인공위성이 중계소 역할을 하는 위성 통신 인터넷 서비스는 발사비용 감소, 위성제조기술 발달, 클라우딩 컴퓨팅으로 3~5년 내로 통신시장의 25%를 차지할 것으로 전망된다.
신호가 오고가는 시간이 짧아지고 안테나도 작고 저렴하게 만들 수 있고 속도도 빨라진다. 위성 통신 인터넷 제공업체는 원웹, 인마샛, 이리듐과 스타링크다.
스타링크 위성통신 업체는 위성을 통해 전 세계 어느 오지에서나 최대 1기가의 초고속 인터넷 서비스 제공하려고 한다. 그러려면 지구를 덮는 42,000여 개 막대한 숫자의 인공위성이 필요하다. 그로 인한 밤하늘의 빛공해가 엄청나서 천문학자들이 이의를 제기하고 있다.
위성 통신 성장 요인과 전망
위성통신 정의와 기존 위성 인터넷 문제
위성 통신(우주 위성 인터넷)은 인공위성이 중계소 역할을 담당하는 장거리 통신방법이다. 위성 인터넷 접속은 지구상에서 전화 접속, 디지털 가입자 회선, 휴대 전화로 인터넷을 할 수 없는 지역의 사용자를 위한 인터넷 접속 서비스이다.
기존의 위성 인터넷은 미국 연방통신위원회가 규정한 초고속 인터넷이 아니었다. 기존의 위성은 지구위 너무 높은 곳에 있어서 신호가 오고 가는데 시간이 오래 걸리고 필요한 안테나 값이 비싸고 속도도 매우 느리다.
그래서 스타링크는 위성의 궤도를 낮췄다. 그러면 신호가 오고가는 시간이 짧아지고 안테나도 작고 저렴하게 만들 수 있고 속도도 빨라진다. 위성의 궤도가 낮아서 생기는 범위축소의 문제는 위성을 많이 발사해 해결한다.
새 위성 인터넷 성장 요인
새로운 위성 인터넷은 현재 전 세계 광대역 통신시장의 1%미만에 불과하다. 그러나 발사비용 감소, 위성제조기술 발달, 클라우딩 컴퓨팅으로 3~5년 내로 통신시장의 25%를 차지할 것으로 전망된다.
군사, 기상, 과학, 통신 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 차세대 위성 인터넷 시범 서비스는 대부분 2023년에 시작을 하고 2025년에 정식 서비스를 시작하며 성장을 이뤄낼 것이다.
한국은 B2C는 중단했지만 무궁화 위성을 사용하여 인터넷에 연결해 선박 통신 등 B2B 서비스를 하고 있고 5G에 기반한 위성 인터넷 서비스가 준비중이다.
유무선 인터넷과 광통신 인터넷의 문제
주로 도시지역에서 주로 이용한다. 속도, 반응속도, 대역폭 모든 면에서 저렴하고 빠르게 사용할 수 있으나 지구 전체에 망을 설치하는 것은 무리이다.
우리나라만 해도 높은 산에 올라가면 휴대폰 신호가 이탈된다. 땅이 매우 넒은 미국이나 러시아는 인터넷 선을 땅을 파서 묻는 공사를 하기 힘들다.
광통신 인터넷의 문제. 광섬유 케이블은 빛의 굴절과 매질에서의 빛의 속도로 인해 빛의 속도가 2/3로 느려진다. 추가적으로 계속되는 굴절 때문에 빛의 세기가 약해져서 일정 거리마다 증폭을 시켜주어야 한다.
이에 반해 스타링크는 전파나 레이저로 통신한다. 위성간 레이저 통신 기술이 가능하다. 따라서 해저 케이블보다 더 빠른 속도로 데이터를 주고 받을 수 있어 통신 도달시간도 짧아진다.
전망
일론 머스크가 이끄는 민간 우주기업 스페이스X, 제프 베이조스의 아마존, 영국 우주개발기업 원웹이 위성 인터넷 시장을 2023년에 90% 점유함으로써 3등분 할 것이라는 전망이 나왔다.
달탐사 정도가 아니라 화성으로의 이주, 화성의 식밀지화를 목표로 하는 이가 있다. 바로 일론 머스크이다. 그는 지구와 화성의 교신을 위한 신개념 위성 인터넷을 고안했다. 스타링크 star link 이름 그래로 지구별과 화성별을 연결하고자 한다.
지금까지 인류가 쏘아올린 모든 인공위성 갯수보다도 훨씬 많은 위성을 쏘아올리겠다니 머스크다운 미치광이 계획이었다. 엄청난 기술문제와 예산문제(100억 달러 소요예정), 허가문제가 발생하는데 머스크는 이를 해결해 나가고 있다.
2024년 유인 화성 탐사와 2026년 화성 이주 계획을 위해서 화성에 인터넷을 연결할 필요가 있다. 머스크는 화성 이주용 우주선 스타십의 시제 모델 SN11을 발사했는데 거듭 실패후 성공했다.
(출처, 미국 우주 스타트업 액셀레이터이며 우주 전문 벤처캐피털인 ‘스페이스 캐피탈’의 ‘위성통신 플레이북’).
영국 우주 인터넷 기업 원앱OneWeb과 아마존 위성인터넷 사업
최근 위성 34개를 발사했다. 원웹은 일반 기업, 해양 기업과 정부에 위성 인터넷을 제공하는데 중점을 두고 있다. 최근 영국통신사업자BT와 계약을 맺고 일반소비자에게도 서비스를 제공하기 시작했다. 필요시에 휴대용 5G를 통해 위성 인터넷을 사용할 수 있다.
아마존 위성인터넷 사업. 2022년에 본격적으로 시작한다. 위성 인터넷 ‘카이퍼(Kuiper) 프로젝트”로 3236개의 위성을 발사계획이다. 시제위성 2기를 20022년 4분기에 로켓에 실어 발사한다.
위성 통신 인터넷 제공업체 인마샛 이리듐 스타링크
위성 통신 인터넷 제공업체는 원웹, 스타링크, 인마샛과 이리듐이다. 스타링크는 베타 테스팅이라는 이름으로 서비스 한다. 물론 유료이다. 장비도 사야하고(대략80만원) 월 99달러(=14만원) 사용료를 낸다.
인마샛Inmarsat은 영국의 위성통신 회사에서 11개의 정지궤도 통신위성과 휴대용 단말기를 이용해 음성과 데이터 통신을 제공한다.
https://www.inmarsat.com/en/index.html
이리듐은 사막 등 오지에서도 통화가 가능. 요금이 매우 고가이다. 1990년 대 초 미국 모토롤러가 개발. 이리듐의 원자번호와 같은 77개의 인공위성을 쏘아올렸다. 현재는 애플이 인수했다.
머스크의 획기적인 위성 인터넷 스타링크와 빛공해
계획대로 42,000여 개의 위성을 쏘아올리면 기존 위성 통신망과 광통신 인터넷보다 훨씬 응답속도가 빠르다. 엄청난 매출을 일으킬 것이다. 2025년에 글로벌 인터넷 사업을 개시한다. 빛공해로 인해 유럽내 대도시 밤하늘에 최소 30대의 스타링크 위성을 맨눈으로 볼 수 있다.
스타링크가 인터넷 신호를 본격적으로 송출하면 우주 망원경들이 지구에 관측정보를 전송하는 데 쓰이는 Ku주파수 밴드가 간섭을 받는 우려가 있다.
우주쓰레기 문제와 우주정거장과 충돌문제
우주 쓰레기 문제. 여느 인공위성은 지상 1000km궤도를 공전하고 스타링크 위성은 550km 저궤도를 돈다. 수명이 다하면 몇 달 간의 추진을 통해 스스로 궤도이탈 후 대기권에서 연소되어 자체 소멸하도록 디자인 되었다. 그러나 완전 연소하는데 1년에서 5년이 걸린다.
스타링크 궤도와 국제우주정거장, 허블망원경, 유럽 우주국의 위성이 비슷한 궤도에 있다. 두어번 충돌할 뻔 했다.
스타링크의 특징
서비스 시작과 가입자
스타링크는 베타서비스를 2020년 말에 시작했다. 2021년 하반기 스타링크는 전세계 14개국에 서비스를 제공하고 있으며, 가입자도 10만명을 확보했다.
미국 산간 도서 지방사람들이 신청했다. 2022년 3월 우크라이나의 요청으로 주요도시에서도 서비스가 시작됐다. 스타링크의 타겟 사용층은 대도시 인구밀집구역의 일반 사용자를 위한 것이 아니다.
도서산간 등 인프라가 부족한 지역 및 오지 및 해양 탐사 및 운송인력 등이 타켓이다. 이는 스타링크 이전부터 있던 위성통신 서비스의 대상을 좀더 확장한 것이다.
사업승인이 날 국가들도 여럿 대기중이고 비행기, 선박, 트럭 등으로 스타링크 서비스를 확대 추진하고 있다. 위성서비스가 중단되기도 했다. 중단 원인으로는 위성 시스템 간의 간섭때문이라는 분석이 있다.
원리
1단계: 고도 540 ~570km 사이의 서로 다른 네가지 궤도에 4425개의 위성을 발사하여 네트워크를 구축한다. 현재 발사된 위성 전체가 이미 운영되고 있다.
2단계: 그보다 낮은 330~ 340km 사이의 서로 다른 세 가지 궤도에 7518개의 위성을 발사 예정이다.
3단계: 성능강화를 위해 FCC에 추가적으로 제출한 계획이다. 30,000개의 위성을 추가로 발사하는 것이다. 새로운 버전의 위성을 이용해서 고도 340~614km 사이의 서로 다른 아홉 개 궤도에 총 29,988개의 위성을 배치하는 계획이다. 그리고 태양 동기궤도(SSO)에도 위성을 두 배 늘려 극지방까지 확대한다.
스타링크가 현재발사한 위성이 인류가 발사한 모든 위성의 총합보다 5배 이상 많다. 각 단계는 순차적으로 진행되지 않는다. 위성 하드웨어를 개량, 차단 문제나 탑재되지 못한 위성간 통신 기능 미비점을 해결해야 한다.
문제점이 해결되는 대로 동시에 모든 궤도에 위성을 발사하여 네트워크를 구축할 계획이다. 42,000여 개의 위성 통해 전 세계 오지에서 최대 1기가의 초고속 인터넷 서비스 제공이 목표이다.
스페이스 엑스의 우주발사체 팰컨 9과 스타십
펠컨09은 한번에 60개의 위성을 동시에 발사할 수 있는 팰컨9 로켓이 있다. 위성의 규모는 400kg으로 초소형이 아니라 소형이다. 차후에는 현재 개발중인 스타십으로 한번에 위성을 400개까지 궤도에 올릴 예정이다. 지금까지는 성공적으로 발사해도 사용하기까지 수개월이 걸렸는데 스타십으로는 몇주면 사용가능하다.
팰건9 Falcon 9. 스페이스 엑스가 개발한 재사용 가능한 우주발사체(로켓). 2010년 6월4일에 최초 발사. 9900kg 27,500kg의 적재물을 지구 저궤도에 올린다.
스타십은 초대형 로켓. 발사능력이 팰컨9의 10배이다. 인류가 개발한 어떤 로켓보다 강한 성능. 아직은 스타쉽의 개발과 궤도 비행이 순조롭지 않다.
작동법과 비용와 주파수 허가
스타링크는 접시 모양의 파라볼릭 안테나를 쓰지 않고 편평한 위상배열 방식의 안테나를 사용한다. 저궤도에서 빠르게 공전하고 있는 위성을 추적하기 용이하기 때문이다.
하늘이 보이는 공간에 지상 안테나를 설치하고 이를 모뎀과 연결한 후에 라우터로 다시 선을 연결하면 바로 인터넷을 사용할 수 있는 간단한 구조이다. 작은 위성 안테나가 지구 궤도를 돌고 있는 위성선단과 통신한다.
이 위성들은 약 90분마다 지구 궤도를 한바퀴 돌 정돌 빠르게 이동한다. 위성을 올리려면 칩과 액체 산소 연료가 필요한데 코로나로 인해 부족해져서 아직 위성을 많이 못띄었다.
초기 비용은 미국기준으로 699달러에 안테나, 모뎀, 와이파이 라우터를 구매할 수 있다. 차후 24-25만원선으로 가격을 낮출 전망이다. 매달 사용료는 14만원이다.
주파수 허가. 중국은 물론이고 미국도 전파 주파수는 공공자원이기 때문에 어떤 주파수 대역을 일정 시간 이상의 출력으로 시용하려면 주파수 사용 허가를 받아야 한다.
각국 정부에서 스타링크 신호를 전파방해 하려고 들면 할 수 있으나 지상에서 발사되는 방해전파는 지형지물에 의해 가려져 상쇄되어 전파감시로 발각될 위험이 작다.
스타링크의 독재국가에서의 영향력과 군사적 이용가능성
해당 정부가 승인을 안해줘서 옆국가에서 송출이 강력하면 주변국에서도 스타링크를 쓸 수 있다. 당국의 검열에서 해방된다. 스타링크는 위성과 가입자 사이에 중간자가 존재하지 않아 검열이 어렵기 때문이다.
군사적 이용 가능성. 안테나와 모뎀, 전력만 갖추면 사람이던 첩첩산중이던 태평양 한가운데건 대용량 영상을 내려 받을 수 있고 FPS게임까지 할 수 있다.
미국방성은 스타링크 위성을 GPS위성의 보조 역할을 하도록 지정했다. 미군은 이미 전 세계에서 가장 고도로 발달된 위성통신망을 갖춘 군대이다. 머스크는 원격 조종과 AI를 기반으로 하는 6세대 전투기를 언급하며 미국방성의 관심을 받았다.
중국에는 황금방패(ECH, ESNI), 한국에는 유해사이트 검열방식인 SNI가 있다. 중국, 이란과 북한은 국가의 강력한 인터넷 검열 시행하고 있다. 스타링크보다는 VPN이 대중적인 검열 우회 수단이다.
북한은 해외망 이용까지 완전 차단하고, 전파추적 장치를 동원해 단속한다. 북한에서는 화웨이의 위성인터넷의 수신기를 밀수하는 것이 더 현실적이다. 북한에서는 수신기 밀수와 인터넷 접속은 사형감이다.
저개발국가 정보격차 줄이는 효과와 인구밀도에 따른 광역폭 문제
위성통신은 장애물의 거의 없는 우주 공간을 통해 통신하게 됨으로써 저출력으로도 충분한 통신 품질을 유지할 수 있다. 스타링크는 네트워크 인프라 스트럭쳐를 깔기 어려운 저개발 국가에 저렴하게 인터넷을 쓸 수 있도록 해서 새로운 고용을 창출할 수 있다. 정보격차도 줄일 수 있다.
인구밀도에 따른 광역폭 문제와 주파수 허가. 스타링크 1개당 데이터 대역폭은 17~ 23 Gbps이다 대역폭은 해당 위성과 연결 중인 사용자 모두가 나눠 쓰는 것이어서 사용자 수가 많아지면 속도가 느려진다. 3G, 2G 수준으로 떨어질 수가 있다.
한국과 스타링크
일단 스타링크가 한국 규제기관의 인터넷 승인을 받아야 한다. 한국 국회 위원 방문단이 스타링크 본사를 방문했다. 한국도 스타링크의 상용화 목표국가로 언급되었다.
스타링크의 문제점
지구위를 촘촘하게 덮는 엄청난 위성 숫자도 문제이고 인터넷이 끊기고 느려지는 문제가 있다. 특정 지역에서 동시에 최고 속도의 인터넷을 누리기는 아직 불가능하다.
시스템이 주어진 영역에서 제공할 수 있는 용량이 한정돼 있다. 사용자의 수가 늘면 평균 비트 전송률이 감소해서 인터넷 속도가 느려진다. 다른 지상 인터넷도 같은 문제가 있다.
스타링크 위성 인터넷 서비스는 도시에 사는 일반인을 위한 것이 아니다. 지구에서는 도서, 산간, 사막, 극지대, 해양 등 열악한 환경에 있는 사람들을 위한 것이고 군사용 목적이다. 궁극적으로는 지구와 화성간의 장거리 교신용이다.
아직 채 망이 깔리지도 않은데다 일반인이 쓰기에는 비싸고 속도가 느리고 끊긴다. 폭설, 한파와 강풍으로 기상이 나쁠 때는 이런 획기적인 위성인터넷도 사용이 어렵다. 느려도 안정적인 것을 택할지 빠르지만 자주 끊기는 인터넷이 유용한지 선택사항이다.
지구 위의 저궤도가 수만개의 위성으로 둘러쌓이는 것은 볼썽사나운 풍경일 수 있다. 더 작고 적은 수의 위성으로도 인터넷이 원활해지는 기술이 필요하다.
스타링크 위성 인터넷 서비스는 도시에 사는 일반인을 위한 것이 아니다. 지구에서는 도서, 산간, 사막, 극지대, 해양 등 열악한 환경에 있는 사람들을 위한 것이고 군사용 목적이다. 궁극적으로는 지구와 화성간의 장거리 교신용이다.
위성 통신 인터넷 제공업체는 원웹, 스타링크, 인마샛과 이리듐이다. 위성통신은 장애물의 거의 없는 우주 공간을 통해 통신하게 됨으로써 저출력으로도 충분한 통신 품질을 유지할 수 있다.
