별처럼 많은 인터넷 위성 시대

지구상 어디서나 자유롭게 인터넷을 하고, 모든 교통기관의 네비게이션과 자율주행이 가능하도록 지구 둘레 낮은 궤도에 별처럼 많은 인공 별(인터넷 위성)을 배치(配置)하는 ‘스타링크’ 계획이 잘 진행되고 있다. 그러나 우주 궤도로 올라간 수많은 인공 별들은 천문학자들의 천체관측을 방해하는 심각한 현상을 나타내고 있다.

스페이스엑스(SpaceX)의 스타링크(Starlink) 계획

자율주행차와 전기자동차 개발의 선두(先頭) 회사로 알려진 미국 테슬라(Tesslar)의 CEO 엘른 머스크(Elon Musk 1971-)는 2002년에 스페이스엑스를 설립하고, 우주공간으로 화물을 수송해주는 동시에, 화성에 사람이 가서 사는 ‘화성 나라 건설’ 등의 계획을 추진하고 있다. 최초의 민간 우주개발회사인 스페이스엑스의 정식 명칭은 Space Exploration Technologies Corp.이고 상호(商號)는 SpaceX이며, 본사는 캘리포니아 주 호손에 있다.

스페이스엑스는 그 동안 우주공간으로 통신위성, 기상위성, 우주보급품, 우주인 등을 운송할 수 있는 우주선과 이를 발사할 추진 로켓 ‘팰컨9′(Falcon9)을 개발했다. 팰컨9은 여러 차례 재사용할 수 있으며, 2단 로켓 구조이다. 팰컨9은 1단 로켓의 추진으로 우주궤도까지 나가며, 2단 로켓은 운반선이 짐을 내려놓고 지구로 돌아올 때까지 추진한다. 팰컨9은 2017년 10월에는 한국통신의 ’무궁화5A’를, 2020년 7월 20일에는 한국 군사용 통신위성 ’아나시스 2호‘를 36,000km 궤도에 올려놓았다.

스페이스엑스가 스타링크 계획을 시작한 목적은, 세계 어떤 오지(奧地)에서라도 인터넷을 자유로 빠르게 할 수 있는 ‘우주인터넷망’(Starlink)을 구축(構築)하는 것이다. 이를 위해 그들은 수많은 소형 위성을 궤도에 올려 지구 전체를 빈틈없이 인터넷으로 연결하는 ‘혁명적인 미래 우주산업’을 시작했다.

​

1차 12,000개의 인터넷 중계위성

‘스타링크 계획’에 의하면, 스페이스엑스는 1차적으로 총 1,2000개의 인터넷 위성을 궤도에 올리려 한다. 스타링크 위성을 궤도에 보낼 때 그들은 1개씩이 아니라 한 번에 수십 개를 실어보낸다. 2019년 5월 첫 발사 때, 팰컨9은 한꺼번에 60개를 550km 궤도에 올려놓았다. 이어서 2020년 1월에는 추가로 60개를 1,110km 고도에 운반했으며, 2020년 중에 12회에 걸쳐 전부 720개를 올려 보낼 계획이다.

스페이스엑스는 같은 모양으로 디자인한 인터넷 위성을 대량생산 방식으로 제작한다. 발사할 때 피자 상자처럼 납작한 위성들을 접이식 의자처럼 포개어 궤도로 가져간 후, 거기서 하나씩 일정한 위치에 내려놓는다.

스타링크 계획에 의하면, 그들은 1차적으로 550km 상공을 72개의 궤도로 나누고, 각 궤도에 22개의 위성을 그물코처럼 배치하여 총 1,584개를 설치하려 한다. 1차 계획이 끝나면 2,825개의 위성을 1,110km 상공에 배치할 것이다. 다음 3번째로 7,500개의 위성을 340km 궤도에 올린다. 위성들은 궤도의 고도에 따라 통신 주파수가 다르다. 스페이스엑스는 최종적으로 모두 42,000개의 스타링크 위성을 배치하려 한다.

스타링크 위성의 역할

우리나라는 국토가 좁기 때문에 전국 어디서나 인터넷이 가능하도록 기지국 등이 설치되어 있다. 그러나 국토가 넓거나 사막, 대양(大洋), 남북극, 고산지대에서는 인터넷 연결이 불가능하다. 세계의 지상과 해상과 하늘은 온갖 교통기관이 오가고 있으므로 그들은 어디에서나 인터넷, 위치(GPS) 확인, 네비게이션이 가능해야 한다.

네비게이션에서는 거리와 시간의 정밀도가 중요하다. 중계위성이 많아지면 위치, 방향, 고도(高度)의 측정이 정밀해진다. 즉 몇 m 오차에서 몇 cm 단위까지 줄어들게 되며, 통신 연결은 수백만 분의 1초 단위로 이루어질 것이다.

육상의 자동차들은 자율주행 시대에 접어들었다. 자율주행이 가능한 것은 인터넷 위성의 정밀한 중계가 있기 때문이다. 자율주행은 선박이나 항공기, 무인기 등에서도 마찬가지이다. 나아가 현대전의 각종 무기들 역시 ‘위치 시스템’을 최대한 활용한다. 뿐만 아니라 강국(强國)들은 우주에서 싸우고 공격하는 우주군(宇宙軍)까지 설립하고 있다.

독재국가(獨裁國家)에서는 개인이 접할 수 있는 인터넷 정보를 제한하고 있다. 그러므로 이런 나라에서는 세상의 상황을 제때에 바르게 알지 못한다. 그러나 스타링크의 통신이 펼쳐지면 어떤 나라에서도 필요한 정보를 제한 없이 얻을 수 있게 된다.

주식시장에서는 통신을 이용하는 거래가 밀리 초 단위로 이루어진다. 그러므로 이런 경우에는 빠른 인터넷 통신이 중요하다. 또 통신판매가 발달함에 따라 배송(配送) 역시 무인시스템으로 발전해 간다. 이 모든 사회의 변화에 스타링크 시스템이 필요하다. 이에 따라 구글(Google)과 원웹(OneWeb) 같은 통신판매회사도 자체 위성을 수백 수천 개 발사하려는 계획을 추진하고 있다.

테슬라 자동차 공장의 로봇들이 전기자동차를 조립하고 있다. 테슬라는 2030년까지 600만대의 자동주행 전기차를 생산할 계획이다.

별빛을 가리는 인공 별들

천문학자들은 별들을 세밀하게 관찰하기 위해 불빛과 대기(大氣)와 기상(氣象)의 방해가 적은 고산, 사막, 극지 등에 천문대를 세운다. 심지어 지구 바깥 우주에 우주망원경을 마련하기도 한다. 스타링크 계획에 따라 폭발적으로 증가하는 인공천체들이 천체의 관측을 방해하게 되었다. 스타링크 계획 때문에 별을 가리는 방해물의 수가 수만 개로 늘어나자, 천문학자들이 가장 크게 당황하고 있다.

일출 직전이나 일몰 직후에는 수평선 근처에서 태양빛을 반사하는 스타링크 위성들을 관찰할 수 있다. 이때 여러 개의 위성들이 줄지어 보이기 때문에 아마추어 관측가들은 이들을 ‘스타링크 열차’(Starlink Trains)라 부르기도 한다.

스페이스엑스는 이런 관측방해를 줄이도록 위성들이 빛을 최소한으로 반사하도록 대처하고 있다. 위성들은 자체 온도 때문에 적외선도 방사한다. 따라서 그들은 이런 적외선도 최소가 되도록 노력하고 있다. 위성의 표면에 검은 칠을 하여 반사광을 줄이도록 한 것은 ‘다크샛'(DarkSat)이라 하고, 태양빛을 지구 쪽으로 반사하지 않도록 가림막 시설을 한 것은 ‘바이저샛'(VisorSat)이라 부르고 있다.

미국의 천문대(Cerro Tololo Inter-American Observatory)에서 직경 4m 망원경으로 촬영한 하늘 사진이다. 약 6분간 노출한 사진을 보면, 별들 사이로 직선의 궤적들이 지나간다. 모두 위성들이 지나간 흔적이다. 밤하늘에 수만 개의 위성이 운행하게 되면 천체관측에는 엄청난 지장이 발생한다.

2초 동안 노출하여 촬영한 이 하늘 사진에는 6개의 스타링크 위성이 나타나 있다. 줄지어 이동하는 스타링크 위성들을 ‘위성 함대'(satellite fleet)라 부르기도 한다. 또한 위성들이 하늘에 형성하는 위치들이 마치 별자리 같다고 하여 ‘위성별자리’라는 명칭도 등장했다.

스타링크의 크기는 책상 규모이며, 하나의 무게는 260kg이다. 스타링크에서 펼쳐진 긴 안테나와 태양전지판은 빛 반사를 완화(緩和)하도록 검은 도료가 처리되었고, 위성 본체는 차광막(遮光幕)으로 최대한 가리도록 한다.

천문학자들은 망원경으로 별의 모습만 관찰하는 것이 아니라, 천체들이 방사하는 적외선(열선)도 조사한다. 이럴 때 스타링크가 가까이 지나가면 측정 데이터가 크게 틀려버린다. ‘스타링크 함대’라는 표현까지 등장한 때에, 구글과 원웹 회사까지 ‘인터넷 위성 시스템’을 구축할 것이라고 한다.

스타링크 위성들의 수명은 5년 정도라고 알려져 있다. 수명을 다하면 우주 쓰레기가 되어 떠돌게 된다. 이런 쓰레기는 다른 위성과 충돌할 위험도 있다. 스타링크들은 다른 위성들보다 지극히 낮은 궤도에 있으므로 충돌사고는 다소 적을 것이다. 스페이스엑스는 2020년 말부터 스타링크의 인터넷서비스를 일반에게 제공할 것이라고 알려져 있다. (스페이스엑스의 화성여행 계획에 대해서는 본사 블로그에서 <화성여행을 계획하는 민간우주산업회사 스페이스엑스> 참조) – YS