도 위성통신 지연율은 0.025초로 정지궤도 위성통신(0.5해저 광케이블(0.07) 대비 현저히 낮다. 지상에서 가까운 낮은 궤도에서 움직이며 전파 왕복 시간이 짧아 손실도 적기 때문이다. 저궤도 위성 크기는 2m 이하가 대부분이고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 30cm 길이의 마이크로샛(microsat) 등 소형 위성도 개발하고 있다. 3만 달러에 이르던 위성 발사 비용도 획기적으로 감소하면서 대표적 사업자인 스페이스X’17년 기준 1,890달러까지 감축했다. 향후 이 비용에서 1/10까지 줄일 계획이다. 이처럼 효율적인 송수신 성능, 소형화·경량화, 저렴한 비용 등을 갖춘 저궤도 위성은 전 세계 광대역 인터넷 서비스 제공을 위한 차세대 네트워크 시스템으로 부상하고 있다. 국제통신연합(ITU)에 따르면 ’18년 기준 글로벌 인터넷 보급률은 51.2%이며 개발도상국은 45.3%, 선진국도 80.3%로 여전히 인터넷 소외 지역 존재한다. 특히 인구밀도와 소득수준이 낮고 지형적으로 통신망 구축이 어려운 지역에 광대역 인터넷 서비스 제공을 위한 통신 수단으로 저궤도 위성 활용 가치가 매우 높다. 스페이스X, 원웹, 아마존, 애플, 페이스북, 텔레셋, 보잉, 레오샛, 구글 등 기업이 활동하고 있다.

 

자료: 정보통신기획원, ICT Brief, 2020-08, 2020.2.27.

http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20200306000754

Via Satellite, ‘SpaceX Deploys 60 More Starlink Satellites, Signs Space Tourism Partnership’ (2020.2.18) https://www.satellitetoday.com/launch/2020/02/18/spacex-deploys-60-more-starlink-satellites-signs-space-tourism-partnership/

CNBC, ‘This new business from Amazon represents a ‘$100 billion opportunity,’ Morgan Stanley says’ (2019.7.15) https://www.cnbc.com/2019/07/15/morgan-stanley-amazon-project-kuiper-could-be-a-100-billion-business.html

Gartner, ‘Hype Cycle for Emerging Technologies, 2019’ (2019.8.6) https://www.gartner.com/en

IDC, ‘LEO Satellite Constellations: Telesat Canada Aims for Global Leadership’ (2019.12) https://www.idc.com/

Project Kuiper https://www.geogebra.org/m/amdhxgfa

Bloomberg, ‘Apple Has Secret Team Working on Satellites to Beam Data to Devices’ (2019.12.20) https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-12-20/apple-has-top-secret-team-working-on-internet-satellites

Patently Apple, ‘Apple Appears to be Accelerating their Special Project in the area of Satellite based Wireless Services’ (2019.12.20) https://www.patentlyapple.com/patently-apple/2019/12/apple-appears-to-be-accelerating-their-special-project-in-the-area-of-satellite-based-wireless-services.html

한국투자증권, ‘저궤도 위성통신’ (2019.9.19) http://file.mk.co.kr/imss/write/20190919105313__00.pdf

동아사이언스, ‘아이폰, 위성으로 직접 통신하는 날 올까_애플도 위성사업 눈독’ (2019.12.22) http://dongascience.donga.com/news.php?idx=33099

정보통신신문, ‘어디서든 터지는 저궤도 위성통신_지상망 대안 부상’ (2020.1.14) http://www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=77825

매일경제, ‘스페이스X, 1367km 높이 지구 도는 여행 상품 판다’ (2020.2.19) https://www.mk.co.kr/news/economy/view/2020/02/172722/

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1. 저궤도 위성이 글로벌 디지털 격차 해소하는 차세대 네트워크 시스템이 되고 있다.

 

위성 궤도는 고도에 따라 저궤도, 중궤도, 정지궤도로 구분하며 이 중 저궤도 위성은 저지연성을 강점으로 언제 어디서나 이동통신 서비스 제공이 가능해 차세대 통신망으로 주목받고 있다. 저궤도 위성통신 지연율은 0.025초로 정지궤도 위성통신(0.5해저 광케이블(0.07) 대비 현저히 낮다. 지상에서 가까운 낮은 궤도에서 움직이며 전파 왕복 시간이 짧아 손실도 적기 때문이다.

 

통신장비 소형화에 따른 위성 크기 소형화, 다수의 위성 동시 발사 및 발사체 재사용 등에 따른 비용 감소 등으로 지상 네트워크 수준의 경쟁력이 있다. 정지궤도 위성은 무게가 1톤을 넘고 크기도 5m 이상이기 때문에 대규모 제작비가 소요되며 먼 거리까지 데이터를 전송하기 위해 안테나와 많은 전력 필요하다. 반면, 저궤도 위성 크기는 2m 이하가 대부분이고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 30cm 길이의 마이크로샛(microsat) 등 소형 위성도 개발하고 있다. 3만 달러에 이르던 위성 발사 비용도 획기적으로 감소하면서 대표적 사업자인 스페이스X’17년 기준 1,890달러까지 감축했다. 향후 이 비용에서 1/10까지 줄일 계획이다.

 

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이처럼 효율적인 송수신 성능, 소형화·경량화, 저렴한 비용 등을 갖춘 저궤도 위성은 전 세계 광대역 인터넷 서비스 제공을 위한 차세대 네트워크 시스템으로 부상하고 있다. 국제통신연합(ITU)에 따르면 ’18년 기준 글로벌 인터넷 보급률은 51.2%이며 개발도상국은 45.3%, 선진국도 80.3%로 여전히 인터넷 소외 지역 존재한다. 특히 인구밀도와 소득수준이 낮고 지형적으로 통신망 구축이 어려운 지역에 광대역 인터넷 서비스 제공을 위한 통신 수단으로 저궤도 위성 활용 가치가 매우 높다.

2. 가트너 하이프사이클(Hype Cycle)에 따르면 기술 거품기에 진입

 

신기술 성장주기를 전망한 가트너 하이프사이클은 그 해의 대표적인 트렌드로 꼽히는 기술 중 다른 기술보다 진화가 빠르고 폭넓게 영향을 미치는 기술에 주목하고 있다. 새로운 기술이 등장하는 시점부터 안정기에 도달할 때까지 시간에 따라 5단계로 나누고 시간 변화에 따른 기대치를 하이프사이클로 표현한다.

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저궤도 위성은 가능성 있는 기술이 관심을 받는 태동기(Innovation Trigger)’를 지나 선도 업계의 제품 출시가 이어지는 기술 거품기(Peak of Inflated Expectations)’에 위치한다. 기술 거품기는 기술 잠재력에 주목한 일부 기업이 제품 개발과 출시에 성공하는 반면, 실패 사례도 등장하는 단계이다. 저궤도 위성 서비스에 대한 수요는 있으나 충분한 무선 주파수, 저렴한 안테나 가용성 등을 고려할 때 이러한 시스템을 계획·배포하는 데는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.

 

3. 지구 상공에 통신 위성 300개 띄우는 데 성공한 스페이스X 등 업계 기술개발 활기

 

스페이스X: 최근 추가 발사까지 포함해 총 300개 달하는 통신 위성을 발사했다. 지구 궤도를 도는 여행 상품 출시 계획까지 공개하는 등 시장 공략 속도를 내고 있다.

 

2.17일 미국 남부 플로리다주 케이프 커내버럴 공군기지에서 스타링크일환의 60대 위성을 추가 발사하며, ’19.5월 이후 저궤도 위성 수를 300개로 확대하고 있다. 스타링크는 1,500개 위성으로 통신 위성망을 구축해 저렴한 우주 광대역 인터넷 서비스를 공급하는 프로젝트이다. 이번이 다섯 번째 발사이며 1회 발사하는 위성 수는 60개이다.

 

회사는 북미 지역에 작은 범위로 인터넷 서비스를 제공하기 위해 약 400개 위성이 필요하고, 중간 범위 제공의 경우 800개 위성이 필요하다고 보고 있다. 이에 3월 플로리다주 케네디 우주센터에서 60개 위성을 추가 발사하는 등 스타링크 사업을 기반으로 세계 모든 곳에서 인터넷 서비스 사각지대를 해소한다는 구상이다.

 

또한, 민간우주관광업체인 스페이스 어드벤처스(Space Adventures)와 협력해 지구 궤도를 돌 수 있는 여행 상품을 출시할 계획이다. 2021년 후반 발사 예정인 스페이스X의 유인 우주캡슐 크루 드래건(Crew Dragon)에 탑승해 최장 5일간 지구 표면에서 약 1,367km 떨어진 상공에서 지구 궤도를 따라 여행한다. 이 높이는 국제우주정거장(ISS) 고도의 2, 3배 해당하는 수준이다.

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원웹: 여러 통신사와 제휴해 위성 사업을 추진하고 있으며 2.734개의 위성 발사에 성공, ’21년 전 세계 인터넷 서비스를 제공한다는 목표를 갖고 있다.

 

아프리카 르완다에서 인터넷 사업을 하던 그레그 와일러가 세계 인터넷 서비스를 목표로 ’12년 설립한 회사이다. 소프트뱅크를 비롯해 코카콜라, 에어버스, 버진그룹 등이 총 34억 달러 투자했다.

 

’19.2월 첫 발사 후 두 번째로 카자흐스탄 바이코누르 우주기지에서 러시아의 소유즈로켓에 인터넷 위성 34대를 쏘아 올리는 데 성공했다.

 

올해 예정된 10차례 발사 중 첫 번째: 세탁기 크기에 무게 147kg의 원웹 위성은 발사 첫날(2.7) 450km 지점에 안착한 후, 다시 작동 고도인 1,200km 궤도에 배치된다.

 

’21년 말까지 648대 위성을 쏘아 올려 전 세계 인터넷 서비스에 나설 계획이며 장기적으로 최종 위성 발사 수는 5,260대가 목표이다.

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아마존: 초연결 시대를 대비한 전 세계 인터넷 연결을 목표로 3,000개 이상 인공위성을 발사하는 프로젝트 카이퍼(Project Kuiper)’를 구상하고 있다. 자회사 카이퍼 시스템즈(Kuiper Systems)가 추진하는 저궤도 위성통신 사업으로 총 3,236개 인공위성을 발사해 인터넷 접속이 어려운 수십억 명에게 서비스 제공한다. 카이퍼 시스템즈는 인공위성 발사 계획 승인을 요청하는 문서를 연방통신위원회(FCC)에 제출(’19.7)하였다.

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이들 위성은 고도 590km(784), 610km(1,296), 630km(1,156) 등 세 궤도로 나누어 배치한다. 통신지연으로 발생하는 대기 시간을 줄이고 발사 비용도 절감한다. 위치는 북위 56도에서 남위 56도까지 담당하도록 설치해 스코트랜드 중심 부근에서 남미 최남단까지 인터넷 서비스가 가능해진다. 위성을 자체적으로 제작할지, 위성제조업체와 협력해 개발할지를 비롯해 발사 시기·방법 등은 미정이다.

 

모건스탠리는 프로젝트 카이퍼가 1,000억 달러 규모의 새로운 비즈니스 기회를 가져올 것으로 보고, 20년 후에는 1조 달러의 우주 경제효과를 창출할 것으로 전망(’19)하고 있다.

 

애플: 다수의 항공 우주 엔지니어를 영입해 비공개로 출범한 위성 및 안테나 설계 전문가팀이 독자적인 위성통신 기술개발을 추진할 것으로 보인다.

 

특히 지구 궤도를 도는 위성과 데이터 송수신이 가능한 장치나 지상 기지국에 데이터를 송신하는 장비 기술 등을 개발할 것으로 관측된다. 별도 통신네트워크 없이도 애플 디바이스를 네트워크에 연결해 사용이 가능하다.

 

위성으로부터 데이터를 전송받아 더 정확한 위치기반 서비스를 제공하거나 아이메시지와 음성통화, 내비게이션을 포함한 데이터 중심의 애플리케이션 역량을 강화한다. 이미 ’13년 위성 연결 가능한 미래의 아이폰이라는 개념을 제시했으며 ’15년에는 다중 링형 안테나 기술 특허를 받는 등 위성 사업 준비해오고 있다.

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페이스북: ’18.5월 자회사 포인트뷰테크(PointView Tech)를 통해 아테나 (Athena)’로 불리는 인터넷 위성 개발 계획을 공개했다.

 

캐나다 텔레셋, 보잉, 레오샛: 인공위성을 활용한 인터넷망 구축을 추진하고 있다. 텔레셋은 ’18년 첫 프로토타입 위성을 쏘아 올렸다.

 

구글: 열기구를 띄워 오지에 인터넷 서비스를 제공하는 프로젝트 (Loon)’을 활용한 새로운 통신망 실험에 한창이다.

 

4. 한국형발사체·차세대 인공위성 개발

 

우리나라 정부가 차세대중형위성 발사와 누리호 비행모델 제작 등 국내 우주개발사업에 6158억원을 투입한다. 20203월에 우주개발진흥실무위원회를 통해, ‘2020년도 우주개발진흥 시행계획을 확정했다. 2021년 발사예정인 누리호 개발과 한반도 관측성능 향상을 위한 다목적 7A, 초소형군집위성 개발, 우주부품 국산화 등 산업체 연구개발 지원도 추진한다.

 

우주개발진흥 시행계획을 살펴보면 2331억원을 투입해 한국형발사체 누리호75톤급 엔진(1·2)7톤급 엔진(3)의 연소시험 등 성능 검증을 실시하고 실제 발사에 사용될 각 단별 비행모델(FM) 1호기 제작에 착수할 계획이다.

 

인공위성 개발과 활용에는 3183억원이 투입된다. 올 하반기 차세대 중형위성1호를 발사한다. 차세대 중형위성은 500kg급 표준형 플랫폼을 통해 다양한 목적의 위성을 개발하는 사업으로 현재 1, 2, 4호가 개발 중이며, 3, 5호는 2021년 이후 개발 예정이다. 차세대중형위성 1호는 국토·자원 관리를 위해 과기정통부와 국토부가 공동 개발한 위성으로 지상 관측 및 변화 탐지, 도시계획, 지도제작 등 다양한 분야에서 활용될 예정이다.

 

개발 중인 다목적실용위성 7호의 관측빈도를 높이고 관측성능을 향상할 목적으로 다목적실용위성 7A의 개발에 착수한다.

 

다목적실용위성 7A7호 대비 적외선 탑재체 성능 개선과 광학탑재체 핵심부품 국산화를 목표로 2020년부터 본격적인 개발에 나설 계획이다.

 

5. 시사점: 저궤도 위성 기반 차세대 통신 시장을 새로운 기회로 활용

 

저궤도 위성은 소외된 지역에 초고속 광대역 인터넷 서비스를 제공하며 새로운 기회를 창출하는 차세대 통신망이다. 관련 업계의 기술개발도 활발하다.

 

저지연성, 인공위성 소형화, 로켓 발사 비용의 급격 감소 등이 저궤도 위성 사업 촉매로 작용한다. 글로벌 대기업·스타트업의 투자가 확대되고 있다.

 

국내 기업도 다양한 장점을 내재한 저궤도 위성 사업에 관심이 필요하다. 관련 기술·부품 개발, 인력 확보, 글로벌 기업과 제휴 등을 통해 시장 진출도 필요하다. 위성통신 안테나 제조 기업인 인텔리안테크는 원웹과 파트너십을 체결하여, 스페이스X에 부품 공급 등 위성 사업을 추진하고 있다.

 

반면 안정적인 저궤도 위성 기반 통신 서비스 제공을 위해 기술적·사업적 측면에서 면밀한 검토와 함께 위성 간 충돌, 주파수 간섭, 우주 쓰레기 문제 등의 해결도 필요하다.

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