2016년 9월 초, 스페이스엑스(SpaceX)사의 '팰컨 9(Falcon 9)' 로켓이 엔진 가동 시험 중에 굉음을 내며 폭발했습니다. 순식간에 화염에 휩싸이며 로켓에 탑재된 통신위성 '아모스-6(Amos-6)'가 한 줌의 재로 변했습니다. 폭발 사고 전, 로켓의 위쪽 3분의 1지점에서 큰불이 시작됐고, 이 엄청난 장면은 사람들 뇌리에 선명하게 남았습니다.

 당시 폭발 사고로 손상된 위성은 원래 페이스북(Facebook)이 아프리카 지역에 인터넷을 제공하기 위해 쏘아 올린 인터넷 신호 위성이었습니다. 수년간의 연구 성과가 불과 몇 분 만에 수포가 된 것입니다. 이로써 마크 저커버그 (Mark Elliot Zuckerberg)의 '인터넷 닷 오그(Internet.org)' 계획도 연기할 수밖에 없었습니다.

 큰 사고에도 불구하고 스페이스엑스는 우주 인터넷 프로젝트를 계속 진행했습니다. 스페이스엑스의 최고 경영자 엘론 머스크(Elon Musk)는 폭발 원인을 조사하고, 이전보다 더욱 큰 규모인 4,425개 위성으로 구성된 우주 인터넷 프로젝트를 구상하며 마크 저커버그를 위로했습니다. 4,425개의 위성은 현재 궤도 위성 전체 규모의 3배에 이르는 엄청난 숫자이며 위성 네트워크 프로젝트 중 가장 큰 규모를 자랑합니다. 분야만 군사 영역에서 우주 인터넷의 상용화 영역으로 바뀌었을 뿐, 1980년대 미국의 우주 대전 프로젝트가 연상되지 않나요?

 실제로 엘론 머스크는 2015년 최초로 700개 규모의 위성을 구상하고 미국 연방 통신 위원회(FCC)에 기술 테스트를 신청한 바 있습니다. 당시 해당 프로젝트 소요 기간을 5년, 착수 자금은 100억 달러로 산정했습니다. 상업 목적 신청도 진행하면서 스페이스엑스 우주 인터넷 프로젝트의 본격적인 시행을 암시했습니다. 이 우주 인터넷 시스템은 향후 전 세계 각종 광대역 통신과 서비스에 적용될 예정입니다.

 스페이스엑스는 하나의 궤도에 1,600개의 위성을 발사한 후, 다시 한번 2,825개의 위성을 발사하여 저, 중, 고 궤도마다 각 4개 층(shell)에 안착시킬 계획입니다. 최종 설치까지 완벽하게 이뤄지면 해당 시스템은 계획에 따라 전 세계 이용자 및 기업 사용자에게 고속 광대역(최대 1Gbps)과 로우레이턴시(Low latency, 25~35ms) 광대역 서비스를 제공할 수 있습니다.

 이처럼 하이테크 분야를 선도하는 스페이스엑스에게도 경쟁자가 있을까 하는 생각을 하실 수도 있는데요. 글로벌 우주 인터넷 분야의 경쟁은 생각보다도 훨씬 치열합니다. 얼마나 치열한지 저와 함께 알아보시죠!

 1957년, 인류 최초 인공위성이 우주에 진입한 이후부터 현재까지 수많은 위성이 지구 주변을 맴돌고 있습니다. 우주 인터넷과 직접적인 상관관계가 있는 위성 통신 시스템은 위성 고정 통신 시스템, 위성 이동 통신 시스템, 데이터 중계 위성 시스템 등 기능별로 크게 세 가지로 나눌 수 있는데요. 글로벌 경쟁 역시 이 세 분야에 걸쳐 벌어지고 있습니다.

 첫 번째로, 위성 고정 통신 시스템에는 광대역 통신 위성 시스템, 고정/생중계 위성 시스템 등이 있습니다. 해당 시스템은 보통 중고궤도에서 운행하며 C(4~8GHz), Ku(12~18GHz), Ka(27~40GHz) 등의 주파수를 이용해 대기층 내에 속한 고정 사용자에게 광대역 통신 및 TV 생중계 등의 서비스를 제공합니다. 21세기에 접어들며 전 세계 인터넷 사업은 고속 성장을 이뤘습니다. 적용 범위가 넓고 신호 사각 지역을 축소하는 광대역 통신이 점차 중요해졌기 때문입니다. 이렇게 파생된 큰 수요로 인해 궤도 상의 위성은 물론, 연구 중인 위성의 수 역시 빠르게 증가하고 있습니다.

 전형적인 고궤도 광대역 통신 위성 프로젝트로는 미국 위성 통신 업체인 비아샛(ViaSat)이 추진 중인 차세대 광대역 위성 '비아샛 2'가 있습니다. 올해 안에 발사될 예정인 이 위성은 350Gbit/s의 성능을 자랑하며 250만 명에게 최고 25Mbit/s 속도의 광대역 서비스를 제공할 수 있습니다. 단일 위성이지만 중국 대도시의 광대역 수요를 맞출 수 있을 정도로 놀라운 성능을 자랑합니다. 비아샛의 꿈은 여기서 멈추지 않습니다. 2016년에 이미 발표한 '비아샛 3'은 1Tbit/s의 성능을 자랑합니다. 중등 고궤도 광대역 통신 위성의 경우, 03b 시스템이 상용화 단계에 접어들었는데요. 03b는 세계 최초 중궤도 통신 위성으로 현재 12개 시스템에서 2018년까지 20개로 확대할 계획이며 그 성능은 12Gbit/s에 이를 것으로 예상합니다.

 다음으로, 위성 이동 통신 시스템은 개발 초기 L(1~2GHz), S(2~4GHz)처럼 저주파수에서 사용했습니다. 주로 모바일 사용자의 통신, 방송, 데이터 수집에 활용됐는데요. 전송 속도 향상을 위해 해당 시스템 역시 Ku, Ka와 같은 고주파수로 눈길을 돌리는 추세입니다. 고궤도의 경우, 2015년 8월에 발사된 '인말새트 5 F3(Inmarsat-5 F3)' 위성이 육지, 해상, 항공기에 50Mbit/s 속도의 인터넷 통신을 제공하여 일부 국제 항공 노선 승객들도 광대역 서비스를 이용할 수 있습니다.

 향후 인말새트사는 Ka 대역을 기반으로 한 5세대 위성 이동 통신 시스템을 통해 고속, 광대역 발전의 시대를 열 것입니다. 특히 저궤도 위성 분야에서의 활약이 눈에 띕니다. 원웹(Oneweb)사는 현재 648개의 위성으로 구성된 저궤도 위성 개발을 계획 중입니다. 주파수 대역은 Ku로 개별 위성 성능이 8Gbit/s 이상이며 총 5~10Tbit/s의 서비스를 제공할 수 있습니다. 시스템 구축 후에는, 낙후 지역에서도 50Mbit/s의 인터넷 접속 서비스를 누릴 수 있으며 로우레이턴시는 20~30ms 수준입니다.

 이외에도, 주목할만한 저궤도 위성 프로젝트로는 모토로라(Motorola)사의 '워털루(Waterloo)' 1세대 이리듐 프로젝트가 있습니다. 상용화에는 실패했지만, 위성 발사 비용이 저렴해지면서 차세대 이리듐 시스템 구축을 빠르게 추진 중입니다. 차세대 이리듐 시스템은 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)사가 개발하며 72개의 위성과 9개의 백업 위성으로 구성되고 위성 IP 교환기술을 채택하여 더욱 빠르고 유연한 광대역 네트워크 구축을 도울 예정입니다.

 마지막으로, 데이터 중계 위성을 소개합니다. 데이터 중계 위성은 우주 비행체 등 우주 사용자, 비행기 등의 특수 공중 기지 사용자에게 측정, 제어, 데이터 중계 전송 서비스를 제공합니다. 현재 세계 각국에서는 데이터 중계 위성의 세대교체가 이뤄지고 있습니다. 그 가운데 미국의 추적 데이터 중계 위성(TDRS)은 Ka 대역을 통해 더욱 빠르고 유연한 시스템을 제공할 수 있는 3세대 시스템까지 개발된 상태입니다. 여러 유럽 국가 역시 독자적인 데이터 중계 위성 개발을 위해 레이더 통신 등 신기술을 접목하는 등, 중계 전송 성능을 발전하고 있습니다.

 위에서 말씀드린 프로젝트들은 전 세계 위성 통신 시스템이 광대역 네트워크로 발전하고 있으며, 고주파수 사용량 증가를 시사합니다. 최근에는 우주 인터넷 플랫폼 구축도 빠르게 추진하고 있습니다. 발사 비용 절감과 우주 주파수의 높아진 시장 가치가 그 배경인데요. 잘 알려진 것처럼 동일 주파수의 서로 다른 신호는 간섭 작용을 하기에, 세계 각 나라는 영토 내의 주파수 자원을 엄격하게 관리합니다. 보통 소수의 운영 업체에 비싼 가격으로 주파수를 판매하지만, 위성 신호는 국경을 초월하기에 이제는 특정 국가 자원에 국한되지 않습니다.

 현재 국제 전기 통신 연합은 '선착순' 규칙을 적용하고 있습니다. 프로젝트를 가장 먼저 실행하는 국가가 해당 자원을 선점합니다. 주파수 선점을 위한 치열한 경쟁은 해당 산업이 빠르게 성장하게 만들기도 합니다. 희소성이 많은 주파수 자원을 둘러싼 국가 간 상업적 경쟁이 점차 치열해지는 모습을 엿볼 수 있습니다.

 현재 중국이 소유하고 있는 10개의 궤도 통신 위성 주파수는 C, Ku에 집중되어 있으며 아시아 태평양 지역을 아우릅니다. 이러한 가운데 중국은 '일대일로(一帯一路)'와 관련하여, 중국 국내 전 지역의 통신을 지원하기 위한 목적으로 '중싱(中星) 16'과 '중싱 18' 통신 위성을 곧 발사할 예정입니다. 데이터 중계 위성의 경우, 이미 1세대 시스템 구축을 완료했습니다. 지구 지표면의 78%에 해당하는 부분과 300km 상공을 비행하는 항공기에 서비스를 제공할 수 있습니다. 2세대 데이터 중계 위성은 한 단계 향상된 성능을 탑재할 것으로 기대됩니다.

 중국은 우주 광대역 인터넷 발전을 위한 '민간 우주 인프라 중장기 발전 계획'을 발표하며 적극적인 정책 지원을 펼치고 있습니다. 해당 발표에 따르면 2020년까지 궤도 통신 위성을 20여 개로 늘리고, 2025년에는 25개까지 확대하여 전 세계적인 수요를 맞추게 됩니다. 2016년, 중국 국무원은 '메이드 인 차이나 2025(Made in China 2025)'를 발표했으며 항공 장비와 관련하여 "신형 위성 등 우주 플랫폼 및 유효 하중, 우주, 상공, 지상 광대역 인터넷 시스템을 발전하여 위성 센서, 통신, GPS 등 우주 정보 서비스 역량을 안정적으로 강화할 것"이라고 강조했습니다.

 이러한 배경 속에서 중국 '국가자연과학기금위원회', '과학기술부', '공정원' 등은 우주 인터넷 관련 연구 작업에 잇달아 착수했습니다. 우수한 기술과 높은 수요가 맞물리면서, 중국의 우주 광대역 인터넷 시장은 눈부시게 발전할 것입니다. 하지만 정치, 군사 등의 제약으로 인해 전 세계를 아우르는 지상 정거장 구축 역량은 아직 확보하지 못했습니다. 따라서 위성 네트워크 노드(node)간 연동 성능을 강화해야 하며, 중국 실정을 고려한 발전 방향을 잡아야 합니다. 제가 생각하는 발전 방향은 다음과 같은데요.

 희망적인 부분은 최근 중국 항공 산업이 빠르게 성장하고 있다는 것입니다. 양자 통신 위성, '톈궁(天宫) 2호' 등 항공 프로젝트가 발사를 거쳐 성공적으로 운영되며, 위성 대 지상, 위성 간 고정밀 수집, 추적, ATP 기술 또한 국제적으로 앞서 있습니다. 이러한 기술적 도약은 중국이 위성 대 지상, 위성 간 광통신링크의 구축이 실현될 수 있다는 것을 시사합니다. 더불어 아시아 지역의 고속, 고성능 우주 인터넷 산업이 서서히 모습을 드러내기 시작했음을 보여줍니다.

 스타워즈 1.0 시대에서는 처참한 경쟁 속에서 구소련이 패자가 되었고, 미국은 반세기 동안 이 분야에서 독보적인 지위를 점했습니다. 상용화 물결 속에 새롭게 시작된 스타워즈 2.0 시대의 승자와 패자는 또 누가 될 것인지 지켜봐야겠습니다.