한국항공우주연구원

1. 시작하며

이 글은 4차 산업혁명과 관련된 우주분야 비즈니스 동향을 살펴보았다. 4차 산업혁명시대에서는 정보통신기술(사물인터넷, 빅데이터, 딥러닝 등)의 발전으로 ‘데이터’의 가치가 매우 높아질 전망한다. 우주분야는 ①광대역 위성통신 사업, ②우주데이터 활용 사업, ③우주환경정보 사업, ④무선 우주자원탐사 사업에서 새로운 사업과 혁신을 기대해 볼 수 있다. 위성통신 사업과 원격탐사위성 사업은 대표적인 우주분야 비즈니스지만 非우주 기업과 벤처기업의 진입 등으로 기존의 서비스 외에 새로운 비즈니스 스케일업이 예상되고 있다. 그리고 아직 시장이 형성되지 않았지만, 우주자원탐사 사업과 우주기상예보 등 우주환경정보 사업은 관련제도 정비와 민간기업의 참여가 태동하고 있다. 이 글은 4가지 분야중 ①광대역 위성통신 사업의 기반기술 연구개발과 전망, 해외 비즈니스 현황과 남은 과제를 노정하였다.

2. 기술개발과 시장전망

위성통신은 광역성, 동보성, 유연성, 신속성의 장점이 있다. 특히 재난재해로 지상 네트워크가 두절되어도 통신회선 확보가 가능하다. 종래 광대역 위성통신사업은 Inmarsat사와 Intelsat사 등이 주도했다. 그러나 1990년대 이후 지상 통신망의 급속한 기술발전으로 통신 비트당 단가가 낮아지면서 위성통신은 특수한 환경의 사용자들을 위한 서비스가 되었다. 2010년대 들어서 멀티 빔과 대용량 중계기를 탑재한 정지궤도위성과 저궤도위성群에 의한 광대역 위성통신 사업 기반이 전세계적 규모로 구축되고 있다. NSR(Northern Sky Research)의 위성수요에 관한 보고서는 10년내 정지궤도위성과 저궤도위성群에 의한 테라비트급 브로드밴드 서비스가 출범할 것을 기대하고 있다. 저궤도위성群은 초고속 광대역 서비스 뿐 아니라 정지궤도위성의 지연을 보완해주는 서비스를 제공한다. 선박, 항공기, 산악, 사막, 우주 등에서 대도시와 비슷한 수준의 광대역 서비스 제공이 가능해진다.​

현재까지 위성을 이용한 사물인터넷(IoT) 서비스는 지상 네트워크와 비교하면 시장성이 높지 않다. 그러나 지상 네트워크가 닿지 않는 장소에 대해서는 시장성이 높다. 주파수대는 L대역과 Ku대역을 이용한 시스템이 주류이다. 예를 들어, Inmarsat의 BGAN(Broadband Global Area Network)은 항해용 전자지도, 기상환경 모니터링 서비스에 L대역를 이용하고 있고, 항공기, 석유가스 등 데이터 전송량이 큰 분야에 Ku대역를 사용하고 있다. 아래 (그림 1)과 같이 고전송률위성(HTS, High Throughput Satellite)의 보급으로 전체적인 수익은 확대되고 있는 추세이다.​

IoT 기술이 진전되면서 차세대 이동통신기술인 5G가 2020년경에는 실용화될 것으로 예상된다. 위성통신 사업의 방향, 능력, 선진국의 위성통신기술 동향을 살펴보면, IoT의 지리적 범위는 지구의 오지와 해양뿐만 아니라 우주공간까지 광대한 범위로 확산될 전망이다. 5G가 필요한 도서 산간지역에는 대용량 회선을 제공할 것으로 보인다. 이런 다채로운 통신기술 간 연계를 가속화하기 위하여 5G, IoT와 광대역 위성통신네트워크와의 연계에 관한 기술개발 및 상용화 연구가 진행중이다. 몇몇 국가에서는 광대역 통신기술의 발전에 따라 IoT와 빅데이터 기술을 선박의 안전성 향상과 연결한 시스템 개발, 해양 환경 모니터링, 재난 재해 경보발령 등 실용화 연구가 진행되고 있다. 이를 위해 위성의 안테나 지향성을 향상시키는 것과 함께 광대역 디지털빔포밍 기술(DBF, Digital Beam-forming) 등의 개발중이다.​ 

3. 해외 비즈니스 동향

미국의 VIASAT은 2011년 ViaSat-1(총용량 140Gbps)를 발사하였고, 2017년 6월에는 ViaSat-2(총용량 350Gbps와 120스팟빔)를 정지궤도에 올렸다. 2019년에는 총 용량이 1Tbps급 ViaSat-3를 발사할 예정이다. 목적은 전지구 규모의 위성통신서비스이다. OneWeb은 저궤도 소형위성을 882대 배치할 계획이다. 2018년부터 위성을 발사하여 2020년 이후 순차적 서비스를 예정하고 있다. 통신속도는 하향 50Mbps, 상향 25Mbps이다. OneWeb은 2017년 2월 Intelsat과의 합병과 일본 소프트뱅크의 17억 달러 투자 소식이 전해진바 있다. SpaceX도 4,425개의 위성군 통신서비스를 계획 중이고, Boeing은 Ka대역보다 높은 V대역 위성통신서비스를 구상하고 있다. 이들 회사는 2016년 미 연방통신위원회(FCC)에 위성무선국 신청서를 제출하였다.
유럽의 대형 위성통신 사업자는 고성능 위성통신 서비스를 개시하였다. Inmarsat은 2013-2015년사이 Ka대역을 이용한 Inmarsat-5를 3기 발사하여 광대역 통신서비스인 Global Xpress를 제공하고 있다. SES는 기존의 정지궤도위성, O3B의 중궤도위성, Ku대역의 HTS 정지궤도위성, 그리고 Ka대역의 SES-17을 조합하여 고객에게 통신서비스를 제공할 예정이다. 더불어 SES는 독일의 솔라키오스크(Solarkiosk)와 손잡고 아프리카 지역에 인터넷 서비스를 제공할 예정이다. EU는 위성통신과 5G의 융합에 관한 기술적·정책적 검토를 하고 있다. (그림 2)와 같이, 2014년 7월 발간한 ‘5G시대 위성의 역할(the role of satellites in 5G)’에서 밑그림을 보여준바 있다. ESA는 ARTES(Advanced Research in Telecommunications System) 프로그램을 실행하고 있다. 여기에는 위성의 M2M/IoT 연계를 검토하고 IoT 통신용 모듈, 안테나, 프로토콜 등 개발과 상용화를 지원하고 있다. 몇몇 유럽국가들도 유사한 프로젝트(예를 들어, 핀란드는 자율운행 선박)을 실행하고 있는 것으로 나타났다.​

끝으로 일본의 JSAT는 Intelsat과 공동으로 2018년 HTS 서비스를 할 예정이다. 앞서 언급한 소프트뱅크는 OneWeb에 17억 달러를 출자하여 향후 위성통신 서비스 진출이 예상된다. 또한 JAXA가 2021년 발사계획중인 기술시험위성 9호는 고성능 위성통신시스템의 기초기술개발을 목표로 하고 있다.

4. 과제 

광대역 위성통신 비즈니스가 스케일업하기 위해서는 몇가지 과제가 남아있다. 첫째, 방대한 통신대역이 필요하다. 5G, IoT, 테라비트급 차세대 HTS, 무인항공기(UAV:Unmanned aerial vehicle ), 저궤도위성群, 정지궤도위성 등이 네트워크에 접속하게 되어 통신주파수 대역이 부족할 있다. 둘째, 현 시점에서 위성통신시스템의 기술적인 제약 때문에 예상치 못했던 문제점, 가령 사이버보안에 관한 취약성 문제가 가시화될 우려가 있다. 현재 위성통신의 암호 구현이 쉽지 않다. 이 문제는 소형위성의 확대에 따라 정보 보안상 취약성이 사회적 이슈가 될 수 있다. 따라서 위성통신에 적합한 안전성과 실용성을 충족할 암호화 기술개발 및 제도가 필요하다. 셋째, 비용이 저렴해져야 한다. 위성통신사업자와 사용자는 기존 지상 네트워크와 비교해서 손색없는 통신 품질과 가격 경쟁력이 있는 서비스를 요구하고 있다. 이를 위해 한정된 위성 탑재체에 최대한 많은 트랜스폰더를 장착할 수 있도록 통신부품의 소형화, 경량화, 고효율화 등이 필요하다.

○ 참고자료
Global Xpress, http://www.ukspace.org/news-item/global-xpress-satellite-2016/
NSR, Global Satellite Capacity Supply and Demand, (13th Ed.)
ESA, makerspace for the internet of things –powered by satellite, https://artes.esa.int/news/makerspace-internet-things-powered-satellite
보잉의 위성군 계획, Boeing proposes big satellite constellations in V- and C-bands, http://spacenews.com/boeing-proposes-big-satellite-constellations-in-v-and-c-bands/​