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전 세계 위성들이 저궤도(LEO)로 몰리면서 한정된 우주 공간과 주파수를 선점하려는 국가 간 경쟁이 치열하다. 위성인터넷과 지구관측 등 저궤도 활용 분야가 빠르게 확대되면서 위성이 안전하게 운용될 수 있는 궤도와 위성 간 통신에 필요한 주파수 확보가 새로운 우주 경쟁의 핵심과제로 떠오른 것이다.
특히 국제적으로 궤도와 주파수 배분이 먼저 신청하고 확보한 국가에 유리한 방식으로 이뤄지는 만큼 뒤늦게 대응할 경우 원하는 궤도와 주파수를 확보하기 어려워질 수 있다는 우려가 나온다. 이에 우리 정부는 궤도와 주파수를 '국가전략자산'으로 관리하고, 향후 20~30년을 내다본 장기 확보 전략을 마련해 추진하기로 했다.
권현준 우주항공청 차장은 지난달 28일 열린 '제2회 K-우주포럼'에서 '저궤도 우주경제, 우리나라 정책 방향'을 주제로 발표하며 △궤도·주파수의 국가전략자산화 △국제규범 형성 적극 참여 △첨단 주파수 기술 확보 △궤도상 서비스 역량 강화 △우주상황인식(SSA) 역량 강화 △우주 수송역량 강화 등 6대 정책 방향을 제시했다.
위성 95%가 저궤도…그중 70%는 스타링크
저궤도는 지상 약 160~2000㎞ 높이에 형성된 우주 공간을 말한다. 지구와 가까워 통신 지연이 짧고, 위성을 여러 기 배치하면 전 세계를 연결하는 통신망을 만들 수 있다. 이 때문에 위성인터넷과 지구관측, 군사·안보 분야에서 저궤도 활용이 급증하고 있다.
비영리 위성추적사이트 셀레스트랙(CelesTrak)이 지난 10월 발표한 자료에 따르면 현재 운용 중인 저궤도 위성은 1만5819기로 전체 95%를 차지한다. 저궤도 위성 가운데 약 1만1000기(70%)는 스페이스X의 스타링크 위성이다. 용도별로는 상업용 통신위성이 전체 75% 가량으로 가장 많다. 이밖에 지구관측위성은 6~9%, 군사위성은 6~7% 수준으로 추정된다.
스페이스X의 스타링크는 최종적으로 약 4만2000기의 위성을 운용한다는 구상이다. 다만 4만2000기 전체 배치 시점은 정해지지 않았다. 스타링크가 지금까지 쏘아 올린 위성은 약 1만3000기이며, 이 가운데 약 1만1200기가 궤도에 있다. 아마존의 위성 인터넷 사업부 아마존 레오는 미국 연반통신위원회(FCC)가 정한 배치 시한인 2029년 7월까지 위성 3236기를 쏘아올릴 계획이다. 지금까지 발사한 위성은 약 400기다.
중국 위성네트워크그룹(중궈싱왕·中国星网)이 추진하는 '궈왕'(國網)은 약 1만3000기 규모의 저궤도 위성망 구축을 목표로 한다. 전체 구축 완료 시점은 아직 공개되지 않았다. 지금까지 발사한 위성은 220여 기다.
'중대형 위성'에서 '군집 위성'으로
이 같은 변화에 맞춰 한국의 위성 개발 전략도 달라지고 있다. 그동안 아리랑(다목적실용위성), 차세대 중형위성, 천리안(정지궤도위성) 등 성능이 높은 중대형 위성 1기를 개발하는 데 집중했다면, 이제는 여러 위성을 동시에 운용하는 군집위성 체계로 전환하는 추세다.
권현준 차장은 "누리호 5차 발사에 실린 초소형 군집위성(네온샛) 5기에 이어 6차 발사에서도 5기를 추가로 발사하고, 2030년까지 군집위성 체계를 구축할 계획"이라고 밝혔다. 개별 위성의 성능을 높이는 데서 나아가 여러 위성을 연결해 지구관측과 통신 능력을 높이겠다는 것이다.
다음 단계는 자체 저궤도 위성통신망 구축이다. 정부는 군·재난·공공통신 등 국가 수요를 기반으로 초기 시장을 형성한 뒤 민간의 위성-단말 직접통신(D2D)으로 활용 범위를 넓히는 장기 로드맵을 구상하고 있다. 초기 기술 실증과 군집위성 사업 확대를 거쳐 궁극적으로 대규모 위성통신망을 구축한다는 계획이다.
이를 위해 정부는 궤도와 주파수를 '국가전략자산'으로 관리하고, 장기적인 확보 전략을 마련하기로 했다. 한정된 우주 자원을 선제적으로 확보하는 동시에 공공 수요를 활용해 국내 민간기업의 시장 진입과 기술 축적을 지원하겠다는 취지다.
위성통신망 구축 규모와 방식은 아직 여러 시나리오를 검토 중이다. 국가우주위원회에서 발표한 방안은 크게 세 가지다. 1안은 지상 약 1280㎞ 고도에 위성 128기를 배치하는 방식이다. 위성이 지구에서 상대적으로 멀리 떨어지는 대신 1기가 더 넓은 지역을 담당할 수 있어 필요한 위성 수와 구축 비용을 줄일 있다는 게 장점이다. 총사업비는 3조9982억원으로 추산된다.
2안은 고도 888㎞에 위성 256기를 배치하는 방안이다. 국산 발사체 활용 가능성과 기존 기술개발 여건 등을 고려한 것으로, 사업비는 7조4184억원이다. 3안은 고도 1280㎞에 위성 512기를 배치하는 대규모 구축안이다. 향후 민간의 저궤도 위성통신 수요가 크게 늘어날 가능성에 대비해 충분한 통신 용량을 확보하는 데 초점을 맞췄다. 사업비는 14조2586억원으로 세 가지 안 가운데 가장 크다. 위성통신망 구축 사업은 2030년에 착수해 2035년까지 완료하는 것이 목표다. 최종 사업 규모와 위성 배치 방식은 아직 확정되지 않았다.
우주데이터센터·제조 플랫폼 개발도 추진
저궤도 활용은 위성통신과 지구관측을 넘어 새로운 산업으로 확장되고 있다. 대표적인 분야가 우주데이터센터와 궤도상 서비스·조립·제조다. 우주 공간의 특성을 활용해 데이터 처리부터 의약품과 첨단소재 생산까지 새로운 사업 기회를 찾으려는 시도다.
우주데이터센터는 지상 데이터센터의 일부 기능을 우주로 옮기는 개념이다. 저궤도에서는 태양에너지를 활용하기 쉽고, 미세중력 환경을 활용한 새로운 기술 실험도 가능하다. 다만 우주 공간에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 기술과 안정적인 전력 공급, 데이터 전송 등 해결해야 할 과제도 적지 않다.
이 같은 가능성을 확인하려는 시도도 시작됐다. 미국 스타트업 스타클라우드는 엔비디아의 H100 그래픽처리장치(GPU) 1개를 탑재한 60㎏급 위성 '스타클라우드-1'을 발사해 궤도에서 구글의 인공지능(AI) 모델 젬마의 학습과 추론을 검증했다.
우리 정부도 우주데이터센터 관련 기술 확보에 나선다. 권 차장에 따르면 2027년부터 열·전력 제어 기술과 전개형 방열판 개발을 시작한다. 이어 데이터 처리·저장 모듈을 검증할 수 있는 확장형 플랫폼 위성을 개발해 2030년까지 우주 실증을 마치고, 2035년까지 국산 AI반도체와 전력계를 적용한 우주데이터센터를 시범 운영한다는 계획이다.
우주 제조 역시 저궤도의 새로운 활용 분야로 꼽힌다. 미세중력 환경을 활용한 의약품 결정화와 반도체·광섬유 생산, 3D 프린팅, 식량 재배 등이 유망 분야다. 지상에서는 중력 등 환경적 제약으로 구현하기 어려운 제조 조건을 우주에서 실험하고, 이를 상용 생산으로 연결하려는 것이다. 정부는 우주에서 의약품을 제조한 뒤 지구로 가져오는 무인 제조 플랫폼도 개발한다. 2029~2030년 우주 실증을 목표로 관련 기술을 확보할 계획이다.
국내 기업도 우주 제조시장에 도전하고 있다. 스페이스린텍은 의약품 결정화 분야에서 기술 개발을 추진 중이다. 지난해 8월 자체 개발한 우주의약 연구모듈 'BEE-PC1'을 스페이스X의 팰컨9에 실어 국제우주정거장(ISS)으로 보냈다. 이 모듈은 우주비행사의 별도 개입 없이 내부에서 물질을 자동으로 혼합해 단백질 결정을 만들고, 그 과정을 카메라와 레이저로 실시간 관찰할 수 있도록 설계됐다. 스페이스린텍 관계자는 "이렇게 얻은 결정 데이터를 한국과학기술연구원(KIST)과 함께 차세대 폐암 치료제 개발에 활용할 계획"이라고 말했다.
저궤도 활용이 확대되면서 우주 공간의 안전한 관리도 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히 수명이 다한 위성과 우주쓰레기가 늘어나면서 이를 직접 제거하는 기술의 필요성이 커지고 있다. 정부는 내년 누리호 6차 발사에 능동포집위성을 실어 보내 수명이 다한 우리별 3호를 포획한 뒤 대기권으로 끌어내리는 임무를 수행하도록 할 계획이다. 궤도에 남아 있는 노후 위성에 접근해 직접 붙잡고 안전하게 제거하는 기술을 검증하는 것이다.