‘K-스타링크’ 시대! 군집위성과 일반 위성 어떻게 다를까

우리나라 첫 초소형 군집위성이 성공적인 첫발을 내디뎠다. 4월 24일 뉴질랜드 마히아 발사장에서 군집위성 ‘네온샛(NEONSAT) 1호’가 미국 우주기업 로켓랩의 발사체 ‘일렉트론’에 실려 발사돼 고도 500㎞ 궤도에 안착했다. 지상국과 양방향 교신에 성공하고 태양광 패널도 잘 전개돼 정상 작동 중이다. 정부는 앞으로 10기를 더 쏘아 올려 11기 군집을 형성, 한반도와 주변 해역을 정밀 감시할 계획이다. 군집위성은 일반 위성에 비해 어떤 강점을 가질까?

더 넓게 더 자주 관측하는 게 가장 큰 장점
한국의 초소형 군집위성은 2020년부터 8년간 2314억 원을 투입하는 대형 프로젝트다. 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소가 개발을 주도하고 한화그룹의 위성 제작사 쎄트렉아이와 한국항공우주연구원이 협력했다. 이번엔 1기만 발사됐지만 나머지 10기는 한국의 ‘누리호’에 실려 2026년 6월 5기, 2027년 9월 5기씩 발사될 예정이다. 임무 수명은 3년이다.
이름처럼 초소형 군집위성의 크기는 작다. 네온샛 무게가 100㎏이 되지 않는다. 초소형으로 제작하는 이유는 비용 절감을 위해서다. 1대 발사에 수천억 원이 드는 중대형 위성에 비해 개발비·발사비가 매우 저렴하다. 발사체 하나에 여러 위성을 실어 한꺼번에 쏘아 올릴 수 있기 때문이다. 여러 대를 제작하는 만큼 부품 공수도 원활하고 제작 과정도 효율적이다.
군집위성은 작은 위성들이 일정한 간격으로 지구 저궤도를 돌며 동시에 같은 목적의 임무를 수행하는 위성의 무리를 말한다. 한국의 초소형 군집위성은 한반도와 인근 해역을 정밀 감시하면서 국가 안보와 재난·재해에 신속하게 대응하고자 개발됐다. 미국의 로켓랩은 이번 네온샛 발사에 ‘B.T.S(Beginning Of The Swarm·군집의 시작)’라는 임무명을 붙였다. 국내 아이돌 그룹인 방탄소년단(BTS)의 인기를 반영한 이름이다.
저궤도 위성은 주로 고도 500~1500㎞ 궤도를 돈다. 지구·기상관측, 위성통신, 우주탐사를 위해 사용된다. 대표적인 저궤도 군집위성은 미국 스페이스X의 위성통신망 ‘스타링크’다. 2019년부터 쏘아 올리기 시작해 현재 약 6000대가 운영 중이다. 앞으로 4만 2000여 대로 확장할 계획이다. 지상 기지국 없이 촘촘한 인터넷망을 구축해 지구촌에 초고속인터넷을 제공하는 것이 스타링크의 목표다.
그렇다면 초소형 군집위성은 일반 위성과 어떻게 다를까? 일단 군집위성은 위성이 떼를 지어 다니기 때문에 큰 위성 한 대보다 더 넓은 지역을 관측할 수 있다는 게 가장 큰 차이점이다. 11기를 군집 운영할 경우 70만㎢에 이르는 범위의 대용량 영상을 빠르게 얻을 수 있다. 우리나라 면적(약 10만㎢)의 7배에 달하는 범위를 한 번에 볼 수 있다는 의미다.
초소형 위성들이 한 줄로 늘어서서 궤도를 도는 군집위성은 지구가 자전하는 점을 고려하면 뒤를 따르는 위성의 경우 앞서가는 위성보다 조금 다른 지역을 관측하게 된다. 위성 수가 많을수록 스캐너로 지구 표면 전체를 스캔하는 것과 같은 효과를 낸다는 얘기다. 이 때문에 고성능 위성 한 대보다 작은 위성 여러 대를 운영할 때 공백을 최소화할 수 있다.
또 군집위성은 일반 중대형 단일 지구관측 위성과 달리 한반도의 목표 지점을 더 자주 관측할 수 있다. 이것이 군집위성의 큰 장점으로 꼽힌다. 일반 위성은 아무리 빨라도 지구를 하루 최대 16바퀴 돌 수 있는데 원하는 곳을 지나는 건 2~3일에 한 번뿐이다. 11기가 군집 운영을 하면 매일 3회 이상 한반도 지역 촬영이 가능해진다. 따라서 위성 영상 정보를 통해 신속한 대응이 필요한 국가 안보와 재난·재해 분야에 활용할 수 있다. 기존의 고해상도 정찰위성과 협력해 주요 표적에 대한 감시체계를 강화할 수도 있다.

1m 크기의 물체 식별하는 정밀 해상도
한국의 초소형 군집위성이 활동할 우주 공간은 고도 400~500㎞에 이르는 지구 저궤도다. 저궤도 위성은 높은 궤도 위성에 비해 상대적으로 작은 카메라로도 정밀한 지구 사진을 찍을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 궤도가 너무 낮으면 지구 중력을 견뎌내지 못하고 추락한다. 따라서 적절한 수명 유지를 위해 선택한 고도가 바로 이 구간이다.
초소형 군집위성은 1m급 해상도를 갖는다. 이를 위해 흑백 1m, 컬러로는 4m의 물체를 분간할 수 있는 광학카메라가 장착돼 있다. 반면 지구 자전 속도와 동일한 속도로 도는 3만 6000㎞의 정지궤도 위성은 픽셀당 크기가 250m쯤 돼 물체를 식별하기 어려운 해상도다.
또 초소형 군집위성은 개별 위성이 고장 나더라도 같은 위성을 바로 쏘아 올려 임무를 대체할 수 있기 때문에 전체 시스템의 안정성이 유지된다. 새로운 기술을 작은 위성에 적용해 실험하고 검증하는 데도 유리하다. 목적에 맞게 탑재체만 바꾸면 지상 촬영, 통신 서비스, 우주과학 실험 등 활용도가 무궁무진하다.
국내 경제적 활성화 측면에서도 이점이 있다. 군집위성이 운영되면 한반도 주변의 대용량 영상을 획득, 주요 공공분야에서 요구되는 위성 영상의 수요를 충족할 수 있어 해외 영상 구매 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 여러 번 발사로 초소형 군집위성의 기능이 알려지면 본체 수출도 가능하고 해외 지역에서 운영할 경우 1m 이하급 고해상도 영상시장에서 수익도 낼 수 있다. 과학기술정보통신부는 “위성이 생성한 영상을 구글어스(Google Earth)처럼 다양한 산업 분야에 활용해 새로운 경제적 이익을 기대할 수 있다”고 설명했다.
스페이스X, 아마존 등 글로벌 주요 기업들이 작은 위성 수천 대를 쏘아 올리며 경쟁을 하고 있는 상황에서 한국도 첫 초소형 군집위성 발사를 성공시켜 본격적인 ‘뉴 스페이스(New Space)’ 시대를 열게 됐다. 2027년 목표인 11기 군집 운영까지 달성하면 ‘한국판 스타링크’가 자리 잡을 것으로 보인다.


김형자
편집장 출신으로 과학을 알기 쉽게 전달하는 과학 칼럼니스트. <구멍으로 발견한 과학> 등 다수의 저서가 있다.

(www.korea.kr)