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- 지금까지 3개의 민간 기업 직접 경쟁: SpaceX는 Starlink, Amazon은 Kuiper, OneWeb
- 약 40억 명 인터넷에 접속 가능, 세계 인구의 절반에 불과해
- 국제전기통신연합 자료, 2020년도 아프리카의 72%, 아시아의 50% 여전히 오프라인 상태
- 빠른 위성 연결로 차량, 드론 및 로봇 차량을 실시간으로 원격 제어, 재해지역 모니터링
- 빈곤 국가는 고비용으로 사용 불가

메가(Mega) 별자리 - 미래 인터넷을 위한 글로벌 위성 네트워크

위성 인터넷 경쟁이 시작됐다.
세계의 가장 먼 곳에서도 광대역 인터넷, 자율주행 차량 또는 드론을 위한 데이터 연결이 필요하다. 현재 지구 궤도에서 형성되고 있는 수천 개의 소형 위성 네트워크가 이 모든 것을 가능하게 해야 한다. 메가 별자리는 새로운 글로벌 커뮤니케이션 시대를 약속하지만 단점도 있다.

▲ 낮은 궤도에 있는 수천 개의 인터넷 위성 별자리 - 이것이 미래의 모습까? © ESA Science Office

지금까지 3개의 민간 기업이 모두 직접 경쟁하고 있다. SpaceX는 Starlink, Amazon은 Kuiper 프로젝트 그리고 OneWeb은 이 목적을 위해 특별히 설립되었다. 중국과 유럽 연합은 이미 미래에 자체 위성 네트워크를 궤도에 설치하기를 원한다고 발표했다. 그것은 큰 이익과 디지털 통신에 대한 지배를 하겠다는 의미다.

그러나 다른 대부분 사람에게 지구 궤도에 있는 수만 개의 위성은 오히려 검은색으로 보인다. 천문학자들은 망원경을 관찰할 때 빛 공해와 결함에 대해 경고한다. 우주 관련 기관은 이미 완전한 지구 궤도에서 충돌이 증가하고 우주 쓰레기가 증가하는 것을 두려워하고 있다.

1. 격차 해소 ; 위성을 통해 인터넷은 무엇을 가져올까?

문제는 잘 알려져 있다.
광대역 인터넷과 조밀한 셀룰러 범위는 도시와 대도시 지역에서 일정한 접근성과 합리적으로 높은 데이터 전송 속도를 가능하게 하지만 농촌 지역의 사람들은 뒤처져 있다. 산업화된 국가에서도 네트워크 범위는 구멍으로 가득 차 있으며 대부분의 시골 거주자는 광섬유 연결이 단지 꿈에 불과하다.

전 세계 인구의 거의 절반이 여전히 오프라인 상태다.
이 디지털 불평등은 전 세계적으로 눈을 돌리면 훨씬 더 심각하다. 전 세계적으로 거의 40억 명의 사람들이 인터넷에 접속할 수 있는 것으로 추정된다. 이는 세계 인구의 절반에 불과하다. 네트워크 범위는 가난한 국가와 아시아 대초원과 같이 인구 밀도가 낮은 지역에서 특히 얇다. 국제전기통신연합(ITU)에 따르면 2020년에도 아프리카의 72%와 아시아의 50%가 여전히 오프라인 상태다. 

▲ 2012년에 ping을 활용한 인터넷 연결 분포. © Cody Hofstetter / CC-by-sa 4.0

이러한 차이의 이유:
광섬유 또는 구리 라인의 형태로 데이터 라인을 배치하는 것은 많은 시간이 걸리고 비용이 많이 든다. 기지국의 건설 및 설치에도 동일하게 적용된다. 상업 네트워크의 운영자 입장에서는 충분한 잠재 고객이 해당 지역에 거주하는 경우에만 가치가 있다. 그렇지 않으면 케이블을 배치하거나 안테나를 구축하는 것은 손실 사업이다. 따라서 반대가 많아도 단순히 생략한다.

케이블 대신 위성 네트워크

이것은 메가 별자리가 들어오는 곳이다.
궤도에 있는 통신 위성의 글로벌 네트워크는 인터넷과 이동 통신을 이전에 연결이 없거나 느린 연결만 있던 곳으로 가져오기로 되어 있다. 수백에서 수천 개의 미니 위성이 이러한 별자리에서 지구 전체에 일정한 간격으로 분포되어 있어 완전한 커버리지를 제공한다.

예를 들어 SpaceX 별자리 Starlink의 각 위성은 지구 표면에서 약 1천km의 영역을 제공할 수 있다.
고도 3만6000km의 정지궤도에서 궤도를 도는 위성 전화와 위성 송신에 이미 사용되는 위성들과 달리, 거대 별자리의 미니 위성은 500~1,500km 사이의 고도에서 저궤도(LEO)로 비행한다. 이러한 별자리에서 각 위치는 여러 위성으로 덮여 있어야 한다. 이렇게 하면 안정적인 연결이 보장된다. 위성 중 하나와 연결이 끊긴 경우에도 다른 위성이 개입할 수 있다.

개별 위성은 무게가 약 250kg이고 경제적인 장비로 기존 통신 위성보다 크기가 작고 생산 비용도 훨씬 저렴하다. 별자리의 미니 위성은 안테나와 송신기, 하나 또는 두 개의 작은 태양 돛, 온 보드 컴퓨터, 항성 및 태양 추적기 형태의 항법 보조 장치 및 이온 드라이브로 구성된다. 이러한 위성은 한 번에 60~75개 그룹으로 대량 생산 및 발사될 수 있어 비용이 크게 절감된다.

더 빠른 전송 및 더 낮은 대기 시간

이전 위성 전송에 비해 결정적인 이점은 새로운 메가 별자리가 가능하게 하는 대역폭과 속도에 있다. 낮은 지구 궤도의 위성은 약 12에서 40GHz 사이인 마이크로파 스펙트럼의 소위 Ka 및 Ku 대역의 주파수를 사용한다. 무엇보다도 단파 Ka-band는 새로운 위성 인터넷 제공업체의 약속에 따라 지상파 광대역 전송에 근접하거나 심지어 초과하는 높은 데이터 전송 속도를 허용한다.

신호의 전송 시간도 훨씬 더 짧다.
일반 통신 위성을 통해 전송된 신호는 최대 700ms(millisecond, 밀리초)의 지연으로 도착하므로 이러한 연결을 통한 화상 통화 또는 실시간 장치 원격 제어가 거의 불가능하다. 낮은 지구 궤도를 통해 전송될 때 신호는 훨씬 더 짧은 거리를 커버하므로 대기 시간이 20~40밀리초로 감소한다. 이는 거의 광섬유 및 DSL 표준에 가깝다.

▲ 저궤도의 위성은 인터넷 구멍을 줄여야 한다. © ESA

새로운 응용 가능성

이러한 속성은 위성을 통해 인터넷에 완전히 새로운 응용 가능성을 열어준다.
메가 별자리느 원격 지역에서도 광대역 인터넷 액세스를 제공할 수 있는 기회 외에도 일부 새로운 기술에 유리할 수도 있다.

예를 들어, 빠른 위성 연결을 통해 차량, 드론 및 기타 로봇 차량을 실시간으로 원격 제어할 수 있다. 이는 파이프라인, 재해 지역 또는 필드 및 농장을 이전보다 훨씬 더 쉽게 원격으로 모니터링할 수 있음을 의미한다. 자율주행 차량은 미래에 위성 신호의 혜택을 받을 수도 있다. 선박, 비행기 또는 이동 트럭의 인터넷 연결도 개선될 수 있다.

지금까지 그들은 이동 통신이나 기존 통신 위성에 대한 연결에 의존해 왔다.
그러나 메가 별자리는 공해상의 선박이나 항공기에 빠른 광대역 연결을 제공할 수도 있다. SpaceX는 2021년 봄에 미국 통신 당국 FCC로부터 Starlink 시스템에 대한 이러한 모바일 애플리케이션에 대한 라이선스를 신청했다.

그러나 이 멋진 인터넷 세상은 월 사용료와 위성 접시 및 라우터 비용을 감당할 수 있는 사람들에게만 도움이 될 것이다. Starlink의 베타 버전을 사용하면 월 99달러이며 장치에 대한 일회성 요금은 499달러이다. Starlink는 현재 이러한 스타터 패키지를 엉망으로 만들고 있지만 많은 가난한 국가의 사람들은 감당할 수 없을 것이다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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