적도상공 3만5천8백㎞에 떠서 지구촌 곳곳을 연결해 주는 통신·방송위성은 상업위성의 대표주자다.
인공위성의 응용은 컴퓨터와 통신기술의 발달과 더불어 고도화되고 기능이 다양해져서 여러면에서 인류의 생활을 풍부하고 편리하게 만들어 주고 있다. 특히 통신위성에 의해서 해외에서 일어나는 뉴스와 행사를 즉각으로 텔레비전으로 시청할 수 있게 되었으며, 직접방송위성은 높은 상공에 떠 있으면서 각 가정에 설치된 작은 안테나에 송신함으로써 더욱 선명한 화면과 깨끗한 음향을 모든 지역에서 시청할 수 있는 단계에 와 있다. 또한 인류사회가 정보사회로 변하고 있다고 할만큼 정보교환과 처리가 중요하게 부각됐는데 이것도 인공위성을 이용함으로써 많은 정보를 신속하게 먼곳과 자유로이 교환할 수 있게 되었고 이제까지 불가능했던 선박과 항공기간의 통신연락, 정확한 위치의 확인, 교통관제 등도 항행위성에 의해서 가능해졌다.
우리생활에 직접 응용되는 실용위성들 중에서 통신방송위성은 이미 성숙기에 들어서서 이를 운용하는 회사는 연간 수십억달러의 대기업으로 성장했다.
60년대 초부터 개발
통신위성은 공중에 떠 있는 전파중계소로서 지상안테나에서 송신하는 신호를 수신하여 그 신호를 중폭, 다시 지상으로 송신하는 역할을 수행한다. 최초의 실용 통신위성은 1962년에 쏘아올린 텔스타(Telstar) 1호와 릴레이(Relay) 1호 비교적 저고도의 지구 궤도에서 작동하며 지구보다 훨씬 빠른 속도로 회전했기 때문에 한 위성이 지상의 두 송수신소를 연결해줄 수 있는 시간은 하루 몇 시간에 불과하였다.
그러나 지구의 자전과 똑같은 속도로 회전하는 위치에 놓여진 통신위성은 지구와 같은 속도로 돌기 때문에 지상에서 보면 마치 상공에 정지되어 있는 것처럼 보이게 되며 지상송수신소를 항상 내려다보는 상태가 되어 이를 지상정지위성(geo-stationary satellite)이라고 부른다. 이론상으로는 적도 상공 3만5천8백㎞ 고도의 지상정지궤도에 있는 세개의 위성으로 지구 표면 모두를 통신할 수 있게 된다.
(그림 1)은 통신위성의 주요 구성을 보여 준다. 지구국에서 보내온 신호전파는 안테나에 의해 포착되어 트랜스폰더로 보내진다. 트랜스폰더 내부에서 전파신호는 증폭되고 주파수가 바뀌어 송신신호로 전환된다. 이 신호는 송신기와 안테나를 통해서 지상으로 송신된다. 트랜스폰더 내부의 각 전자장비가 작동하는데에 필요한 전력은 태양전지판에서 발생된 전력을 전력조절부에서 적절하게 조절해 사용한다. 한편 통신위성은 텔레메트리에 의해서 자기의 위치와 자세 등의 여러 데이터 신호를 지구국으로 보내고 여기서 다시 지령을 수신하여 이 지령에 따라서 궤도상의 위치와 자세를 조정한다. 이때에 동력으로는 인공위성에 여러개 부착되어 있는 추력기(thruster)라고 불리는 저추력 로켓 엔진을 사용한다.
통신위성은 지구국에서 3만5천8백㎞나 떨어져 있기 때문에 지구국에서 송신한 전파는 이동중에 손실이 생겨 약화된다. 신호전파의 강도는 전파가 이동하는 거리의 제곱에 비례해서 약해지므로 위성이 수신한 전파는 대단히 약해진다. 이렇게 약해진 신호를 증폭하게 되는데 만일 송수신 주파수가 서로 같으면 증폭돼 강해진 송신 신호는 약한 수신신호에 영향을 미칠 것이다. 따라서 트랜스폰더에는 증폭기 외에 주파수 변환기가 포함된다.
통신위성이 사용하는 전파는 세개의 주파수 대역으로 구분되어 있다. 즉 6/4GHz, 14/12GHz, 30/20GHz이며 각각 C밴드, Ku밴드, Ka밴드라고 부른다. 숫자중 첫번째 것은 지구국에서 위성으로 향하는 전파(up-link)이며, 그리고 두번째 숫자는 위성에서 지상으로 향하는 전파(down-link)의 주파수를 나타낸다. 6/4GHz 주파수 대역은 0.5GHz의 대역폭 (bandwidth)을 가지며 주로 상업용 전화통신에 사용되고, 14/12GHz 대역은 텔레비전과 전화통신, 그리고 30/20GHz 대역은 전화통신으로 한정 되어 있다.
통신위성은 위성의 심장부인 트랜스폰더의 용량을 기준으로 (표)와 같이 분류할 수 있다. 현재 운행중인 주요 통신방송위성은 다음과 같이 분류할 수 있다.
■ 인텔새트
통신위성의 상업화는 1962년에 미국 의회에서 통과한 미국 통신위성법과 콤새트 제너럴사의 설립에 의해 시작되었다. 1964년 국제 통신위성기구인 인텔새트(INTELSAT)가 설립됨으로써 범세계적인 통신망이 구성 되었다. 이 기구는 그 후에 회원국이 1백21개국으로 늘어났으며 국제통신을 독점하다 시피 하고 있다.
인텔새트 지구 통신망은 고도 3만5천8백㎞ 궤도에 있는 15개의 통신위성과 각 회원국의 지상시설로 구성돼 있으며 대서양 인도양 태평양의 세 지역에 서비스를 제공하고 있다. 이 통신 시스템에 의하여 전에는 통신과 텔레비전 수신이 어려웠던 나라와 지역에 선명하고 정확한 전화, TV영상, 그리고 기타 통신을 보낼 수 있게 된 것이다. '얼리버드'(Early Bird)라고 불리는 세계 최초의 상용통신위성인 인텔새트 1호가 1965년에 발사되어 3년반 동안 2백40개의 통신 회로로 대서양 지역의 위성통신을 중계하였다. 국제 통신량이 계속적으로 증가함에 따라 현재는 미국의 휴즈사에서 제작한 인텔새트 6 위성이 운용되는데 이 위성은 3만3천개의 통신회선과 네개의 TV회선을 가지고 있다. 구성도는 (그림2)에 나타나 있다.
위성 동체는 인텔새트 4호 계열과 마찬가지로 원통형이며 스핀 자전에 의해서 안정성을 유지한다. 태양전지판에서는 2천6백W의 전력이 발생하며 C대역과 K대역에서 작동하는 트랜스폰더는 50개나 된다. 위성의 무게는 약 1천7백80㎏이며 안테나와 태양전지판이 접혀 있는 발사시의 위성크기는 길이 5.3m 지름 3.6m다. 인텔새트 7호 위성은 미국의 스페이스 시스템스 로럴사에서 개발중이며 1993~1994년까지 5기가 제작 발사될 계획이다. 이중 인도양의 중간 부분 (60°E)에 위치하기로 계획되었던 1기는 한국과 일본을 포함하는 극동지역의 수요증가를 고려하여 91.5°E에 위치시키기로 결정함으로써 우리나라에서 위성을 향하는 앙각이 높아지게 되며 따라서 통신효율도 증가하게 될 것이다.
■ 인마르새트
해상에서의 통신 향상을 통한 재난 구조 개선을 위하여 발족한 해사통신위성시스템은 위성을 포함한 우주부분, 대양상의 선박 지구국, 해안의 지구국으로 구성되는데 우주 부분에는 위성을 감시하고 제어하기 위한 설비를 갖추고 있다. 선박지구국에는 선박이나 부유기기상의 작업대 등이 포함돼 있다. 해안지구국은 육지에 있는 지구국으로 해안가에 인접해 설치한다.
국제 해사 위성통신 서비스는 처음 미국의 4개 통신업자에 의해 발사된 마리새트(MARISAT)시스템에 의해 제공되었다. 이 시스템은 처음 미국에 국한해 서비스를 제공하였으나 후에 다른 나라의 선박에도 적용되었다. 한편 해사 이동 위성통신서비스를 세계적으로 제공하기 위하여 1976년 9월 28개국의 서명 아래 인마르새트(INMARSAT) 협약을 채택함으로써 인마르새트가 창설되었다. 인마르새트는 현재 65개 회원국으로 구성되어 있으며 전세계의 해양, 공중 및 지상의 상업통신 및 안전통신을 위한 이동통신 서비스를 제공한다. 우리나라도 회원국으로서 금산 지구국을 통하여 서비스를 제공하고 있다.
■ 인터스푸트니크
국제 우주 통신기구인 인터스푸트니크는 1971년에 국제 통신서비스의 제공과 상호 이익을 위해 옛소련을 위시한 동구 유럽 국가들로 구성되었으며 북한도 이에 가입하고 있다. 5개의 위성이 운용중이며 12개의 중계기로서 TV 라디오 전화 전신 및 데이터통신 서비스를 제공하고 있다.
■ 지역통신위성들
제한된 지역에 서비스를 제공하는 위성으로 그중 중요한 것을 열거하면 다음과 같다.
아시아새트(ASIASAT)는 아시아 국가들간에 국제 위성통신 서비스를 제공하기 위하여 설립되었으며 C대역 중계기 12개를 탑재 하고 있다. 아시아새트는 아시아 대륙, 즉 중국 태국 파키스탄 및 인접국가들에 공중전화망과 사설네트워크, 원격지 통신, TV방송 등의 국내 통신서비스를 제공하고 있다.
유럽통신위성기구(EUTELSAT)는 모든 유럽국가들의 국제간 통신서비스를 제공하기 위하여 1977년 설립되었다. 현재 유텔새트 I계열 위성 2기와 II계열 위성 2기가 운용중이며 유럽내의 모든 회원국간의 공중통신서비스 (전화 전신텔렉스 데이터 전송 및 TV 전송)를 제공하며 위성운용 지원에 필요한 감시와 제어 및 기타 지상에 필요한 설비를 운용하고 있다.
이밖에도 아랍지역 간에 아랍위성통신기구(ARABSAT)가 1976년 발족되어 아랍새트 위성을 운용중이며 팔라파(PALAPA) 위성 시스템이 인도네시아 주변 섬 사이의 서비스를 담당하고 있다.
미국은 1974년 웨스타(Westar)1호를 발사하여 미국내 위성통신을 상용화하기 시작하여 1991년 1월 현재 34기의 위성을 운용 하고 있다. 미국의 CATV 서비스는 전용위성인 갤럭시(Galaxy)와 새트콤(Satcom) 등으로 활발한 반면 직접방송(DBS) 사업은 비교적 부진한 편이다.
일본도 1977년 통신위성(CS) 및 방송위성(BS)을 개발하여 국내 위성통신 및 방송에 이용하고 있으며, 프랑스는 텔레콤(TELECOM) 계열의 위성을 발사, 프랑스 본토와 프랑스령 기아나 등에 통신 및 영상 전송을 수행하고 있다. 방송용으로는 프랑스의 TDF, 독일의 TV-SAT, 캐나다의 ANIK 위성이 직접방송서비스를 제공하고 있다.
새로운 이동통신서비스 '이리듐 77' 여행하며 업무 처리할 수 있는 꿈의 세계가 현실로
지구 상공에 77개의 인공위성을 띄우고 이를 연결해 한차원 높은 이동통신서비스를 제공할 예정이다.
피서지에서 또는 자동차 여행을 하면서 은행업무를 처리하고, 차내에서 쇼핑을 즐기며 국제간 화상회의를 하는 등 얼마전 까지만해도 환상적인 것들이 이리듐(Iridium)이라는 이동체 위성통신 프로젝트로 우리 앞에 현실로 다가오고 있다. 이리듐 프로젝트는 미국의 통신업체인 모토롤러사가 주축이 되어 추진하는 범세계적 통신망으로서 지상 7백65㎞의 극궤도상에 무게 3백86㎏의 위성 77개를 띄워, 인공위성을 이용해 소형 개인휴대용 무선전화기로 세계 어느곳에도 통신을 가능케하는 이동체 위성통신망이다. 기존의 이동 통신망과 연결이 가능할뿐만 아니라 현재 유럽에서 설치하고 있는 범유럽 디지털 이동 통신 표준규격 (GSM)과도 호환성을 갖게돼 이리듐을 이용한 통일된 세계적 위성체 이동통신망이 이룩되는 셈이다.
이 프로젝트는 원소기호 77번인 이리듐에서 따온 명칭으로 위성들이 북극과 남극을 지나는 7개의 극궤도를 따라 선회하는데, 각 극궤도에는 11개의 주 위성과 1개의 보조위성이 약 26° 간격을 유지한채 운행된다. 위성간의 안전을 도모하기 위하여 위성간의 최소 근접거리는 17° 이상을 유지하도록 돼있다. WARC(세계무선행정회의)에서 이리듐의 활용주파수 선정이 이루어지면 1994년 첫 위성이 발사되고, 1997년에 77개의 위성이 모두 궤도상에 진입해 사용자들에게 전 세계적인 서비스를 제공하게 된다. 위성과 사용자 사이의 통신에는 1613.8 MHz-1626.5 MHz의 L밴드를, 위성 사이에는 21.7 GHz-22 GHz의 Ku밴드를 사용한다. 이 위성통신망 구축비용은 90년 최초 계획 발표 당시 21억달러보다 훨씬 증가된 32억 달러 규모가 될 것이며 이리듐 위성통신망의 서비스 요금은 대략 1분당 3달러 정도로 예상되고 있다.
이리듐은 현재의 지상 셀룰러 이동통신에 비해 서비스 내용이 다양하고 전 세계적인 통신망을 갖추고 있어 국제적 화물취급자, 국제 비지니스 등 주로 사업자를 이용 대상자로 할 예정이다. 이리듐은 음성전화 서비스뿐만아니라 팩시밀리 노트북PC 등을 이용한 이동 데이터통신 무선호출 등에서도 유용하게 이용될뿐만 아니라 위성을 이용하여 사용자의 현재 위치를 알려주는 위치검색 트래킹 서비스도 제공하게 된다. 이 서비스는 소재를 정확히 알려주기 때문에 항공기 선박의 사고와 개인들이 급박한 재해를 당하였을 때 사고 지점이나 실종위치를 밝혀낼 수 있을 것이다.
여행자가 낯선 곳에서 길을 잃었을 때도 이리듐 인공위성의 트래킹 서비스를 이용하여 목적지를 정확히 가이드 받을 수 있다. 이처럼 이리듐프로젝트는 단순히 정보통신의 서비스차원을 넘어, 이동체 위성통신 기술을 통해 우리 인류에게 새로운 공공 복지의 혜택을 부여하게 될 것이다.
