자율차·UAM 지구 누비려면 필수
저궤도 위성이 지구 돌면서
모든 주파수 끊김없이 커버
국가간 협력·대규모 투자 필요
일론 머스크의 스페이스X
위성 3년내 4만개 발사 계획
별은 예로부터 밤하늘 길잡이가 역할을 해왔다.
몇 광년 떨어진 곳에서의 별빛이 지상에 도달하지만 최근 하늘에서 눈으로 빛이 보일 정도로 천천히 움직이며 빛나는 것은 저궤도 위성일 가능성을 의심해봐야 한다. 특히 금방 하늘에서 사라져가는 비행기 보다 저궤도 인공위성은 비교적 느리게 움직이기 때문에 조금만 관심을 쏟는다면 별은 물론 비행기와 구분이 어렵지 않다. 최근 폭발적인 수준으로 소형 위성이 급격히 늘어날 것으로 보이면서 천문학자들은 소형 위성들이 말 그대로 지구를 촘촘하게 둘러싸 은하수처럼 먼 우주에서 오는 빛은 점점 관측하기 어려워질 수 있다고 걱정한다.
이 우려와는 별개로 지구 저궤도를 이용한 지구 위성통신을 둘러싼 글로벌 경쟁은 이미 점화 단계를 넘어 격화되고 있다.
저궤도 위성통신에 가장 앞서 있는 일론 머스크의 우주기업 스페이스X는 2015년 스타링크 계획을 발표하고 위성 개발을 시작했다. 스타링크는 2019년 첫 발사를 시작으로 지금까지 6000개가 넘는 위성을 고도 550㎞ 상공의 궤도로 올려 보냈다. 2027년까지 위성을 4만2000여 개로 늘린다는 계획이다. 스타링크의 수익은 지난해 11월 흑자로 돌아섰다.
중국은 세계에 위성 기반 인터넷을 제공하겠다며 ‘G60’이라는 대형 프로젝트를 돌입했다. 지난달 5일 대규모 위성단으로 장거리 로켓 하나에 무려 18개의 위성을 싣고 날아 올랐다.
저궤도 위성이 6G 통신 시대를 앞두고 주목받고 있다. 6G의 핵심 과제가 항공 우주 통신과 지상 통신 이 통합하는 것이다. 국가 간 협력과 대규모 투자가 뒷받침 돼야 가능한 일로 6G 표준화 작업도 속도를 내고 있다.
5G 이동통신 서비스는 지상 서비스를 서비스 영역으로 뒀지만 6G는 이동통신의 서비스 공간 확대가 필수적이다. 그동안 지상 위주의 동영상 서비스에서 실시간으로 통신으로 제어되는 V2X(Vehicle-to-everything) 자율주행차, 미래교통수단인 UAM(Urban Air Mobility)는 사물인터넷(IoT)을 활용한 미래기술이다. 이 밖에도 자연재해 감시 등에 활용할 3차원 공간 서비스와 결합된 이동 통신 기술이 현실화되고 있다. 지상,해저, 우주까지 공간에 따라 사용할 수 있는 모든 주파수 대역을 끊김없이 커버해야 한다. 사람이나 물체의 이동에 따라 속도가 다소 차이가 나더라도 어디에서나 3차원의 네트워크 커버리지가 6G 시대엔 요구된다는 얘기다.
이를 위해 지상 네트워크 뿐 아니라 저궤도 위성 네트워크가 하나로 결합되는 등 ‘초공간 네트워크’ 가 필요하다. 사물통신 같은 서비스에는 소량의 저속 데이터를 제공하면서도 홀로그램과 같은 초고속 데이터까지 다양한 전송 속도와 트래픽 소화 능력이 가능한 네트워크를 구축하는 것이 중요해 진다. 저궤도 위성통신은 상공 100~2000km에 위치해 중궤도(2000~3만 5789km)나 고궤도(3만 5789km 이상)에 있는 위성통신보다 지구 표면과 훨씬 가깝다.
때문에 전파 왕복에 따른 전송 지연시간이 수십밀리세컨드(ms)까지 줄어드는 장점이 있다. 저궤도 위성통신시스템을 구축하기 위해서는 고궤도 정지 위성과 달리 여러 개의 인공위성이 필요하다. 적게는 수십 개에서, 많게는 수백 개의 위성을 쏘아 올려야 한다.
저궤도 위성은 지구 표면에서 훨씬 가까운 거리에 있다. 이로 인해 전파 신호의 왕복 시간이 단축되어 전송 지연시간이 수십 ms로 줄어든다. 이러한 특성 덕분에, 6G는 안정적인 연결을 제공할 수 있다.
하지만 저궤도 위성통신의 도입은 결코 간단한 일이 아니다. 정지궤도 위성과 달리, 저궤도 위성은 지구를 계속해서 선회해야 하므로 수십 개에서 수백 개에 이르는 위성이 필요하고 이 위성들이 서로 긴밀하게 협력해 하나의 네트워크를 구성해야 한다. 이를 통해 지구 전역에 걸쳐 커버리지를 제공하게 되는데 이 기술적 도전이 6G의 상용화를 위한 중요한 과제로 꼽힌다.
7G, 8G 등 6G 이후 차세대 통신에 대한 정의는 아직 정립되지 않았지만 지상 통신망과 우주 공간 통신망이 하나로 연결될 날은 머지 않았다는 관측이 나온다. 위성 통신 간의 통신은 물론이고 레이저 통신을 통해 3100만 ㎞ 거리에 있는 탐사선 ‘프시케’로부터 15초 분량의 초고화질 영상을 지구로 송신하는 실험에 성공울 거둔 바 있다. 나사는 당시 실험 성공 발표와 함께 “인류를 화성으로 보내는 것을 지원하기 위해 복잡한 과학 정보, 고화질 이미지와 비디오를 보낼 수 있는 더 높은 속도의 통신을 위한 길을 닦고 있다”고 설명했다.
모건스탠리에 따르면 글로벌 위성통신 시장 규모는 2023년 106조원에서 2030년 272조원, 2040년에는 740조원까지 성장할 것으로 전망된다. 1400조원 시장을 형성할 것으로 예상되는 전체 위성 산업에서 약 53%를 차지한다.
우리 정부도 지난 6월 제16회 국가우주위원회에서 ‘저궤도 위성통신 기술개발 사업’이 예비타당성조사를 통과시켰다. 2023년부터 2031년까지 총사업비 1조4904억원이 투입된다. 통신탑재체, 지상국, 단말국 분야 핵심기술 11개 확보에 3200억원을 투입한다.
다중빔 위상배열 안테나와 송수신 빔형성 장치 등 4개 핵심기술과 지상국·단말에서는 전송 기술과 평판 안테나 개발 등에 주력할 계획이다.
지은경 과기정통부 전파방송관리과장은 “글로벌 기업간 저궤도 위성 통신 경쟁이 확대되고 있다”면서 “우리 정부도 저궤도 위성통신 기술개발 사업 예비타당성조사 통과를 계기로 기술자립과 국내 기업의 글로벌 진출을 위해 이번 시범사업이 6G 시대의 마중물 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.
