● 스페이스X가 추진 중인 ‘스타링크’ 프로젝트란 무엇인가?

저궤도 위성은 정지궤도 위성 대비 낮은 전송지연 특성을 이용하여 다수의 저궤도 군집 위성 운용을 통해 커버리지(Coverage)를 확대함으로써 글로벌 ICT (Information & Communication Technology) 서비스를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 글로벌망 구성의 장점으로 인해 기존 또는 신규 글로벌 기업들은 막대한 투자자본을 기반으로 (초)소형 군집 위성기반 인터넷 서비스 실현을 위한 본격적인 경쟁에 돌입한 상황이다. 2019년 한 해 SpaceX는 13억3천만 달러의 투자를 유치하였고, 2020년 2억5천만 달러를 추가로 유치 중에 있다.

현재까지 저궤도 글로벌 위성통신망 구축 계획은 SpaceX, Telesat LEO, Amazon, 화웨이 등 글로벌 기업들이 서비스 계획을 발표하고 FCC (Federal Communications Commission) 주파수 사용 승인 요청, 위성체 제작 및 시험 운용 등 저궤도 소형위성 기반 글로벌 위성 통신 서비스 추진을 위한 노력을 진행 중에 있다. 저궤도/중궤도 군집위성 대용량 통신 서비스 사업은 주로 Ku/Ka 대역 사용자 링크가 사용될 전망이며 기존 위성 통신 주파수 대역과 비슷하다. 이러한 망 구조는 지상 게이트웨어와 위성 탑재체를 거쳐 지상 단말기로 연결해 주거나 위성 간 링크 (ISL: Inter-Satellite Link)를 통해서 지상 단말로 연결이 가능하다.

스타링크는 구글(Google)과 피델리티(Fidelity)사로부터 10억 달러 투자를 받아 5년 내에 4천개의 저궤도 위성을 사용한 고속의 개인 서비스와 지상망의 광케이블을 대체할 수 있는 고속의 네트워크 구축 계획이다. 2020년 4월 기준, 총 4백17기의 소형위성을 성공적으로 발사하였으며, 이후부터는 2주에 한 번씩 발사를 진행할 계획이고, 이것이 성공적으로 끝나면 1만2천 기의 위성이 궤도상에 배치될 계획이다. 또한, 추후 4만2천기로 그 범위가 확장될 가능성도 있다.

SpaceX는 북미 지역 위성 인터넷 서비스를 위해 1백만 대 규모로 다음의 그림과 같이 단말(안테나 48cm 크기) 사용에 대해 2020년 3월에 FCC 승인을 확보하였다. 72개의 궤도면(@550km 궤도)에 각각 22개의 스타링크 위성을 배치하여 총 1천5백84개의 위성으로 글로벌 인터넷 서비스를 제공 계획하며, Falcon 9 로켓의 보조로켓 재활용으로 발사 비용 절감, 소형위성 및 단말 위상배열 안테나 절감 비용, 특히 지상 단말용 안테나는 1천5백 달러 수준에서 약 2백~3백 달러의 저가화 개발을 통해 네트워크 구축 비용을 절감하여 가격 경쟁력 있는 글로벌 인터넷을 제공할 계획이다.

▲ 스타링크의 서비스 빔 특성(출처: Alexa Aguilar)

● 스타링크 프로젝트의 작동원리

스타링크 소형 군집위성은 고도 550km의 지구 저궤도에서 운영된다. 정지궤도 위성과는 달리 수천 개의 위성이 머리 위를 지속적으로 지나간다. 인터넷 연결이 됐던 위성이 통신 가능한 범위를 벗어나게 되면 차례로 다가오는 위성에게 신호를 ‘핸드오버(Hand-Over, 서비스 중인 기주국 영역을 벗어나 인접 기지국으로 이동할 때 통화나 인터넷 연결을 계속 유지하기 위해 인접한 기지국으로 신호를 자동 동조하는 것. 지상통신 시스템에서는 사용자의 이동에 의해 핸드오버가 발생하지만 위성 통신 시스템에서는 위성의 이동에 의해 핸드오버가 발생하게 됨)’하는 방식으로 연결이 유지된다.

사용자가 위성에 특정 서비스 요청 신호를 보내면 위성이 지나가는 지역에 구축된 지상 게이트웨이(Gateway)에 전달되고 게이트웨이가 해당 서비스 관련 신호를 불러와 위성에 보내면 위성은 다시 사용자에게 전달하는 방식이다. 하지만, 게이트웨이가 없는 지역이 존재할 수 있다. 이 경우에는 위성 간 레이저 링크 기술을 통해 지상 게이트웨이 접속이 가능한 위성으로 서비스 요청 신호를 전달하는 방식이 사용된다.

스타링크의 지상 수신 안테나는 최근 무게가 4.2kg, 크기가 가로 50cm이고 세로 30cm인 경량화되었다. 안테나와 와이파이 라우터, 전원 어댑터, 케이블과 함께 제공되는 스타링크 지상 터미널은 초기 비용이 4백99달러, 월 사용료는 99달러이다. 그윈 숏웰 스타링크 사장은 이 비용을 약 절반으로 줄일 것이라고 밝힌 바 있다.

● 스타링크 프로젝트, 발전 및 검토가 더 필요한 부분은?

스타링크 사업이 현실화하면서 부작용도 생겨나고 있다. 최근에는 스타링크 위성이 중국의 우주정거장에 가까이 다가가 충돌할 뻔한 적도 있었다. 위성이 너무 많아지면서 발생할 수 있는 일이다. 현재 지구 주위의 우주 공간을 떠도는 우주쓰레기는 약 6천 톤으로 추정되며 지름이 10cm 이상의 우주쓰레기는 약 2만2천개로 파악된다. 인공위성이나 로켓의 잔해나 파편이 대부분이다. 우주쓰레기는 운영 중인 다른 위성과의 충돌 위험에 심각한 위협을 가하고 있다. 이런 가운데 스타링크 프로젝트는 우려를 깊게 하고 있다. 스타링크 프로젝트에서 진행하는 1만2천 기의 위성 수는 앞서 지구 궤도를 돌고 있는 위성의 전체 개수보다 더 많다. 이뿐만 아니라 많은 위성이 태양 빛을 반사해 별 관측을 방해한다는 지적도 나오고 있다. 천문을 관측하는 천문학자들 입장에서 하늘 위 위성들은 더할 나위 없는 재앙으로 받아들여지고 있다. 위성은 관측 대상인 별을 직접 가리거나, 햇빛을 반사해 고품질 영상 획득을 방해하고, 위성들 때문에 하늘이 더 밝아질 정도로 큰 ‘광공해’을 일으킬 수 있다. 이 때문에 광학망원경이 제 성능을 발휘할 수 없게 된다. 위성 통신에 따른 전파장애는 전파망원경 성능에도 악영향을 끼친다.

● 스타링크, 향후 인터넷 기술에 끼칠 전망

이러한 논란에도 분구하고 스타링크가 우주 시대를 앞당기는 데 기여하고 있는 것은 분명한 사실이다. 세계인구 78억 명 가운데 36억 명은 통신 인프라 부족으로 인터넷 접근이 어려운 상태에 놓여 있다. 스타링크가 본격화하면 인터넷 사각지대가 없어져 관련 산업이 폭발적으로 성장할 수 있다. 자율주행차, 6세대 이동통신, 메타버스 등 첨단 신산업이 발전하는데 필요한 인프라 역할도 할 수 있다.

스타링크는 전쟁 전 우크라이나에 서비스를 제공하지 않았다. 하지만 위급 환자를 구출하고 민간인 보호를 위해 통신수단이 필요하다는 우크라이나 정부의 요청을 받아들여 서비스를 제공하기 시작했다. 다소 무모하다는 지적과 함께 천문 관측에 방해가 된다는 지적을 받아온 스타링크가 이번 전쟁에서 빛을 발하고 있다. 위성 통신 전문가들은 1만개가 넘는 위성을 띄운다는 발생이 비현실적이라고 여겼지만 전쟁과 가난으로 통신인프라가 부족한 곳에서의 가능성을 보여줬다는 평가를 내고 있다.