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혼잡도 덜한 대역·궤도 공략
[SPECIAL REPORT] 우주전파자원 경쟁- ② 중국의 추격
[148호] 2022년 08월 01일 (월) 황옌하오 economyinsight@hani.co.kr

황옌하오 黃晏浩 <차이신주간> 기자

   
▲ 2021년 5월 러시아 아무르 지역 보스토치니 우주기지의 우주선 조립·시험 시설에서 기술 전문가가 영국 위성인터넷기업 원웹의 위성을 운반할 소유스 로켓을 살펴보고 있다. 원웹은 위성 648기를 발사할 계획이다. REUTERS

일론 머스크의 스타링크는 경쟁에서 앞서 있다. 2019년을 기준으로 스타링크 위성의 제조단가는 25만~50만달러(약 6억6천만원)였다. 2022년 5월 스페이스엑스는 물가상승을 이유로 발사비용을 올렸다. 팰컨9 로켓의 발사비용은 6700만달러다. 팰컨9 한 대에 스타링크 위성 60기를 탑재할 수 있고 발사체를 중복 사용하는 것을 고려하면 실제 발사비용은 더 낮을 것이다.
3년 동안 스타링크는 2600기 넘는 위성을 발사했고 현재 약 2300기가 궤도에 있다. 1년에 평균 900기 가까이 쏘아올린 셈이다. 다른 위성인터넷기업인 영국의 원웹(OneWeb)은 위성 648기를 발사할 계획이다. 2022년 3월 머스크는 “올해 스페이스엑스의 발사 횟수를 60회로 늘려 18개월 안에 4200기가 넘는 스타링크 위성을 운용할 계획”이라고 밝혔다.
“궤도자원을 보면 스타링크는 2024년까지 계획한 1만2천 기를 전부 발사할 수 있다. 필요한 절차를 끝냈기 때문이다.” 자오쥔숴 중국과학원 소프트웨어연구소 연구원은 “스페이스엑스는 그만한 능력이 있다”며 “1년에 60회 발사하면 위성 3600기를 쏘아올릴 수 있다”고 말했다.
위성전파자원 경쟁의 선례가 없던 것은 아니다. 가장 유명한 것이 중국 베이더우(北斗)와 유럽 갈릴레오(Galileo)의 위성항법시스템(GPS) 경쟁이었다. 이미 1950~1960년대에 미국과 소련은 다수의 궤도와 주파수를 신고했다. 중국이 베이더우 사업을 시작했을 때는 미국의 GPS와 러시아 글로나스(GLONASS)가 황금주파수 대역의 80%를 차지한 상태였다.
베이더우와 갈릴레오는 주파수가 충돌해 선점 경쟁을 벌였다. 처음에는 유럽이 앞서 2005년 12월 첫 시험위성을 발사했다. 하지만 베이더우가 부지런히 추격해 2012년에 베이더우 2호 위성망 구축을 끝냈다. 공식적으로 서비스를 개통해 주파수를 선점했다. 2015년 중국과 유럽은 협상을 진행했고, 유럽이 중국에서 제시한 주파수 공동 이용 제안을 받아들였다.
베이더우와 갈릴레오 사례처럼 주파수를 먼저 차지한 쪽이 조정 과정에서 우선권을 갖는다. 중국은 2017년에야 현재 위성인터넷서비스에서 주로 사용하는 쿠(Ku)/카(Ka)대역 주파수를 신청해 다른 나라에 많이 뒤처졌다. 중국의 싱왕은 큐(Q)/브이(V)대역의 37.5~42.5GHz와 47.2~51.4GHz 주파수를 신청해 조정 문제를 어느 정도 피해갔다.
Q/V대역에서도 스페이스엑스와 원웹 등 강자에게 우선권이 있다. 가장 먼저 조정권을 확보한 곳은 미국 인터넷서비스업체 O3b네트웍스로 2015년 3월 V대역의 위성망을 신고했다. 자오쥔숴는 “궤도는 분명 있겠지만 주파수를 어느 정도까지 조정할지 장담할 수 없다”고 말했다.
정글의 법칙 속에 모든 기업이 스타링크와 어떻게 차별화할지 고민한다. 스타링크는 32개국에서 비교적 훌륭한 서비스 경험을 제공한다. 미국 사용자는 599달러(약 80만원)에 위성 접시안테나와 비슷한 수신기를 구매해 스타링크 네트워크에 접속하고 월사용료 110달러를 낸다. 미국 우클라(Ookla)의 인터넷 품질·속도 측정 서비스 스피드테스트(Speedtest) 자료를 보면, 2021년 4분기에 15개국에서 스타링크는 평균 내려받기 속도가 100메가비피에스(Mbps, 초당 100메가비트)를 넘어 가장 빠른 위성인터넷서비스로 평가받았다. 스타링크는 150~500Mbps의 고급 서비스와 지상 수신기 이동서비스도 제공한다.

스타링크와 차별화
스타링크가 ITU에 제출한 자료를 보면, 스타링크 1기 사업(1만2천기) 1단계에 속하는 4408기는 고도 550~570㎞의 궤도에서 Ku/Ka대역 주파수를 사용한다. 2단계에 발사하는 7518기는 고도 340㎞ 궤도에서 Q/V대역을 쓴다. 스타링크 2기 사업(3만 기)은 고도 400㎞ 이하 궤도에 집중한다. Ku/Ka, Q/V 외에 E대역을 추가한다. Ku(12~18GHz)/Ka(27~40GHz)보다 주파수가 높은 Q/V대역은 자원이 더 풍부하지만, 전송 과정에서 전파 손실이 크다. 우주과학 전문가는 “위성통신은 저대역에서 고대역으로 발전했다. 높을수록 좋은 것이 아니다. 주파수와 대역폭 사이에서 합리적으로 절충해야 한다”고 말했다.
Q/V대역도 강점이 있다. 가용 대역폭이 10GHz가 넘는다. 저대역 주파수가 이미 혼잡한 상황이어서 Q/V대역이 다음 전쟁터가 될 것이 분명하다. 처음부터 Q/V대역을 겨냥한 위성인터넷기업도 있다. 중국 위성인터넷 분야 선두기업 인허항톈(銀河航天, Galaxy Aerospace Technology)도 그렇다. 쉬밍 전 치타모바일(獵豹移動) 사장이 2018년 설립했다. 2020년 시가총액이 80억위안이었다. 싱왕 사업의 공급업체로 선정된 인허항톈은 2022년 3월5일 저궤도 통신위성 6기를 발사했다. 중국에서 처음으로 V대역 저궤도 위성의 시험과 제어를 추진했다.
린광룽 인허항톈 위성군 통신아키텍처 설계자는 “이번에 시험한 위성에 두 종류의 안테나를 장착했다”고 설명했다. Q/V 안테나는 지구국과 연결하는 통신인 피더 링크로 데이터를 주고받고, Ka 안테나는 사용자의 위성 단말기와 데이터를 주고받는다. “Ka대역 신호를 변조해 중간 주파수로 만들고 다시 Q/V대역 신호로 바꾼 뒤 증폭해 아날로그 신호를 보낸다.”
이런 설계를 한 이유에 대해 린광룽은 “피더 링크 연결에도 Ka대역을 쓰면 대역폭이 부족하다”고 말했다. “피더 링크를 Q/V대역에 둬야 사용자와의 연결에 장애가 되지 않는다. 스타링크는 위성의 피더 링크와 사용자 통신 모두 Ku/Ka대역을 사용해 단일 위성의 통신 용량이 인허항톈보다 약간 작다.”
“2018년 회사 설립 초기에 기술을 평가할 때 내부에서 두 가지 견해가 있었다. 기술이 축적된 Ku/Ka 통신부터 시작하면 리스크가 낮을 것이란 보수적 의견과 주파수 대역이 높은 Q/V 통신을 시도하자는 대담한 구상이었다. 더 높은 주파수 대역과 더 넓은 통신 대역폭을 선택해야 국제 저궤도 통신위성군 구축 경쟁에서 자리를 차지할 것으로 판단했다.”
우주과학 전문가에 따르면 높은 주파수 대역은 더 많은 기기 비용을 요구한다. 현재 산업현장에서 Q/V대역을 사용하는 통신장비가 적은 편이다. 대량생산을 하는 공장이 없어 비용이 걸림돌이다. 인허항톈은 우주항공 안테나의 저비용 양산을 시작했다고 밝혔다.

   
▲ 2022년 3월 중국 위성인터넷 분야 선두기업 인허항톈이 쏘아올린 저궤도 통신위성 6기. 인허항톈은 중국에서 처음으로 V대역 저궤도 위성의 시험과 제어를 추진했다. (사진은 영업기밀 보호를 위해 흐릿하게 처리했다.) 인허항톈 누리집

중궤도 도전
다른 차별화 방법은 저궤도를 피하는 것이다. 그러면 스타링크처럼 많은 위성이 필요 없다. 중국에서 이런 시도를 했다. 상하이칭선(上海清申)과학기술발전유한공사는 중궤도 위성기술을 사용해 2025년까지 위성 8기를 발사하겠다고 밝혔다. 약 2만㎞ 고도의 궤도에 안착시키고 위성 간 통신링크로 통신망을 구성한다는 계획이다.
중국이 독자적으로 전세계를 대상으로 모바일위성통신망 즈후이톈왕(智慧天網)을 구축한다는 이 구상은 상하이시 과학기술 중대사업으로 지정됐다. 칭선과학기술의 지분 60%는 칭화대학자산관리유한공사가 100% 출자한 자회사 베이징허탕(北京荷塘)투자관리유한공사, 40%는 상하이시 산하 국유기업 상하이린강(上海臨港)경제발전그룹이 갖고 있다.
루젠화 학장을 비롯한 칭화대학교 정보대학과 우주항공연구센터 연구진이 주요 구성원이다. 이 사업은 루젠화 학장 연구진과 신웨이그룹(信威集團)이 협력해 추진하는 것으로 알려졌다. 칭화대학과 신웨이그룹은 2014년 공동으로 저궤도 통신 시험위성을 발사했다.
천마오량 당시 칭선과학기술 총경리는 2021년 <해방일보> 인터뷰에서 “중궤도 위성은 8기로 전세계를 관장할 수 있고, 위성 8기가 위성 사이의 링크를 만들면 국외에 지구국을 설립하지 않아도 된다”며 “원양어선과 극지과학탐사대가 이용할 수 있을 것”이라고 설명했다.
“기술 노선 측면에서 중궤도는 차별화된 부분이 있다. 하지만 사용 효과를 보면 일부 사용자를 위한 것이다.” 우주과학 전문가는 “역시 비용이 문제”라고 지적했다. 스타링크의 위성은 산업용 부품을 사용하고 대규모 양산이 가능하다. 그러나 중고궤도 위성은 대규모 양산 단계가 아니어서 원가를 낮추기 어렵다. 자오쥔숴는 “중궤도 위성 8기가 제공하는 대역폭의 한계로 사용자 수는 적지만 전세계를 대상으로 하는 데 의미가 있다”며 “동영상은 불가능하지만 음성과 문자를 전송할 수 있다”고 말했다. “좋고 나쁜 것의 문제가 아니다. 있느냐 없느냐의 문제를 해결한 것이다.”
칭선과학기술은 “1차 위성 8기의 전체 용량이 200기가(G)bps를 넘어 지상의 통신 사용자 50만 명의 수요를 만족시킬 수 있다”고 밝혔다. 반면 스타링크는 위성 1기의 용량이 20Gbps로 현재 전체 용량이 40테라(T)bps를 넘었다. 인허항톈 위성 1기의 용량은 40Gbps로 설계됐다. 원래 계획이라면 칭선과학기술은 2022년 기술검증위성 1기와 시험위성 1기를 발사해야 한다. 하지만 회사 관계자는 “발사 시기를 2023년으로 연기했다”고 말했다.

ⓒ 財新週刊 2022년 제23호
“星鏈”背後的太空頻軌競爭
번역 유인영 위원

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