[김 소장의 ‘핏(FIT)’] 하늘을 뒤덮는 위성, 6G를 위한 고민과 갈등

시대의 흐름은 너무나도 빠르게 우리가 상상하던 미래의 모습을 향해 달려가고 있습니다. 때로는 그 속도의 차이가 분야마다 너무 커서 어떤 장단에 맞추어 살아야 할지 고민되고 불안할 때가 많이 있습니다. 먼 미래처럼 보이는 IT 기술이 어떻게 진화할 것이고 지금을 살아가는 우리는 어떤 논의를 이어가야 될지. 맞춤 정장처럼 꼭 맞는 형태로 제공해 드리기 위해 핏!한 IT 소식을 전달하는 ‘김 소장의 핏’을 통해 하나씩 풀어가보도록 하겠습니다.

Q. 최근 우주를 향해 일론 머스크가 계속 욕심을 보이고 있는데요. 이번에는 화성 탐사에 사용할 우주선을 공개했다고요?

일론 머스크가 화성 탐사에 사용할 스페이스X 스타십 우주선을 선보였습니다. 지난 2022년 3월 11일(현지시간), 스페이스X 소유의 텍사스 남부 보카치카 우주기지에서 약 70m 길이의 슈퍼 헤비 로켓 부스터 위에 50m 스타십 우주선을 연결한 모습을 공개했는데요.

많이 알려졌듯이 스페이스X는 달과 화성에 우주선을 보내기 위해 재사용할 수 있는 로켓과 우주선 개발을 진행 중입니다. 지구에서 발사한 로켓 부스터는 우주선과 분리해 발사 타워로 다시 되돌아 오는 형태인데요. 스페이스X는 지구로 다시 돌아오는 로켓 발사체를 공중에서 낚아 채기 위해 ‘메카질라’라 불리는 로봇 팔을 발사탑에 탑재하는 방식도 고려하고 있죠.

참고로 일론 머스크는 로켓 부스터 상승에 2분, 돌아올 때 4분이 걸리며, 로켓 충전에 약 6~8시간을 소요한다고 전했습니다. 즉, 로켓 1개를 가지고 하루에 3번 발사할 수 있다는 설명이죠. 그는 "인류가 항성을 탐험하는 미래의 열쇠"라며, “액체 산소를 사용해 ‘재급유(refueling)’가 아닌 ‘재충전(refilling)’을 구현했다. 때문에 장기간 비행에 더 유리하다”라고 전했습니다. 또한, “스페이스X의 슈퍼 헤비 로켓 부스터의 추진력은 지금까지 우주를 향한 로켓 중 가장 큰 ‘새턴 V’ 대비 2배 이상”이라며, “현재 29개의 랩터 엔진을 탑재했으며, 향후 33개까지 늘릴 예정”이라고 설명했습니다.

Q. 추후 우주선을 만들고 발사하는 비용도 1,000만 달러 이하라는 이야기를 했다는데요?

네. 일론 머스크는 “차세대 렙터 엔진 2는 첫 번째 버전을 완전히 재설계해 비용을 반으로 줄이고, 부품도 적다”라고 설명하며, “현재 일주일에 5~6개만 만들 수 있지만, 다음달까지 7개까지 생산할 수 있을 것”이라고 덧붙였죠.

이처럼 로켓 발사 비용을 줄이면, 우주 여행에 혁명을 일으킬 수 있을 겁니다. 2~3년 내 스타십 발사 비용은 2~3년 1,000만 달러(한화 약 120억 원) 이하로 줄어들 것이라고 전했죠. 이는 약 6,000만 달러를 필요로 하는 ‘팰컨 9’ 로켓 발사 비용의 6분의 1 수준입니다.

참고로 이전에 로켓 발사 비용은 로켓 무게 1kg당 10만 달러 정도였습니다. 만약 일론 머스크가 발표한 내용대로 스타쉽을 실현한다면, 100톤에 1,000만 달러 즉, 1kg당 100달러에 불과한 수준이죠. 100만 원짜리 항공권이 1,000원으로 바뀐 것과 비슷합니다. 저렴한 비용만큼 우주를 향한 인류의 발걸음은 빨라질 수 있겠죠.

Q. 그런데 최근 천문학자들이 일론 머스크에 반기를 들고 있답니다. 이건 무슨 이야기인가요?

‘유엔 우주공간 평화적 이용 위원회(COPUOS)’ 소속 과학기술 소위원회가 오스트리아에서 열린 제59차 회의에서 인공위성으로 인한 우주 환경 변화를 공식 의제에 올렸습니다. 의제 명칭은 ‘어둡고 조용한 하늘의 보호’인데요. 위성으로 인한 천문관측 방해를 유엔 공식 의제로 채택한 것은 처음입니다.

해외 언론은 '국제천문연맹(IAU)의 분노’라고 표현했습니다. 하늘을 뒤덮은 위성들이 천문 관측을 방해한다는 이유였죠. 이들은 '어둡고 조용한 하늘을 위성의 방해에서 지키는 센터'라는 기구까지 설립했는데요. 이 기구는 위성을 이용하는 산업에 규제를 촉구하고, 뜻을 함께하는 천문학자를 지원한다고 전했습니다.

일론 머스크의 스페이스X가 추진하는 사업 중 ‘스타링크(Startlink)’를 겨냥한 것으로 볼 수 있는데요. 스타링크는 지구 저궤도에 위성을 띄워 지상 어디에서나 인터넷을 사용할 있도록 제공하는 통신 시스템입니다. 무선 네트워크를 우주로 확장한 셈이랄까요. 다만, 스타링크 위성이 지구 저궤도를 가득 메우면 지상의 광학 망원경과 전파 망원경에 치명적인 ‘잡신호’를 뿌린다는데요. 이 같은 논란에 유엔이 공식 대응에 나선 겁니다. 전례 없는 상황이죠.

Q. 음.. 대체 얼마나 많은 위성을 쏘길래요?

2019년 5월 위성 60개를 한 번에 쏘아 올렸습니다. 그야말로 위성을 하늘에 뿌려대고 있죠. 지난 2022년 2월까지 쏘아올린 위성은 2,000여 개입니다. 2020년대 후반까지 총 1만 2,000여개를 쏘아올릴 예정이죠. 안정적인 스타링크를 구축하기 위해 약 4만 2,000개의 위성을 활용할 계획입니다.

스타링크 사업 전 운영하던 전 세계 위성은 모두 2,000개에 불과했습니다. 즉, 스타링크 위성을 처음 발사한 뒤, 3년만에 전체 위성 숫자를 따라 잡은 셈이죠. 앞으로도 급격한 증가를 예고하고 있습니다. 아, 참고로 위성 숫자를 강제로 제한하거나 관리하는 국제 규정은 아직 없죠.

천문을 관측하는 이들 입장에서 하늘 위 위성은 더할 나위 없는 재앙입니다. 위성은 관측 대상인 별을 직접 가리거나, 햇빛을 반사해 고품질 영상 획득을 방해하기 때문인데요. 위성 때문에 하늘이 더 밝아질 정도로 엄청난 '광공해를 일으킨다’고 하네요. 광학 망원경이 제 성능을 발휘할 수도 없습니다. 위성 통신에 따른 전파장애는 전파 망원경 성능에도 영향을 끼치죠.

지상에서 불과 수백km 고도를 비행하는 스타링크 위성들은 광학 망원경 관측을 방해할 정도로 밝게 빛납니다. 도화지에 선을 그은 것 같은 궤적을 망원경 렌즈에 길쭉하게 남기는데요. 이런 일은 스타링크를 시작한 2019년부터 세계 곳곳에서 발생했습니다. 스페이스X가 빛 가리개를 위성에 장착한다는 대책을 내놨지만, 근본적인 해결책일지는 의문이죠.

전파 망원경의 성능도 떨어뜨리는 이유는 주파수 때문입니다. 스타링크는 10.7~12.7GHz(기가헤르츠) 대역에서 인터넷 서비스를 제공합니다. 그런데 이 주파수 대역은 천문학자들이 외계 생명체가 지녔을 법한 분자를 감지하거나 태양계 밖 행성을 찾을 때 활용하죠.

2030년 운영을 목표로 건설 중인 전파 망원경 ‘스퀘어 킬로미터 어레이(SKA)’ 소속 과학자들은 최근 우주매체 스페이스닷컴을 통해 “위성이 증가하면 잡신호가 더 생길 것”이라고 우려의 목소리를 냈습니다. 문제는 이런 일들이 아주 오랜 시간 장기화 될 소지가 크다는 점입니다. 이런 위성들이 향후 쓰임을 다하면, 우주 쓰레기로 전락할 수 있기 때문이다.

Q. 위성을 이렇게 많이 쏘아 올리는 이유가 있을까요?

스타링크처럼 저궤도 위성을 활용한 인터넷 망 사업은 차세대 통신, 6G로 이어지기 때문인데요. 지금 이 순간에도 위성은 하늘로 솟아 오르고 있습니다.

6G는 5G 대비 전송속도 최소 50배의 성능으로 초당 1TB를 전송합니다. 2028년~2030년쯤 상용화를 예상하고 있는데요. 지연시간은 5G의 1/10 수준이며, 지상 10Km 높이까지 연결할 수 있을 정도로 범위도 확대될 예정입니다. 기지국 중심으로 특정 지점과 연결해야 이용할 수 있었던 기존 무선 네트워크와 달리 음영 지역이 거의 없는 수준을 만족시켜야 한다고 하죠. 그래서 위성을 활용하는 겁니다.

이러한 기술 규격은 자율주행차와도 연결됩니다. 자율주행은 인터넷 연결의 지연 속도가 ‘0’에 가까워야 하고, 언제 어디서든 지속적으로 연결되어 있어야 합니다. 때문에 자율주행차의 가장 기본적인 인프라를 6G라고 하는데요. 위성강국이 6G를 이끌 것이라는 주장도 나오고 있는 상황이죠.

테슬라의 자율주행을 떠올릴 수 있습니다. ‘테슬라 X 스타링크’라고 생각해도 좋겠죠. 자율주행의 경쟁력을 확보하기 위한 발걸음이라 생각해도 좋겠네요. 이는 타사 대비 압도적인 우위를 점합니다.

Q. 아… 스페이스X의 스타링크를 활용해 테슬라의 자율주행을 업그레이드 시킬 수 있다는 거네요.

위성을 활용하는 여러 방법 중 하나죠. 스페이스X만 위성을 쏘아올리는 것도 아닙니다. 테슬라의 경쟁자라고 할까요? 아마존도 지난 2020년, 인공위성 프로젝트 ‘프로젝트 카이퍼’를 공개했습니다. 총 3,236개의 위성을 지구 저궤도로 발사하는 위성 인터넷 사업인데요. 네, 스타링크랑 같은 사업입니다. 미 정부로부터 승인을 받았고, 스타링크와 직접적인 경쟁을 펼칠 예정이죠.

중국, 영국도 있습니다. 중국은 6G 인공위성 텐옌5를 발사했고, 영국은 위성통신 프로젝트 ‘원웹’에 5억 달러를 투자하고 있죠.

Q. 이러다가 하늘에서 위성끼리 충돌하는 것 아닌가요?

실제로 위성 충돌을 예견하는 의견이 등장하고 있습니다. 마치 영화 속 장면처럼 말이죠. 스페이스X 스타링크 위성과 영국의 원웹 위성이 58m까지 접근해 첫 충돌회피 기동을 했다는 소식도 전해졌죠.

얼마 전 일인데 기억하실지 모르겠네요. 중국이 쏘아 올린 로켓 잔해물이 지구로 추락한다는 뉴스가 있었죠. 길이 30m, 무게 21톤에 달하는 잔해물의 추락 소식에 어디로 떨어질지 몰라 전 세계가 긴장했던 일입니다. 이 거대한 우주 쓰레기는 중국의 우주정거장 설립 계획에서 비롯했었죠.

과거에도 비슷한 일은 있었습니다. 중국이 발사한 로켓 잔해물이 대기권을 통과해 대서양에 추락했었죠. 당시 대기권에서 연소하지 않은 일부 로켓 파편이 코트디부아르에서 발견된 일도 있었습니다.

Q. 어쩌면 위성 발사에 제약이 생길 수도 있겠네요?

전문가들은 유엔의 논의가 위성 발사에 대한 합리적인 규제 마련에 계기일 것으로 예측합니다. SKA의 주파수 관리 책임자인 페데리코 디 브루노 연구원은 자체 홈페이지를 통해 “천문학계로서는 ‘어둡고 조용한 하늘’이 유엔 의제로 채택된 것 자체가 큰 이정표”라고 평가했어요.

강원대 김한택 명예교수(우주법 전문)는 “우주에 위성을 올리는 사업은 기업이 하더라도 법률적인 책임은 결국 국가가 진다”라며, “유엔 움직임이 미국 정부가 나서는 계기가 될 수 있다”고 분석했습니다. 스페이스X의 스타링크 사업에 미국 정부가 일정한 수준에서 제동을 걸 수도 있다는 것이죠.

유엔 논의가 구속력 있는 제도로 이어지지 않더라도, 국제적인 공감대 형성은 중요한 변화를 만들 수 있습니다. 김 교수는 “마음대로 위성을 쏘는 기업들을 허용했던 국가들이 다른 국가의 눈치를 볼 수 있다”라며, “규제를 논의하는 발판이 될 가능성이 있다”고 분석했습니다.

Q. 넷플릭스에서 인기를 끌었던 우리나라의 영화 ‘승리호’가 생각납니다.

네. 영화 승리호는 우주 쓰레기를 청소하는 이들의 이야기를 담았죠. 영화의 배경은 2092년이었지만, 우주 쓰레기는 먼 얘기가 아닌 현실입니다. 우주 쓰레기는 통상 지구 궤도를 돌고 있는 우주 파편들을 가리킵니다. 우리 지구를 둘러싼 우주는 청정 지역이 아닙니다. 지난 수십 년간 이어진 우주 탐험의 잔재들이 우주 공간을 정처 없이 떠돌고 있죠.

여기에는 수명을 다한 인공위성, 우주 발사체 일부, 위성 파편, 우주비행사가 쓰던 각종 공구 등 다양한 것들이 뒤섞여 있습니다. 우주 쓰레기는 지구 궤도를 벗어나지 못한 채 지구를 빙글빙글 돌고 있는데, 보통 초속 8km 이상의 엄청난 속도로 움직입니다. 참고로 총알 속도는 초속 400m, 소리 속도는 초속 340m 정도죠. 이 정도 속도의 물체라면, 작은 페인트 조각이더라도 위성이나 우주선을 작동 불능에 빠트릴 정도의 위력을 갖고 있습니다.

유럽우주국(ESA)에 따르면, 2021년 1월 기준, 지구 궤도에는 6,000개 이상의 위성이 떠 있고, 2만 8,000개 정도의 우주 파편들이 지구를 돌고 있습니다. 이들 파편은 언제라도 위성과 충돌할 가능성이 있고, 이는 수많은 다른 파편, 우주 쓰레기로 이어질 수 있죠. 그나마 관측 가능한 우주 쓰레기만 이 정도입니다. ESA는 1억 개가 넘는 우주 쓰레기들이 궤도를 돌고 있을 것으로 추정하죠.

ESA는 2025년 승리호와 같은 우주 쓰레기 제거 우주선을 발사할 예정입니다. 우주 쓰레기 청소만을 위한 우주선은 처음인데요. 쓰레기 대상은 2013년 발사한 인공위성 베스파입니다. 상공 800km 궤도를 돌고 있는 무게 100kg 베스파를 대기권으로 끌고 와 소멸시키는 게 목표입니다. 이를 위해 2025년 발사하는 우주선에는 4개의 로봇 팔이 달렸습니다. 베스파 위성을 낚아채는 용도입니다.

이 쓰레기 청소 프로젝트에만 1,900억 원이 투입됩니다. 위성 1개를 청소하는 데 드는 비용입니다. 참고로 우리 우주에는 현재 고장 난 위성이 3,000개 이상으로 알려졌습니다.

Q. 궁금합니다. 스페이스X는 대체 어떻게 그렇게 많은 위성을 쏘아 올리는 걸까요?

스페이스X는 스타링크 위성 발사를 로켓 재사용 횟수 도전의 기회로 활용하고 있습니다. 로켓 발사에 실패할 경우의 위험 부담을 자체 감당하기 위해서인데요. 스페이스X에는 현재 2번째로 ‘10번 사용’ 기록을 노리는 9번 비행 추진체 1개와 7번 비행한 추진체 2개가 있다고 알려졌죠.

지난 2021년 발사한 로켓 발사는 모두 재사용품을 사용했습니다. 그 중 11번이 스타링크 발사 임무였죠. 2020년에는 26차례 발사 중 21차례를 재사용 로켓으로 수행했습니다. 2010년 첫 발사 성공 이후 2021년 5월까지 총 118번 로켓을 발사했으며, 이 가운데 재사용 로켓을 사용한 것은 64번을 기록했죠.

스페이스X의 스타링크 사업은 2020년 가을 미국 북부지역을 대상으로 베타 서비스를 시작해 캐나다, 영국, 호주 등으로 지역을 넓혀 가고 있습니다. 지난 2021년 2월부터 온라인을 통해 가입 신청을 받고 있으며, 오스트리아와 프랑스에서도 베타 서비스를 시작했습니다.

발사 실패에 대한 부담을 재사용으로 상쇄하고, 스타링크 사업을 통한 수익으로 보충하는 셈입니다. 그 안에서 쌓을 수 있는 경험과 기술력, 연계 기업과의 시너지 효과, 미래 기술 시장 선점 등도 있죠. 위성을 쏘아 올리는 원동력인 셈입니다.

글 / 미래사회IT연구소 김덕진 소장

미래사회IT연구소(FITS)는 미래로 향해가는 사회의 변화와 현상을 IT의 관점으로 바라보고 해석해 다양한 분야에 인사이트를 전달하는 컨설팅 전문 기업이다. 김덕진 소장은 10여년간 빅데이터 기반 전략컨설팅을 수행했으며, KBS2TV 통합뉴스룸ET, MBC 손에잡히는경제, 유튜브 삼프로TV등 다양한 방송과 강의를 통해 경제와 산업, IT가 연결되는 지금의 현상들을 대중들에게 알기쉽게 설명하고 있다. 현재 세종사이버대학교 컴퓨터AI공학과 겸임교수를 맡고있으며, 웹3/블록체인 전문기업 체인파트너스의 대외협력이사로 활동하고 있다.

정리 / IT동아 권명관(tornadosn@itdonga.com)