[지식정보] 우주 관측용 인공위성과 우주인터넷 산업

우주에서 지구를 관측하는 인공위성 수가 급격히 증가하고 있다. 스페이스X는 총 4200기, 아마존 3236기, 원웹 648기 등을 내년까지 운용한다. 한번 발사에 수십기의 인공위성을 싣고 가는 발사체도 늘고 있다. 지구관측을 위한 위성에 많은 투자가 몰리고 있다. 특히 우크라이나와 러시아 전쟁으로 정밀한 관측 영상을 제공하는 인공위성 수요가 늘고 있다. 덩달아 인공위성에 대한 해킹 공격도 늘고 있어 이에 대한 보안도 중요해지고 있다. 관련 내용을 동아 사이언스의 우주산업 리포트를 요약하여 정리하였다.

자료: https://www.dongascience.com/news.php?idx=53524

https://www.dongascience.com/news.php?idx=53913

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1. 우주인터넷 시장 경쟁 치열해져

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아마존은 2022.04.05일 발사체 기업 3곳과 향후 5년간 83회의 로켓 발사를 진행하는 계약을 체결하면서 우주인터넷 사업에서 본격적인 추진을 선언하였다. 이 시장은 기존에 스페이스X와 원웹이 주도하고 있다. 아마존은 이를 통해 ‘카이퍼 프로젝트’로 명명된 우주인터넷망을 구축하는데 필요한 통신위성 3236기의 대부분을 지구 저궤도로 발사하게 된다.

아마존은 보잉과 록히드마틴의 합작법인이면서, 미국 정부와 군의 인공위성을 주로 발사해온 유나이티드론치얼라이언스(ULA), 프랑스 발사체 기업 아리안스페이스, 아마존의 창업자인 제프 베이조스의 블루오리진 등 3곳이다. ULA와 38회, 아리안스페이스와 18회, 블루오리진과는 12회 발사에 추가로 15회 발사 옵션 계약이다.

ULA는 현재 개발 중인 차세대 대형 발사체 ‘벌컨 센타우르’를 이용해 한 번에 40기 위성을 궤도에 올릴 예정이다. 아리안스페이스도 개발 중인 대형 발사체 ‘아리안-6’를 이용해 한 번에 35~40기를, 블루오리진도 개발 중인 대형 로켓 ‘뉴 글랜’을 이용해 1회당 60여기 인공위성을 운송할 계획이다. 이들 세 발사체는 아직 시험비행도 하지 않은 발사체다.

ULA 벌컨의 시험 발사는 2022년 하반기, 아리안의 아리안-6는 2023년 초, 블루오리진 뉴 글랜은 2023년 중에 있을 예정이다. 아마존 통신위성의 본격적인 발사는 2023년 초 중순부터 시작될 전망이다. 가장 많은 발사체 계약을 맺은 ULA와의 계약에서 아마존은 ULA의 발사장에 자사 인공위성 발사만을 위한 별도의 로켓 발사 플랫폼을 건설한다. ULA는 아마존의 위성을 실은 로켓 두 대를 동시에 발사할 수 있는 지상 인프라를 만든다.

아마존은 고객이 우주인터넷 사용에 필요한 지상 중계 안테나의 준비에도 공들이고 있다. 전자책 ‘킨들’과 알렉사 기반의 스마트 스피커 등을 통해 얻은 기술을 바탕으로, 전파 수신력과 원가경쟁력이 좋은 안테나를 개발하고 있다. 사용되는 반도체도 자체 생산한다. 안테나 크기는 LP판 크기로 개당 생산원가가 500달러 이하로 가격은 더 내려갈 것으로 보여 글로벌 비즈니스 모델로 경쟁할 수 있다.

일론 머스크 스페이스X의 스타링크는 2022년 3월 인플레이션을 이유로 장비와 서비스 가격을 인상했다. 기존에 99달러였던 이용료를 110달러로 약 10%, 499달러였던 중계 안테나 가격을 599달러로 약 20% 인상했다. 스페이스X의 경쟁력은 이미 궤도에 1600기 이상의 스타링크를 운용하고, 전 세계 30개국에 25만 명 이상의 스타링크 고객을 이미 확보하고 있는 점이다. 2023년 하반기까지 2600기 이상의 통신위성을 더 발사해 총 4200기의 스타링크 위성을 운용한다. 통신위성을 더 촘촘히 배치해 보다 안정적인 우주인터넷망을 구축하여,더 많은 고객을 유치하려는 전략이다.

위성 탑재 발사체는 현재 사용 중인 팰컨9이 아닌 스타십을 염두에 두고 있다. 팰컨9은 한 번에 최대 60여 기 위성을 발사할 수 있지만, 스타십은 수백 개를 발사할 수 있다. 조만간 첫 궤도비행을 한다.

2. 지구관측 위성에 투자 집중

자료: https://www.dongascience.com/news.php?idx=53913

미국 주도로 러시아에 대한 제재가 이뤄지면서 러시아 발사체가 우주시장에서 일시 퇴출되었다. 러시아로 가던 발사 수요 중 많은 양이 스페이스X로 몰리고 있다. 우주 인터넷 분야의 영국 기업 원웹은 통신위성 발사 물량을 2022년 3월 스페이스X와 계약했다.

우크라이나 전쟁 이후 고해상으로 지상을 촬영하는 지구관측 인공위성을 제작 운영하는 블랙 스카이, 맥사테크놀로지, 플래닛랩, 카펠라스페이스 등 기업들이 잘 나가고 있다. 각국 정부, 투자기관, 기후변화 감시하는 환경단체들의 정밀 지리정보에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 투자기관의 경우 투자대상 지역의 교통량을 보여주는 위성영상을 분석하여 투자 정보를 확보할 수 있다.

맥사테크놀로지는 우크라이나 전쟁이 정밀 지리정보 수요를 증가시키는 촉매제로 보고 있다. 러시아군이 우크라이나를 침공하기 위해 이동하는 위성영상이 언론에 공개되고 있다. 미국 국가정찰국(NRO)와 지리정보국(NGIA)는 우크라이나 전쟁 발발 후 해당 지역을 촬영한 상업용 고해상도 위성영상을 이 전보다 두 배 이상으로 늘렸다고 한다. 맥사테크놀로지는 위성영상 공급이 수요를 따라가지 못하자, 차세대 관측위성 ‘월드뷰 리전’을 서두르고 있다. 이 위성은 관측 위성 6기로 구성된 군집 위성으로 이 중 2기를 스페이스X 발사체를 이용해 조만간 발사한다. 현재 가장 높은 해상도인 30㎝ 이미지를 수집하고, 하루에 같은 장소를 15번 촬영이 가능하고, 하루에 수집 영역이 500만㎢라고 한다.

카펠라 스페이스는 최근 9700만 달러(약 1230억 원) 투자를 성공적으로 유치하여 누적 투자유치 규모는 1.9억 달러로 증가했다. 지난 1년 동안 매출 두 배 증가, 향후 1년간 현재의 3배를 전망하고 있다.

카펠라는 올해 초 군집 위성을 이용하는 고객들이 편리하게 필요 영상을 자동으로 촬영할 수 있도록 도와주는 자동화 시스템을 개발했다. 고객이 반복 촬영 지역과 촬영 횟수를 직접 설정하고, 위성은 그 결과물을 자동으로 고객에게 제공한다.

마켓츠 앤 마켓츠에 의하면, 위성 데이터 서비스 시장은 2021년 59억 달러에서 2026년에는 167억 달러에 이르며, 연평균 23%의 성장이 전망된다. 공급측면에서 새로운 기술과 시스템이 도입되고 있다. 소규모 마이크로 위성을 통해 다양한 산업 분야에서 위성 이미지 데이터 수요가 급증하고 있다. 시장은 상대적으로 저렴한 소형 센서, 위성, 발사체를 선호하고 있다. 발사 위성 수가 증가하면서, 소형위성은 일반 위성과 비교할 때 제조 비용 저렴, 하나의 발사체로 많은 위성 발사, 서로 다른 궤도 배치 등이 용이하여 선택이 많아지고 있다.

3. 영국 인공위성 회사 원웹

자료: https://www.dongascience.com/news.php?idx=52887

러시아는 영국이 대 러시아 제재에 동참했다는 것을 이유로 원웹의 통신위성을 지구 저궤도로 운반하도록 계약된 소유즈 로켓의 발사를 전면 중단시켰다. 영국 정부는 원웹의 주요 주주로 2021년 3월 기준 지분 약 33%를 보유하고 있다. 러시아는 그동안 원웹 위성의 발사가 진행된 카자흐스탄에 바이코누르 우주기지와 러시아에 보스토치니 우주기지, 프랑스령 기아나에 쿠루 우주센터에서의 발사를 모두 중단했다. 원웹의 통신위성 36기를 싣고 카자흐스탄 바이코누르 우주기지에서 발사될 예정이었던 소유즈-2.1b 로켓은 취소되었다.

원웹의 주주에는 미국, 영국, 일본, 프랑스, 한국 등 5개국가 포함되어 있다. 한국 한화시스템은 2021년 8월 3억 달러를 투자해 원웹 주식 25만 주(지분 8.8%)를 확보하고 이사회에 진출했다.

원웹은 2019년 2월 27일부터 2022년 2월 10일까지 소유즈 로켓을 이용해 총 13차례에 걸쳐 통신위성 428기를 지구 저궤도에 올려놨다. 이번에 취소된 것은 14번째 발사로 원웹은 이를 포함해 2022년 8월까지 다섯 번의 발사를 더 진행해 총 648기 위성을 궤도에 올린 후 연말까지 글로벌 우주 인터넷 서비스를 정식으로 출시할 계획이었다.

러시아 연방우주공사 로스코스모스는 2022년 3월 원웹 위성을 영국이 군사적 목적으로 사용되지 않겠다는 문서로 보장하고, 영국 정부는 원웹 지분을 매각해야만 위성 발사를 재개하겠다고 발표했다.

하지만 이러한 조건은 원웹과 영국 정부가 받아들이기 어렵다. 우주와 관련된 많은 제품, 서비스, 기술은 군사용과 민간용 구분이 명확하지 않다. 우크라이나군이 민간기업이 생산한 지구관측 위성사진을 러시아군과의 전투에 활용하는 것이 그 사례다.

군사적 전용은 해당 제품이나 서비스를 개발한 기업의 동의하에 진행되기도 하지만 그렇지 않은 경우도 많다. 원웹의 위성과 그 데이터의 군사적 전용을 원천 봉쇄하는 것은 현실적으로 쉽지 않다. 영국 정부의 지분 매각도 영국정부의 원웹 지분 보유는 국가 우주정책과 연관이 있어 수용하지 않는다.

영국은 원웹의 통신위성을 이용해 자체 위성항법시스템(GNSS)을 구축하고 있다. EU가 회원국들에 제공하는 갈릴레오 위성항법시스템의 사용이 2020년 1월 EU 탈퇴 후 제한됐기 때문이다. 그래서 영국 정부는 원웹의 지분을 일정 보유하는 것이 필요하다. 원웹은 영국의 우주산업 기반이기도 하다. 영국 정부는 원웹의 인공위성 생산공장을 영국에 세우는 것이다. 원웹은 2024년이나 2025년부터 영국에서 인공위성 생산을 시작하려고 한다.

한 번에 통신위성 수십 개를 발사할 수 있는 대형 로켓은 세계적으로 몇 종류 없고, 이러한 발사체의 2022년 사용은 이미 오래전에 마감된 상황이다. 우주산업에서 자체 발사 능력을 보유하는 것이 매우 중요하다. 그래서 원웹은 대체 발사체 회사로 스페이스X를 선택했다.

4. 우크라이나 사태로 우주기업들 활약 증가

자료: https://www.dongascience.com/news.php?idx=52570

맥사테크놀로지와 플래닛랩스 같은 인공위성회사들은 자사의 지구관측 위성으로 촬영한 러시아군 관련 고해상도 사진을 언론에 지속 제공하면서 상황을 생중계하고 있다. 그러면서 자사 인공위성의 관측 능력을 전 세계에 알리는 홍보가 되고 있다.

전천후 정찰이 가능한 SAR 군집위성을 운영하는 미국에 카펠라 스페이스는 낮과 밤 기상 상황과 상관없이 필요할 때 선명하게 보여준다. 수많은 고성능 지구관측 위성이 24시간 지구 주위를 돌고 있는 상황에서 몰래 대규모 병력을 이동하는 것은 불가능해졌다.

과학저널 네이처에 따르면, 현재 작동하는 지구관측 위성은 700기가 넘는다. 플래닛은 약 200기, 맥사는 약 80기를 보유하고 있다. 미국의 북한 전문 매체 38노스도 상업용 지구관측 위성이 제공하는 사진을 이용해 북한 핵시설을 포함한 군 관련 주요 시설을 모니터링한다. 주로 맥사, 플래닛, 에어버스의 위성사진을 활용하고 있다.

상업용 위성이 국가안보에 활용된 배경은 위성 제작 기술 발전과 제작비 하락이다. 과거 국가안보와 관련된 지구관측은 정부나 군이 대규모 예산을 투입해 특별히 만든 소수의 고성능 군사위성이 담당했다. 하지만 예산상 군이 운용할 수 있는 위성 수에 한계가 있었다.

민간기업이 군사위성 수준의 위성을 합리적인 비용으로 제작할 수 있게 되었다. 많은 기업이 이 분야에 진출하면서, 군사위성과 비등한 성능을 갖은 상업용 위성이 많이 우주로 올라갔다. 촬영한 영상은 기존 군사위성의 감시 공백을 메우고 있다.

미국의 군과 정보당국은 군사위성과 상업용 위성을 통합 운용하고 있다. 미국 국가정찰국(NRO)은 2021년 11월 미국 내 민간 위성회사를 대상으로 정보수집 및 분석에 사용할 상업용 위성사진 제공에 대한 입찰공고를 냈다.

NRO는 매주 상업용 위성사진 5만 개를 구매하고 있다. 앞으로 더 많은 상업용 위성사진을 구매한다고 한다. 미 우주군은 2022년부터 2023년까지 23억 달러(약 2조 7400억 원)를 들여 상업용 위성사진을 포함한 위성 서비스, 통신망, 장비를 임차해 우주군이 현재 보유한 우주 자산과 통합해 운영한다.

국가지리정보국(NGA)을 비롯한 다른 국가안보 기관도 민간의 우주 기반 감시정보의 구매를 늘리고 있다. 인공위성이 처음 전쟁에 사용된 것은 1991년 걸프전이다. 당시 미군은 GPS(위성위치확인시스템) 위성의 도움으로 이라크군의 핵심 시설에 대해 정밀타격을 하였다.

5. 인공위성에 대한 사이버 공격 증가

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러시아의 침공 전후로 우크라이나와 주변 지역에 공급되는 글로벌위치확인시스템(GPS)과 상업용 위성통신의 신호를 교란하는 사이버 공격이 있었다. 그 배후에 러시아의 사주를 받은 해커집단이 있다는 얘기가 나온다. 개전 초반 미국의 통신기업 비아샛이 운용하는 통신위성 KA-샛(KA-SAT)의 기능이 한동안 마비됐고, 이 위성과 연결되어 우크라이나와 주변 나라에 설치된 다수의 위성통신용 모뎀도 마비되었다.

해당 위성을 이용해 풍력 발전용 터빈을 작동시키는 독일의 에너지 회사 에너콘도 피해를 보았다. 스페이스X의 ‘스타링크’ 우주 인터넷도 공격의 대상이 됐다. 우크라이나 전투 지역 근처의 몇몇 스타링크 단말기들이 몇 시간 동안 동시에 전파 방해를 받았다. 전파 방해를 피할 수 있도록 최신 소프트웨어 업그레이드를 했다. 러시아 공격으로 파괴된 우크라이나의 통신망 복원을 위해 스타링크 서비스를 무상으로 제공했다.

인공위성에 대한 보안 강화가 필요한 이유는 크게 세 가지다.

① 우주로 발사된 인공위성의 수가 최근 몇 년 새 급격히 증가했고 이것이 국가안보와 산업에 미치는 영향도 커졌다.

② 경제성과 효율성 등의 이유로 정부와 군의 민간 위성 사용이 증가하고 있다. 군사위성과 민간 위성을 통합 운용하는 ‘하이브리드 전략’을 통해 지구관측과 통신, 첩보의 정확도를 높이려는 국가와 기관이 늘어나고 있다. 상대적으로 보안성이 취약한 민간 위성에 문제가 발생하면 그 피해는 공공 시스템으로 확대된다.

③ 인공위성이 ‘무기화’ 될 수 있다. 특정 국가의 인공위성을 해킹해 통제권을 확보한 후 고의로 경쟁국의 위성과 충돌시키면 이는 양국 간 외교·군사적 갈등이 된다. 우주 쓰레기를 만들 수 있다. 우크라이나 전쟁 발발 이후 미국은 자국 인공위성의 보안 강화를 위해 적극적으로 움직였다.

국토안보부 내에서 사이버 보안을 담당하는 ‘사이버 보안 및 인프라 보안국’(CISA)은 2022.03.17일 자국 인공위성 운영사들에게 평상시보다 통신망의 상태를 관찰하고, 아주 작은 이상 징후라도 상황을 바로 공유해 달라고 요청했다. 접수된 내용에 대해서는 사이버 보안 경보를 발령해 다른 업체들이 이에 신속히 대처할 수 있도록 한다.

이상 징후는 보안이 취약한 프로그램을 통해 위성통신망에 접속하는 경우, 위성통신망을 통해 예상외로 네트워크를 접속하는 경우, 위성통신망을 통해 비공개된 그룹의 위성통신 네트워크를 접속하는 경우, 통신위성 네트워크에 강제적인 접속을 시도하는 경우 등이다. 미국의 위성 사업자 모임인 위성산업 협회(SIA)는 이상 징후에 대한 신속한 정보공유를 약속하며 인공위성 보안을 위한 최고의 대응책을 추구할 것을 약속했다.

미 우주군은 2022년 1월부터 ‘인프라 자산에 대한 사전평가 프로그램’(IA-PRE)을 추진하고 있다. 미국 연방정부 및 군은 최고 수준의 사이버 보안력을 인증받은 인공위성 운영사와만 거래를 할 수 있다. 철저한 검증을 위해 18개 분야에 900개 이상의 세부 평가대상을 지정했다. 미 우주군이 자국 인공위성이 적국에 의해 공격당한 상황을 가정한 시뮬레이션 훈련도 정기적으로 하고 있다.