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1957년 인류최초의 인공위성 스프트닉 1호가 하늘을 나르고 1964년 사상최초의 통신위성이 멋지게 태평양상공에 정지하면서 우주통신시대는 개막되었다.
 

1945년 10월 영국의 SF(공상과학소설) 작가 '아더 클라크'(Arrthur Clerk)는 3개의 정지위성(靜止衛星)을 이용한 전 지구를 한계통으로 묶는 통신시스템을 구상하여 발표했다. 이것은 <;그림1>;에서 보는것과 같이 3개의 인공위성을 지구주위의 이른바 정지위성궤도(靜止衛星軌道)에 올려 놓는 일이다. 정지위성궤도란 지구중심으로 부터 4만2천1백64km상공을 나르는 궤도에 인공위성을 발사하면, 그위성의 궤도운동주기(軌道運動週期)는 지구의 자전(自転)주기와 꼭 같아진다.

지구표면에서 보는 그 위성은 지구표면과 똑같이 움직이기 때문에, 마치 하늘에서 정지하고 있는것 같이 보이게 되는 까닭으로 그러한 이름이 붙은 것이다. 이 위성은 사실은 정지하고 있는것이 아니라 초속 3.075km로 나른다.
 

'클라크'의 천재적 착상

이렇게 3개의 위성을 정삼삭형의 정점(頂点)에 배치하면 3개의 위성은 지구표면을 동시에 커버(cover) 할 수가 있게되며 한개의 위성이 볼수 있는 지구면적은 전표면의 42.4%가 된다. 따라서 전지구적(全地球的)인 통신회선(通信回線)을 구성할 수 있게 된다.

그의 착상은 후에 미국의 '휴즈'(Houghs)사의 '하롤드 로젠'(Harold Rosen) 의 고안에 의하여 구체적인 통신위성망으로 실현되었고, 오늘날의 통신위성과 방송위성은 정지 궤도에 올려 놓아져 있는 것이다.

1945년 '클라크'가 발표한 천재적인 착상에 대해 그 당시엔 누구도 주목하는 사람이 없었다. 그자신도 자기 생전에 그것을 기대하지 않았다고 하니까 두말 할 필요도 없다. 그때는 원거리국제통신에 단파통신 아니면 해저(海底)케이블 밖엔 없었으니 텔레비젼전파 같은 고주파(高周波)를 전송할만한 기술을 갖고 있지 못했던것. 물론 TV도 그 당시엔 발명되어 있지도 않았었다. 그러나 TV가 실용화되고 정지위성이 올라가게 됨에 따라 안방에서도 TV화면을 통해 국제경기나 뉴스를 앉은채로 즉석에서 시청할 수 있게 되었다. 그것은 <;그림2>;와 같이 A점으로부터 발사된 TV신호를 실은 VHF이상의 주파수를 가진 전파가 정지통신위성에 실려있는 중계기(中繼器＝transpondor)에 의해 수신되어 증폭되고 그 위성의 안테나로부터 다시 방사되어 B점에서 수신하게함으로써 원거리통신이 쉽게 이뤄질 수 있게 되었기 때문인 것이다.
 

통신위성시대의 개막

1957년 10월4일, 인류최초의 인공위성인 '스프트닉'(Sputnik)1호가 하늘을 나르자 '클라크'의 통신위성 구상(構想)은 일약 각광을 받았다.
그후 많은 사람들의 노력끝에 드디어 1964년 8월에 발사된 사상최초의 정지통신위성은 뜻한바대로 지구의 태평양상공에 멋지게 정지하여 정지위성시대의 개막이 이뤄진 것이었다. 1964년 10월의 동경 올림픽은 이것을 이용하여 미국에 TV화상이 전송되고 미국으로부터 세계각국에 중계방영하는 대성공을 거두었다.

이것이 계기가 되어 국제통신의 분야에서 그 유용성이 인식되었으며 곧 국제적인 통일기구설립으로 발전해 나갔다. <;그림3>;은 정지통신위성의 기본 구성을 보여주는 것이다.

점선으로 둘러싸여 있는 부분이 통신계의 '밋숀'(mission)기기라 불리우는 부분이다. C대 (帶=band) 중계기의 경우를 들어 설명하면, 지상으로부터 발사된 6GHz전파(전화나 TV화상같은 신호를 태운 전파)는 안테나에 수신되어 급전계(給電系) 를 통해 중계부의 수신부로 유도된다. 다음은 6GHz서부터 4GHz로 주파수가 변화된 후에 송신부에서 증폭되어 급전계를 통해 안테나로 부터 지상으로 재송신 되는 것이다.

그런데 중계기는 전화나 TV화상 등의 신호를 통과시키기 위한 주파수대역폭(帶域幅)이 필요하다. 보통 36MHz의 대역폭을 갖고 있어 전화 9백 회선 또는 TV 1회선을 통과 시킬 수가 있다. 통신용량을 증가시키려면 이러한 중계기를 몇대나 병열(並列)로 연결시켜 사용한다.

1백9개국이 참여하는 국제통신

'인텔새트"(INTELSAT)는 정지위성에 의한 국제통신을 효율적으로 운영하기 위해 1964년, 미국 영국 일본 등 18개국이 모여 결성한 국제조직이다.
1984년 3월 현재로 1백9개국이 가맹하고 있으며 우리나라도 가맹국의 하나이다. 그러나 옆집나라, 일본은 당당하게 창립회원국이며 자기네 스스로의 힘으로 정지위성을 발사한 나라임을 깊이 명심하여야 하겠다.

최초로 발사된 상업용 '인텔새트'I호는 1965년 4월 하늘로 올라갔는데 전화회선 2백80개의 용량을 갖고 있었다.

현재 '인텔새트'Ⅵ호는 바로 금년 1986년에 발사하기 위한 준비를 서두르고 있는데, 무게는 약 1.8t 이며 통신용량은 3만5천회선(전화환산)과 TV 2회선이다. 따라서 I호발사 이후 20년이 경과한 오늘날 무게로는 46배 용량으로는 약 1백50배나 비약적인 발전을 보인셈이다.

한국에도 지구국이 설치되어 인도양상공에 떠있는 '인텔새트'와 연결돼 있다.

난시청지역이 없어진다

위성통신엔 다음과 같은 특징과 이용분야가 있다.

(1) 넓은 지역을 '커버' 할 수가 있기 때문에 원거리국제통신, 벽지(僻地)및 이도(離島)통신, 이동체(移動体)통신, 방송이 가능하다.
(2) 중계는 한번만 하면 되니까 다원접속(多元接續)이 가능하고 또한 광대역(廣帶域) 대용량통신이 가능하다. 따라서 고속도로 사무통신, TV회의, TV전화 등에 적합하다.
(3) 이 시스템은 유연성이 있기 때문에 각종신호를 혼합하여 보낸다든가 임시회선을 신속하게 설정 또는 변경할 수가 있다.
(4) 지상에서 일어나는 전쟁 자연발생재해 등의 영향을 덜 받으며 안정된 통신망이 확보될 수가 있으며 비상재해시에 예비회선구실도 할 수가 있다.
(5) 서비스 개시 당초부터 한꺼번에 전역(全域)을 커버할 수가 있다.
(6) 창설비와 영선비가 통신거리와는 관계가 없음으로 원거리나 넓은지역에 있어서는 시설비가 싸게 드는 꼴이 된다.

그러나 결점도 있다. 즉 신호가 상대방까지 도달하는데는 약 0.27초 걸린다는점. 위성이 지구적도선상에 배치됨으로 고위도인 지역은 커버가 잘 안된다는 점. 창설비가 크게 들며 또한 발사실패의 위험성이 있다는 점들이다. 그러나 앞서 밝힌 바와 같이 장점이 결점보다는 훨씬 월등하므로 그 이용도는 더욱 커져가고 있는 것이다.

뭐니뭐니해도 위성통신의 최대 특징은 복수의 지구국이 한개의 위성을 사용하여 상호간의 통신을 주고받는 이른바 다원접속이 가능한 점에 있다. 이것으로 한개의 위성을 갖고있는 많은 나라들이 혜택을 받고 있는 것이다.

우주중계나 국제통신도 좋지만 사람들의 욕심은 끝없이 날개를 펴려 한다.

통신위성의 원리를 자가용(自家用)으로 사용해 보자는 것이다. TV방송을 보다 먼 곳에 있는 많은 지역에까지 시청할 수 있게 하기 위해선 보다 높은 송신탑이 필요하게 된다. 높아야 더 먼곳까지 도달이 되기 때문이다. 그러나 우리나라 같이 복잡한 산형(山形)이 도처에 있는 곳에선 곳곳에다 불편한 산정(山頂)을 찾아가 TV탑을 세워야 하기 때문에 불편하기도 하고 비용도 많이 든다.

한국전토에 난시청(難視聽)지역을 완전히 없애려면 보통 힘이 드는 일이 아니다. 그래서 방송위성(放送衛星)이란 착상이 떠 올랐다. 높은 우주공간에 자가용 아닌 자국용(自國用) 방송위성만 띄울 수만 있으면 이러한 문제는 단숨에 해결되는 것이다.
 

방송위성의 등장

최초의 위성방송의 실험은 1974년 발사된 미국항공우주국(NASA)의 응용기술위성 'ATS-6'호에 의해 실시되었다.

이 위성은 <;그림4>;에서 보는 바와 같이 직경 9m의 우산같이 펴진 모양을 하고 있으며 미국의 '알래스카' 및 서부의 '록키'산맥 등의 난시청지대에 대한 공동수신실험을 하는데 성공을 거둔뒤 다시 인도양으로 이동시켜 실험을 하는데도 성공했다..

방송위성을 사용 또는 이용하는 데는 여러가지 방법이 있다. 적당한 수신 안테나만 갖추면 개별수신(個別受信) 또는 공동수신이 가능하며 대체로 개별수신엔 0.75~1.0m 직경의 안테나면 방송위성으로부터 TV수신이 가능하고, 공동수신의 경우엔 동축케이블에 의해 분배할 때는 직경 1.6~2.5m, 재송신전파에 의한 분배에 있어선 직경이 3~4.5m 정도의 안테나를 가지면 된다.

위성방송과 지상방송의 송신출력과 서비스면적을 비교하면 다음과 같다.

방송위송용 전파는 12GHz대(帶)로 정해져 있는데 이 주파수를 사용하는 방송위성의 송신출력은 일반적으로 1백W정도이다. 그런데 VHF지상 TV방송일 경우(KBS의 경우)는 아마도 50KW쯤은 되리라 생각하는데 그렇다면 약 1/500 밖에 안되는 셈이다.

서비스 면적을 생각해 보면 송신안테나의 높이를 3백m라해도 도달거리는 겨우 1백km 밖엔 안되는것에 비해, 위성방송의 경우는 40만 평방km가 되니까, 한국남북을 합쳐도 아직 10만평방km나 남는다. 그러니까 북한에서도 우리의 재미있는 TV방송을 보낼 수 있을 뿐만 아니라, 중요한 홍보 전략무기로도 사용될 수가 있는 것이다.

이렇게 방송위성의 경우엔 한나라의 주권(主權)문제가 엉키기 때문에 옆집나라에 대한 방해, 혼신에 대해서 엄중한 규제를 필요로 한다. 일본이 방송위성을 올린 후 한동안 우리나라에선 말이 많았다. 일본의 방송위성, 백합2호의 안테나의 빔이 절대로 한국을 커버 못하게 했기 때문에 일본본토, 오끼나와 및 오가사하라를 각각 커버하게끔 3계통의 송신기를 만들어 실어 하늘로 올라갔다. 그중의 2계통은 고장이 났으며 일본본토만 겨우 커버하게끔 되었다.

이렇게 말썽이 생길 가능성이 있어서 1977년 국제회의에서 유럽 및 아시아지역의 방송위성의 정지궤도위치 및 채널의 각나라별 할당이 시행되었다. 또한 옆집나라에 대한 전파가 흘러가는 것(영어로 spillover라 한다)의 허용한계까지 결정되었다. 이것이 계기가 되어 각국에선 방성위성 계획이 진행되었고 또한 앞으로도 진행될 것이다.

우리나라도 방송위성계획에 대한 가능성 사전조사가 1985년 시도되었다. 그 소요경비 내용을보면 대체로 제작.발사비가 4백억원 정도로 돼있다. 2백억원이 제작비, 나버지 2백억원이 위탁발사비용이다. 이 비용은 50%의 신축성을 안고 있는 것으로 알려졌다.

우리나라도 선진국행세를 할려면, '스포츠'편중의 자세를 버리고 과학에게도 기회를 주었으면 한다.