독도에서도 터지는 5G, 우주인터넷으로도 터질까?

 

우주가 더 가까워졌습니다. 영국의 억만장자 리처드 브랜슨 버진그룹 회장이 민간 최초 우주여행에 성공하면서 우주 관광의 시대를 열었고, 한국도 자체 기술로 개발한 발사체 ‘누리호’ 를 (비록 목표 궤도에 안착하진 못했지만) 우주 700km 고도까지 올려보내며 의미 있는 성과를 거뒀죠. 또 하나, 독도에서도 터지는 5G 통신 네트워크를 지구 밖에서 구현해내고 있는 우주인터넷 때문입니다.

 

5G 광케이블의 소재로 쓰이는 아라미드 섬유는 항공우주산업의 소재로도 활용되고 있는데요, 탄소섬유 역시 항공우주산업의 소재로 쓰이고, 효성첨단소재는 이 두 가지 슈퍼섬유를 만들고 있죠. 앞으로 항공우주산업에서 점점 더 중요한 역할을 하게 될 아라미드와 탄소섬유를 만드는 효성이 우주인터넷에 대해 알아봅니다.

 

 

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지구에서의 네트워크 한계

 

 

보통 원활한 통신을 위해서 기지국을 설치합니다. 기지국은 케이블을 통해 연결되죠. 육지의 경우에는 광케이블 설치가 편리하지만 섬 지역의 경우 해저 광케이블 공사가 어렵습니다. 특히나 독도나 백령도와 같이 설치 환경이 열악한 곳은 더욱더 그렇죠. 그래서 최대한 접근 가능한 곳까지는 해저 광케이블을 설치하고, 마이크로웨이브 장비로 가장 먼 곳까지 전파가 도달할 수 있게 합니다. 이 두 가지를 모두 쓸 수 없게 되는 만약의 사태를 대비해 위성과도 연결해놓습니다. 같은 나라 안이지만 통신을 위한 연결이 쉽지만은 않은 것이죠. 2018년 12월 5G 서비스가 시작된 독도도 같은 경우라 할 수 있는데요, 실제 삼척에서 울릉도까지는 해저 광케이블을, 독도 내에서는 마이크로웨이브를 이용해 네트워크에 연결하며 위성도 사용합니다.

 

 

세계 곳곳의 개발이 되지 않은 오지에서도 인터넷망에 접속할 수 있는 방법은 예전부터 고안되어왔어요. 가장 가능성이 높았던 방법은 비행기를 이용하는 방법이었습니다. 드론의 일종으로 흔히 ‘고고도(高高度) 무인기’를 민간 항공기의 운항 고도인 8~15㎞보다 훨씬 높은 20㎞ 고도의 하늘에 띄워 지상을 향해 인터넷 신호를 쏘는 겁니다. 낮에는 날개에 붙어있는 태양광 패널로 전기를 만들어 배터리에 충전해두고 밤에 이 전기를 사용해 24시간 하늘에 떠 있게 한다는 그럴싸한 계획이었지만, 기술적 한계를 극복하지 못하고 개발에 뛰어든 구글과 페이스북은 개발을 멈췄습니다. 그러면서 눈을 돌린 것이 바로 지구 밖을 돌고 있는 인공위성입니다.

 

 

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우주에 쏘아 올린 인공위성, 우주에서 쏘아 내린 우주인터넷

 

 

인공위성은 일단 궤도에 올려두면 별도의 동력을 사용하지 않고도 지구 주위를 돌 수 있어요. 태양광 발전을 통해 얻은 전기를 오롯이 통신을 위해서 사용할 수 있고요. 하지만 지구와의 거리가 멀수록 지연시간이 늘어나기 때문에 정지궤도 위성이 있는 고도 3만 6,000km도, 중궤도 위성이 돌고 있는 고도 2,000 ~ 3만 6,000km도 아닌 160km - 2,000km 고도를 도는 저궤도 위성을 사용합니다.

 

‘우주인터넷’은 지구 저궤도를 도는 소형 통신위성으로 연결하는 인터넷을 말합니다. 고도가 낮기 때문에 커버리지 면적이 작은 게 단점입니다. 정지궤도 위성 1개가 지구의 34%를 커버할 수 있는 반면 저궤도 위성은 지구의 2% 안팎에 지나지 않거든요. 그러므로 전 세계 서비스를 위해서는 최소 500기 이상의 위성이 필요한 것이죠.

 

저궤도 위성통신 시스템은 두 가지 기본 네트워크 시스템으로 구성되는데요, 하나는 위성과 지상의 네트워크 시스템입니다. 위성이 네트워크 신호를 지상으로 쏘면 지상에서는 그 신호를 받아 네트워크에 연결해야 하는데 그러기 위해서는 별도 기반 시설이 필요합니다. 위성 신호를 잡기 위한 안테나 정도로 생각하면 됩니다.

 

다른 하나는 위성 간 네트워크 시스템인데요. 위성끼리는 끊임없이 신호를 주고받으며 서로 연결되어 있습니다. 만약 위성에서 지상으로 다이렉트로 신호를 보내기 힘든 경우 다른 위성으로 우회해서 신호를 보내 네트워크 연결이 가능하게 해주기도 합니다.

 

 

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인공위성을 끊임없이 쏘아 올리고 있는 스타링크와 원웹

 

대표적인 인공위성 무선인터넷 서비스는 스페이스X의 ‘스타링크’, 영국의 우주인터넷 기업 ‘원웹’ 등이 있습니다.

 

 

스타링크 위성 60기를 발사하고 있는 팰컨 9(스페이스X가 개발한 재사용 가능한 우주발사체)

 

먼저 스페이스X는 2027년까지 지구 저궤도(300~1,000㎞) 및 초저궤도(300㎞ 이하)에 소형 통신위성 1만2,000기 이상을 띄워 전 세계에 1Gbps급 초고속 인터넷 서비스를 제공하는 것이 목표입니다. 이미 2018년부터 지금까지 위성 1,800기를 발사했고, 지난해에는 북미 지역을 시작으로 시범 서비스를 개시했어요. 여기에 3만 개의 위성을 추가로 발사해 최종적으로 4만 2,000개까지 위성 숫자를 늘릴 계획입니다.

 

사실 원웹이 스페이스X보다 먼저 위성을 올리기 시작했어요. 저궤도에 수만 기의 소형 인공위성을 올리는 스페이스X와 다르게 중궤도(1,200㎞ 인근)에 약 648기의 인공위성을 쏘아 올려 2022년 서비스를 본격적으로 시작할 예정입니다. 원웹의 인공위성은 극궤도를 돌게 되는데요, 이렇게 되면 지구가 자전할 때마다 인공위성이 조금씩 옆으로 이동하기 때문에 지구 전역에 음영 구간 없이 서비스를 제공할 수 있게 됩니다. 이후 약 2,000기의 위성을 추가하여 전 세계를 촘촘하게 연결하는 통신망을 구축할 계획이라고 합니다.

 

이외에도 아마존의 창업자 제프 베이조스도 아마존 자회사인 카이퍼 시스템스를 세우고, 위성 3,236기를 지구 저궤도(590~630㎞)에 발사하겠다고 밝혔고, 캐나다의 텔레셋도 2023년 인터넷 서비스 제공을 목표로 저궤도에 300기의 위성을 배치하는 계획을 추진하고 있습니다.

 

 

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저궤도 위성의 강점과 문제점

 

 

저궤도 위성을 이용한 우주인터넷의 최대 강점은 바로 저지연성입니다. LTE의 지연율(0.02초)과 비슷한 0.025초로, 정지궤도 위성통신(0.5초), 해저 광케이블(0.07초)과 비교할 때 매우 낮은 수준이거든요. 최근 발표 자료에 따르면 북미지역에 베타 서비스를 시작한 스페이스X는 연내 인터넷 속도를 300Mbps까지 올리고 데이터 지연속도도 20ms 이하로 떨어뜨릴 계획이라고 합니다. 스페이스X가 목표로 하고 있는 1Gbps 달성 시 한국의 평균 인터넷 속도 대비 40배 빠른 인터넷을 즐길 수 있게 됩니다.

 

하지만 우주인터넷에도 문제점이 존재합니다. 먼저 여러 위성이 동일 주파수를 사용하는 데 따른 주파수 간섭 문제가 생길 수 있는데요, 이를 해결하기 위해 선택적으로 빔을 비활성화하거나 빔의 형태와 방향 조절, 다른 위성을 통한 데이터 경로 우회 등을 통해 문제를 해결하는 방안들이 마련되고 있습니다.

 

또, 많은 수의 위성이 지구를 둘러싸고 있기에 위성 간 충돌 문제도 심각하게 제기된 상태인데요. 위성사업자마다 고도와 궤도를 다르게 해 위성을 발사하도록 조정해 충돌 확률을 낮출 수는 있지만, 수백 개에 달하는 위성의 통신과 신호를 지속적으로 관측해 명령을 내리기 위한 자동화 기술이 더욱 고도화되어야 해결될 수 있습니다. 이외에도 수명을 다하거나 파손된 위성이 우주 쓰레기가 되는 문제, 취약한 보안 문제 등이 있어요.

 

 

우주인터넷의 대중화가 이루어질 날이 머지않은 것 같아요. 빠르면 내년, 늦어도 내후년에는 우주인터넷 사용이 가능할 것으로 보이는데요, 독도에서도 우주인터넷이 터지는 날이 오겠죠? 실시간 원격수술, 증강현실, 완전자율주행차 및 플라잉카 등 고도화된 융합 서비스 대중화를 가능케 하는 차세대 이동통신 6G의 실현을 위해서도 꼭 필요한 기술이기에 더욱 기다려지는 서비스입니다. 그날을 우리 함께 기다려보죠.

 

 

참고자료

포춘코리아 <‘우주인터넷’, 스타링크 vs 원웹 누가 이길까?>

ITFIND <지구 상공의 ‘위성 그물망’ 저궤도 위성 인터넷 기술 동향>