5월 우주항공청 개청을 앞두고 우주산업에 대한 기대감이 고조되고 있습니다. 지금까지 우주개발은 정부가 주도해오고 있었지만, 우주항공청 출범을 계기로 민간기업들의 참여와 역할이 대폭 확대될 전망입니다.
특히 이번 우주항공청 출범으로 통신 및 방산용 인공위성 개발에 대한 기대감이 높아지고 있습니다. 정부는 최근 발사에 성공한 국내 1호 초소형 군집위성인 ‘NEONSAT’를 시작으로 2027년까지 11기의 군집위성을 운영한다는 계획안을 내놓기도 했습니다.
인공위성이란?
인공위성은 지구 궤도를 도는 인공적으로 제작된 물체를 말합니다. 자연 발생적인 천체가 아니라 인간이 특정한 목적을 가지고 고안하여 우주 공간에 진입시킨 인공 구조물입니다.
인공위성은 로켓 등의 발사체를 이용해 지구 중력가속도를 벗어나 궤도 진입 속도에 도달한 후, 지구 주위를 지속적으로 공전하도록 설계되었습니다. 궤도 유지를 위해서는 시속 약 28,000km의 속력이 필요합니다. 인류 최초의 인공위성은 1957년 10월 4일 구소련에 의해 발사된 스푸트니크 1호입니다. 이후 기술이 발전하면서 현재 수천기 이상의 인공위성이 지구 궤도를 돌고 있습니다.
인공위성은 크게 무인위성과 유인위성으로 나눌 수 있습니다. 무인위성은 다양한 임무를 수행하기 위해 지구궤도에 진입한 인공체입니다. 유인위성은 국제우주정거장과 같이 우주인들이 상주하며 운영되는 궤도 플랫폼입니다. 무인위성은 그 목적에 따라 지구관측위성, 통신위성, 군사정찰위성, 과학탐사위성 등 여러 유형으로 나뉩니다. 위성의 크기와 무게, 설계와 구조는 각 임무와 용도에 최적화되어 있습니다.
최근에는 민간 기업들도 인공위성 개발에 적극 나서면서 상업용 위성통신, 원격탐사, 우주관광 등 새로운 분야로 확장되고 있습니다. 앞으로 인공위성은 우주 활동의 핵심 인프라로 그 역할과 중요성이 더욱 커질 전망입니다.
군집위성
군집위성이란 수십에서 수천기의 소형 인공위성들을 저궤도에 조직적으로 배치하여 하나의 통합된 네트워크를 구축한 시스템을 말합니다. 개별 위성들이 서로 긴밀히 연계되어 운영됨으로써 전세계에 원활한 서비스 커버리지를 제공할 수 있습니다. 또한 위성 간 중복 배치를 통해 신뢰성과 내구성이 높아지는 장점이 있습니다.
군집위성은 주로 광대역 위성통신망 구축과 고해상도 지구관측, 정밀 위치추적 등의 분야에서 활용되고 있습니다. 대표적인 사례로 스페이스X의 스타링크, 아마존의 카이퍼 등이 있습니다. 소형위성을 활용해 제작비용을 낮추고 지속적인 교체도 가능해 차세대 위성네트워크의 주류로 자리잡을 전망입니다. 다만 궤도 혼잡, 우주 남축 등의 과제도 있어 이를 해결할 지속가능한 체계 마련이 필요할 것입니다.
인공위성의 기본구조
본체(Body)
인공위성의 본체는 위성의 기본 골격 구조로, 모든 부품과 장치가 이 본체 내부에 탑재됩니다. 본체는 가벼우면서도 강한 재질인 알루미늄 합금이나 복합재료 등으로 제작됩니다. 본체 내부는 전자장비를 보호하고 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 특수 설계되어 있습니다.
전력체계(Power System)
전력체계는 태양전지판을 이용해 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 위성에 전력을 공급하는 역할을 합니다. 태양전지판에서 생산된 전력은 충전지(배터리)에 저장되었다가 필요할 때 사용됩니다.
자세제어체계(Attitude Control System)
자세제어체계는 반작용휠, 자이로스코프 등의 장치를 사용하여 위성의 자세를 제어하고 유지하는 체계입니다. 이를 통해 위성이 지구를 항상 정확히 향하도록 자세를 유지할 수 있습니다.
통신체계(Communication System)
통신체계는 위성과 지상국 사이에서 지령과 데이터를 송수신하는 역할을 합니다. 안테나와 송수신기 등으로 구성되어 있습니다.
탑재체(Payload)
탑재체는 위성의 주 임무를 수행하는 장비들을 말합니다. 지구관측카메라, 통신중계기, 과학실험장비 등 위성의 목적에 따라 다양한 탑재체가 실려 있습니다.
이밖에 열제어체계, 추진체계, 비행소프트웨어 등 여러 하위체계가 있으며, 이들은 제한된 공간 내에 최적화되어 조밀하게 탑재되어 있습니다.
인공위성 종류(용도별)
인공위성은 용도에 따라 다양한 종류의 위성이 개발되고 있으며 대표적인 인공위성의 종류는 다음과 같습니다.
1. 지구 관측 위성
– 기상, 환경, 자원 등 지구의 다양한 정보를 수집하는 역할
– 예) 천리안위성, 아리랑위성(한국), 랜드샛(미국) 등
2. 통신 위성
– 전화, 인터넷, TV 방송 등 통신 서비스 제공
– 예) 무궁화위성(한국), 갤럭시(미국) 등
3. 내비게이션 위성
– 위치 정보 제공을 통해 길 안내 역할
– 예) GPS위성(미국), 갈릴레오(유럽) 등
4. 과학 탐사 위성
– 우주 및 천체에 대한 과학적 연구와 관측
– 예) 허블 우주 망원경(미국), 소호 태양 관측 위성(ESA/NASA) 등
5. 군사/정찰 위성
– 정밀 촬영, 감시, 통신 등 군사 목적 활용
– 구체적인 위성명은 비밀리에 운영됨
저궤도 위성 vs 정지궤도 위성
인공위성은 운영 궤도 높이에 따라 저궤도 위성과 정지궤도 위성으로 구분됩니다. 두가지 위성의 주요 특징과 차이점은 다음과 같습니다.
저궤도 위성(Low Earth Orbit Satellite)
저궤도 위성은 지구 상공 160km ~ 2,000km 고도의 낮은 궤도를 돌고 있는 인공위성입니다. 저궤도 위성은 지구 관측에 매우 유리한 조건을 가지고 있어 스타링크(Starlink), 아리랑위성, 허블우주망원경 등 대부분의 과학/관측 위성이 저궤도에서 운영되고 있습니다. 또한 궤적 변화를 활용한 군사정찰 위성도 저궤도를 이용합니다.
1) 궤도 높이 – 지구에 매우 가까운 160km~2,000km 사이의 저궤도
2) 지구 상대 운동 – 지구 자전 속도보다 느리게 돌기 때문에 위성 궤적이 계속 변화
3) 장점 – 지구에 근접해 있어 고해상도의 정밀 관측이 가능하고, 시간이 지날수록 전 지구 관측 가능
4) 단점 – 궤적 변화로 인해 특정 지역에 대한 지속적인 관측이 제한적임
5) 주요 이용 분야 – 지구관측, 과학탐사, 군사정찰 등
정지궤도 위성(Geostationary Orbit Satellite)
정지궤도 위성은 지구 자전 주기와 동기화된 약 35,786km 상공의 정지 궤도를 돌고 있는 위성입니다. 정지궤도 위성은 한 지역에 대한 상시 관측이 가능하므로 주로 통신과 기상 관측 등에 활용됩니다. 대표적으로 천리안위성, 무궁화위성, 기상위성 등이 정지궤도에서 운영 중입니다.
1) 궤도 높이 – 지구 상공 약 35,786km 고도의 정지 궤도
2) 지구 상대 운동 – 지구 자전 주기와 동일하여 지구 대비 정지된 상태 유지
3) 장점 – 특정 지역에 대한 지속적인 관측과 통신이 가능
4) 단점 – 지구에서 멀리 떨어져 있어 해상도가 낮고, 극지방 관측이 제한적임
5) 주요 이용 분야 – 통신, 기상관측, 방송중계 등
이처럼 저궤도와 정지궤도 위성은 각기 다른 장단점을 가지고 있으며, 최근에는 두 궤도의 이점을 모두 취하기 위해 궤도 이동이 가능한 위성도 개발되고 있습니다.
스페이스X
스페이스X가 발사하는 대부분의 인공위성은 저궤도 위성입니다. 스페이스X는 주로 스타링크 프로젝트를 위해 수많은 소형 통신위성을 저궤도에 배치하고 있습니다.
스타링크는 전세계에 초고속 인터넷 서비스를 제공하기 위한 대규모 위성통신 네트워크 구축을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 스페이스X는 2019년부터 60개씩 묶여있는 스타링크 위성을 재사용 가능한 팰컨9 로켓으로 계속해서 발사하고 있습니다. 현재까지 6,000여 기 이상이 발사됐으며 이중 4,800여 기가 군집운영되고 있는것으로 알려졌습니다.
저궤도를 선택한 이유는 지구에 가까워 통신 지연시간을 최소화하고, 궤적 변화로 인해 전 세계를 촘촘히 커버할 수 있기 때문입니다. 다만 지속적인 인터넷 서비스 제공을 위해서는 수천기의 위성이 더 필요한 상황입니다. 이외에도 스페이스X는 지구관측, 우주과학 임무 등을 위한 다양한 소형 위성들도 저궤도에 진입시키고 있습니다.
인공위성 관련주
다음은 미국과 한국의 인공위성 관련주로 주목해볼만 한 기업들 입니다.
미국 관련주
- Maxar Technologies: MAXR (NYSE) – 지구 관측, 레이더, 궤도 서비스 위성, 위성 제품 및 관련 서비스를 제공
- L3Harris Technologies: LHX (NYSE) – 무선 장비, 전술 라디오, 항공 전자 시스템, 야간 투시 장비, 위성 안테나를 생산
- Viasat: VSAT (NASDAQ) – 광대역 위성 통신 서비스 및 보안 네트워킹 시스템을 제공
- EchoStar: SATS (NASDAQ) – 글로벌 위성 통신 및 인터넷 서비스 제공 업체
- Gilat Satellite Networks: GILT (NASDAQ) – 위성 통신 지상 기지국 관련 장비를 개발 및 판매하고 있음
- Comtech Telecommunications: CMTL (NASDAQ) – 지상파 및 무선 네트워크 솔루션, 위성 및 우주 통신 기술 등을 제공
- Xilinx: XLNX (NASDAQ) – AMD의 자회사. 반도체 팹리스 업체로 광통신 등 다양한 응용산업에 사용되는 FPGA 칩을 생산
한국 관련주
- 한국한국우주(KAI) – 한국 대표 방산업체. 항공기, 항공기 정비, 인공위성 및 발사체 등을 개발
- 인텔리안테크 – 위성통신 안테나 전문 개발 업체로 초고속 위성통신을 지원하는 지상 기지국 안테나를 공급
- 이노와이어리스 – 무선망 최적화 솔루션 및 지상 기지국 테스트·계측 장비를 공급
- 컨텍 – 위성 영상 분석, 위성 데이터 처리, 위성과 발사체의 지상 관제 서비스를 제공