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상업용 위성의 새 시대 개막

글/야스민 킹(Yasmine King) 항공우주·방위·RF 제품 총괄 매니저, 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)

야스민 킹(Yasmine King) 항공우주·방위·RF 제품 총괄 매니저

최근 몇 년 사이 우주 산업이 획기적인 변화를 맞고 있다. 우주 산업의 막대한 사업 기회를 포착하고자 새로운 주자들이 이 시장에 야심 차게 뛰어들고 있다. 상업용 위성 발사가 빠르게 늘어나고 있으며, 비용을 수분의 일로 낮출 수 있게 되었다. 무어의 법칙에 따라 훨씬 더 저렴한 비용으로 위성을 발사하고 위성의 크기도 대폭 줄이게 되었다. 이전 위성들이 버스 크기만 했다면, 오늘날의 위성은 모터 사이클 만한 크기에 무게도 더 가볍고 훨씬 더 낮은 비용으로 제작 및 발사할 수 있다.

설계와 제조 기술이 발전하고 표준화가 진전되면서 상업용 위성을 더 쉽고 빠르게 쏘아 올릴 수 있게 되었다. 스페이스엑스(SpaceX), 원웹(OneWeb), 텔레샛(Telesat), 아마존(Amazon) 같은 민간 우주 기업들이 앞으로 10여 년에 걸쳐서 수천 개의 지구 저궤도(LEO) 위성들로 이루어진 거대 위성군을 출범할 계획이다. 그러면 지금까지 서비스가 도달할 수 없던 지역들에도 손쉽게 서비스를 제공할 수 있을 것이다.

상업용 위성 시장이 빠르게 성장하고 있다. 이 시장의 주된 성장 동력은 저비용 LEO 위성이다. 이에 비해서 더 높은 고도의 지구 동기 궤도(GEO) 위성은 시장이 좀더 제한적이고 비용이 훨씬 비싸다. 이러한 시장 변화와 관련하여 가장 큰 궁금증 가운데 하나는 방사선에 대한 내성이 얼마나 필요할까이다. 대량수량 상업용 우주 시장은 고가에 까다로운 내방사선 우주용 칩, 부품, 기기를 사용할 만한 경제적 여력이 되지 않거나 또 어떤 경우에는 그럴 필요가 없다.

기존의 고신뢰성 제품은 NASA의 행성 탐사선이나 높은 궤도의 GEO 통신 위성 같은 용도로 가혹한 우주 환경에서 수십 년 동안 견딜 수 있도록 설계됐다. 이러한 우주 공간에서는 방사선의 강도가 훨씬 높아 탐사선의 전자장치들에 손상을 일으킬 수 있다. 15년 혹은 20년씩 걸리는 이러한 내방사선 임무는 이제 위성 시장에서 작은 일부분만을 차지하게 되었다. 오늘날의 뉴스페이스(NewSpace) 상업용 시장은 전혀 다른 구조로 움직인다. 임무가 지속되는 기간이 수년 혹은 수개월에 불과할 수도 있고, 저궤도 고도에서는 우주 방사선의 위험이 상대적으로 낮기 때문에 낮은 수준의 내방사선 능력만 갖추면 된다.

거대 위성군

상업용 우주 산업이 폭발적인 성장을 달성함에 따라 우주에 접근하기가 어느 때보다 쉬워졌다. 상대적으로 저렴한 비용의 수천 개 저궤도 위성들로 이루어진 거대 위성군 구축 작업이 이미 시작되었다.

스페이스엑스는 상업용 위성 분야를 선도하는 회사로서, 자사의 F9 로켓 부스터를 재사용하고 있으며, 지구 저궤도에 보다 가볍고 저렴한 위성들을 한 번에 최대 60개씩 쏘아올린다. 합승 발사와 부스터 재사용으로 발사 비용을 절감하고, 위성당 가격을 백만 달러대로 낮추게 되었다. 이들 LEO 위성은 정지 궤도 거리의 약 3%에 불과한 550킬로미터 고도에서 궤도를 순환한다. 

지구 저궤도(LEO)는 신호 지연시간을 훨씬 낮출 수 있으므로, 미션 크리티컬한 통신, 원격 로봇 수술, 금융 거래, 게임 같은 애플리케이션에 더 빠른 응답 시간을 제공한다. 하지만 보다 낮은 궤도의 위성은 GEO 궤도 위성이 볼 수 있는 것만큼 많은 지구 표면을 볼 수 없으므로, GEO 궤도 위성과 동일한 표면 커버리지를 제공하기 위해서는 더 많은 수의 위성들이 필요하다.

이에 따라서 소형 위성과 거대 위성군이 점점 더 빠르게 늘어나고 있다. 연간 1천 개 이상의 LEO 위성이 발사될 것으로 예상된다.

거대 위성군에 이처럼 많은 수의 위성들이 포함되므로 민간 기업이 통상적인 우주용 부품을 구입하기 위해서 부품 하나당 수천 달러씩 지불하기가 여의치 않다. 그러므로 상업용 위성을 운영하는 뉴스페이스 기업들은 기능적으로 잘 작동하면서 위험 보상 비율에 있어서 균형을 이루는 경제적인 솔루션을 필요로 한다.

틈새를 메우는 상업용 솔루션

오늘날의 이러한 소형 위성들은 통상적인 우주용 부품과는 다른 솔루션을 필요로 한다. 우주용 애플리케이션에 보다 저렴한 COTS(commercial off-the-shelf) 부품을 사용할 수 있다면 첨단 기술을 활용할 수 있고, 통합 수준을 높이고, 보다 우수한 성능을 활용하고, SWaP를 줄이는 것과 같은 장점을 누릴 수 있다는 것을 의미한다. 하지만 COTS만으로는 뉴스페이스 기업들이 요구하는 보호 성능과 신뢰성을 제공하기에 충분하지 않을 수 있다.

ADI의 상업용 우주(CS) 제품은 COTS와 전통적인 우주 등급 밀봉 QML Class-V 제품 사이의 간극을 메우기 위한 것으로서, 이러한 애플리케이션에서 받아들일 수 있는 수준의 위험성 수준에 합당한 신뢰성과 낮은 가격대의 특성들을 결합했다. 그 밖의 특징으로서 웨이퍼 로트 일관성과 추적 가능성, 방사선 모니터링, 향상된 테스트를 들 수 있다. 이러한 점들은 COTS 제품들에서는 지원되지 않는 것들이다.

ADI의 항공우주·방위·RF 제품을 담당하는 크리스 칩먼(Chris Chipman) 제품 라인 매니저는 “거대 위성군 기업이 자사 위성에 내방사선 요건이나 어떠한 인증 요건을 갖추지 않은 표준 플라스틱 COTS를 사용하고자 할 수 있다. 하지만 신호 체인 상의 어떤 부분들은 위험성 수준이 매우 높을 수 있다. 이러한 부품들은 무선 텔레메트리 제어 같은 중요한 비행 시스템에 사용되는 것이므로 고장이 발생하는 것을 허용할 수 없다. 따라서 더 높은 수준의 부품을 사용해야 한다”고 말했다.

제품 등급 비교

두 가지 등급의 새로운 상업용 우주(CS) 제품

ADI는 방사선 수준이 낮은 환경에서 운용되는 LEO 위성 및 거대 위성군과, 비용적 압박을 받고 있는 기존 GEO 위성에 초점을 맞춰서 두 가지 등급의 상업용 우주 제품을 제공한다. 40년 넘게 우주용 제품을 개발하면서 경험을 축적한 ADI는 우주에서 각각의 임무에 따라 요구되는 유연성, 신뢰성, 품질 조건을 만족하는 우주용 제품을 제공하고자 한다.

*CSL(Commercial Space Low)

CSL 제품은 비용 제약이나 대규모 물량 요구를 충족하도록 설계된 것으로서, 보다 낮은 방사선 환경의 LEO 위성군에 적합한 기본적인 테스트와 검사를 거친다.

*CSH(Commercial Space High)

CSH는 최대의 신뢰성을 필요로 하면서 전통적인 우주용 제품보다 비용을 절약하고 그러면서도 첨단 기능을 활용하고자 하는 고객들을 겨냥한 제품이다. CSH 제품은 최고 수준의 검사를 거치고, 엄격한 내방사선 요건을 충족한다. 밀봉 패키지 부품(SAE AS6294의 QML V 충족)을 이용할 수 없을 때 CSH 제품을 사용할 수 있다. CSH는 CSL의 모든 특성에다 고신뢰성 검사와 고신뢰성 품질 적합성 검사를 더한 것이다.

삶의 질 향상

ADI의 COTS, CSL, CSH 제품은 위성과 거대 위성군을 가능하게 할 뿐만 아니라, 삶의 질을 높이고 생명을 구하는 일에도 기여한다. 상업용 위성 산업의 기술 개발과 뉴스페이스 기업들의 과감한 도전이 미래에 더 많은 것을 가능하게 할 것이다.

지구 관찰 위성이 포착한 데이터를 활용하면 지구의 강, 바다, 숲, 인프라를 더 잘 이해하고 귀중한 통찰을 끌어낼 수 있다. 그럼으로써 더 많은 수확물을 얻고 물, 자원, 자연을 더 잘 관리할 수 있다.

      

지구 주위로 위성 시스템을 촘촘하게 배치하고 광대역 커넥티비티를 제공함으로써 기후 변화로 인해 점점 더 빈번해지고 있는 허리케인이나 산불 같은 재난에 더 잘 대응할 수 있다. 산불로 인해 온 마을이 소실된 워싱턴주 몰든에서는 위성 통신을 활용해서 마을을 복구하고 일상을 재건하려는 노력을 펼치고 있다.

텍사스주 서부의 엑터 카운티에 자리잡고 있는 오데사 같은 작은 도시에서도 이 기술의 혜택을 보고 있다. 황량하고 건조한 이 지역에서는 거의 40%에 달하는 가정이 광대역 서비스가 신뢰할 수 없거나 아예 이용할 수 없는 것으로 조사되었다. 하늘에서 “날으는 라우터(flying router)”로부터 통신을 받을 수 있게 됨으로써 아이들이 집에서 학교 수업에 접속하고 교육을 이어갈 수 있게 되었다.

아나로그디바이스의 우주용 제품 그룹

*45년 넘게 경제성 뛰어난 고신뢰성 우주용 부품을 공급해온 역사

아나로그디바이스는 뉴스페이스 기업들이 LEO와 GEO 위성을 더 빠르게 우주로 쏘아올릴 수 있도록 견고하고 신뢰성 높은 전통적 우주용 제품과 두 가지 등급의 상업용 우주 제품을 비롯해서 포괄적인 구성의 우주용 제품 포트폴리오를 제공한다. 아나로그디바이스는 믿고 의지할 수 있는 파트너이자 조력자이고 기술적 조언자로서, 고객들이 가혹한 환경에서 작동하고 까다로운 임무를 충실하게 수행하고 시장에서 경쟁 우위를 달성하는 제품을 개발할 수 있도록 돕는다. 

leekh@seminet.co.kr
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