전기전자/정보통신

전자정보통신학회지_2020.8

소특집
우주 통신 신시대의 개막
하늘(우주)을 여는 우주 통신
니시무로 요스케 (西室洋介): 총무성 국제전략국 우주통신정책과

최근 우주 산업은 세계적으로 커다란 전환기를 맞이하고 있으며 벤처기업 등의 등장과 더불어 각국 정부도 시장 활성화를 위한 대응을 추진하고 있다. 일본에서도 우주 기본법 및 우주 활동법, 위성 리모트센싱에 관한 법이 만들어져 우주활동으로의 제도 정비가 진전되고 있으며, 이와 함께 ‘우주 기본 계획’이 책정되어 향후 우주 정책의 기본 방침이 공표되고 있다. 앞으로 우주에서의 활동은 통신 플랫폼으로서 확대해 나갈 것이며 또한 우주로의 레저 활동 등 인류의 활동 영역으로서 크게 확대될 전망이다.
(키워드: 우주 활동, 우주 정책, 우주 동향, 우주 통신)

1. 머리말
일본 최초의 인공위성 ’오오스미’의 발사로부터 50년이 흘렀다. 그 동안 인공위성은 통신, 방송, 기상뿐만 어니라, 지구 관측, 측위, 태양∙천문 관측 등으로 그 활용 폭을 넓혀왔다.

그런 가운데, 2017년 12월에 총무성에서는 ‘우주 이용의 미래상에 관한 간담회를 개최해 우주 이용에 관한 미래상에 대한 논의를 통해 단기적 및 장기적으로 대응해야 할 방침에 대해 검토했다.

단기적인 방책으로는 2018년 2월부터 ‘우주 이용의 미래상에 관한 간담회’ 아래, 4차원 사이버시티의 활용을 위한 ‘테스크 포스(Task Force)’를 개최해 위성 데이터의 이용 및 활용 촉진을 추진할 필요가 있다는 내용을 정리한 보고서를 2018년 7월에 공표했다.

장기적인 방책에 대해서는 ‘우주 이용의 미래상에 관한 간담회’ 아래, ‘우주를 개척하는 테스크 포스’를 개최해 일본에서도 우주를 새로운 비즈니스 프런티어로 인식하며 벤처기업 등에게 새로운 활력의 참여를 촉구해 사회적 과제의 해결과 시장의 활성화를 함께 실현해 나가기 위해서는 무엇을 해야 하는 지에 관해 2030년 이후를 책정한 우주 이용의 미래상을 그리며 그 실현을 위한 과제, 그리고 ICT 분야에 있어서 중요한 활동 사항 등에 대해 검토했다.

이번 호에서는 ‘우주를 개척하는 테스크 포스’로 논의된 현재 우주 분야의 동향에 대해 보고서의 일부 개요를 현행화하면서 소개하겠다.

2. 우주 산업의 변용과 정부의 대응

2-1. 폐쇄된 우주 산업에서 열린 우주 산업으로
(1) 기존 우주 산업의 조류
기존 우주 산업의 개발은 고도의 기술과 많은 개발비가 필요하기 때문에, 이익 회수가 어려우며, 또한 민간기업이 자체 서비스를 제공하기 위해서는 사업 참여의 장벽이 높은 분야였다. 따라서 우주 산업이라고 하면 민간 기업이 공적 산업으로 자리매김해 정부 등(NASA(미국항공우주국), ESA(유럽우주기관), JAXA(우주항공연구개발기구) 등)의 우주 개발 프로젝트를 수탁해 위성을 개발∙제조∙운용하거나 로켓을 발사하는 등의 산업 모델이 일반적이었다. 이처럼 관수(官需)의 견인으로 발전해온 기존의 우주 관련의 민간 기업은 Established Space(Old Space)라고 불린다.

(2) 벤처 기업의 등장
한편, 지금까지는 국가 주도의 우주개발 프로젝트가 일반적이었던 것에 반해, 최근 수 년간 세계에서 Established Space와는 다른 민간기업의 우주 산업으로의 참여가 활발해져 우주산업을 리드하는 기업이 변화되어 왔다. 그 배경에는 기술 진보로 인해 로켓 및 인공위성의 개발이나 발사에 드는 비용이 낮아지는 등으로 벤처기업의 참여가 쉬워진 점, 우주산업으로의 참여가 가치 있는 분야로 인식되어 온 점 등을 들 수 있다. 이처럼 우주분야에 참여해 온 이업종 및 벤처기업은 기존의 관수에 의해 지탱해온 Established Space와는 반대로 New Space로 불리고 있다. 이 New Space 기업 수는 2000년경부터 증가해 왔으며, 구미(歐美)를 중심으로 이미 1,400 사 이상의 벤처기업이 참여하고 있다고 한다. 또한, 벤처캐피탈(투자펀드)로부터의 투자액도 급증하고 있다.

2.2 우주 산업에서의 세계의 대응
미국에서는 오바마 대통령 정권 당시의 2010년 6월에 발표된 ‘신(新)국가우주정책(U.S. National Space Policy)’에서 상업 우주 분야의 성장을 촉진시킴으로써 우주 산업의 활성화를 모색하는 것을 목표 중 하나로 세웠다. NASA는 ISS(국제우주스테이션)로의 물자 운송 상업화를 추진하기 위해 2005년부터 ISS에 화물을 운송하는 것에 대한 민간의 능력개발지원책(COTS: Commercial Orbital Transportation Services, 산업궤도운송 서비스)을, 2010년부터 NASA가 고객으로서 ISS로의 물자 운송 서비스를 구입하기 위한 지원책(CRS: Commercial Resupply Services, 상업보급 서비스)을 강구하고 있다.

중국은 2000년 11월에 중국의 우주활동의 목적과 원칙, 발전의 현황, 단기적 목표, 장기적 목표, 국제 협력 등에 대해 정리한 우주백서 ‘중국적 항천(중국항천백서)’을 발행해 그 후에도 2006년, 2011년 및 2016년에 개정하고 있다. 2016년도판 ‘중국항천백서’에서는 우주개발의 4가지 원칙을, 혁신적 발전∙협력적 발전∙평화적 발전∙개방적 발전으로 정해, 그 이후의 5년을 기준으로 한 우주 미션 계획을 우주 운송∙우주 인프라∙유인 우주활동 등의 10가지 항목으로 분류해 각각의 목표를 세우고 있다.

2.3 우주 산업에서의 일본의 대응
일본에서는 2008년 5월에 일본의 우주개발 이용에 관한 기본 방침을 나타낸 ‘우주기본법’이 성립되어, 같은 해 8월 27일에 시행되었다. 이 법을 기반으로 향후 20년 정도를 내다 본 10년간의 장기적∙구체적 정비 계획으로서 2009년 4월에 ‘우주기본계획’이 책정되었다. 지금까지도 2013년 1월 및 2016년 4월에 우주정책을 둘러싼 환경 변화를 감안한 개정이 시행되고 있으나, 2019년 6월의 우주개발전략본부의 아베(安部)총리로부터 새로운 시대 흐름에 맞게 개정하기 위한 검토를 시행한다는 발언이 있었다. 이에 내각부가 사무국을 맡고 있는 우주정책위원회에서는 그 산하에 기본 정책부회(政策部會)를 설치했다. 현재 해당 부회에 있어서 차기 우주기본계획에 대한 논의가 진행되고 있다.

그 밖의 제도의 동향으로서는 일본에서의 민간 기업의 우주 활동의 진전과 더불어, 사업의 예측 가능성을 높여 민간 사업을 견인하기 위한 제도 인프라로서 ‘인공위성 등의 발사 및 인공위성의 관리에 관한 법률’(우주 활동법) 및 ‘위성 리모트센싱 기록의 적정 취급의 확보에 관한 법률’(위성 리모트센싱법)의 우주관련 2법이 정비되고 있다(2016년 11월 16일 2법 공포, 위성 리모트센싱법은 2017년 11월 15일, 우주 활동법은 2018년 11월 15일 완전 시행).

우주 활동법을 통해 우주관련 조약이 명확하고 원만하게 실시됨과 동시에, 공공의 안전 확보와 일본의 민간 사업자가 준수해야 할 기준에 관한 예측 가능성이 확보됨에 따라 일본의 우주개발 이용이 진전될 것으로 기대되고 있다.

또한, 2017년 5월에는 일본에서의 우주 산업으로의 신규 참여를 촉진시켜 우주 이용을 확대하기 위한 총합적인 활동으로서 우주기기∙이용 산업의 미래 동향과 정부의 관여 방식에 관한 기본적인 시점에 대해 정리한 ‘우주산업 비전 2030’이 책정되고 있다.

3. 우주산업의 동향

테스크 포스에서는 우주산업의 동향에 대해 우주산업을 6가지로 분류했다. 그 분야를 민관의 동향 등의 활동과 함께 살펴보도록 하겠다.

3.1 위성 인프라 구축 및 운용
여기에서는 위성 인프라를 지구 근방의 정지궤도 및 저∙중궤도로 발사한 인공위성뿐만 아니라, 지상 측의 시스템을 포함해 위성 서비스를 시행하는데 있어서 필요한 인프라 군(群)으로 인식하고 있다.

정지궤도 위성에 있어서 다수의 멀티 빔과 중계기를 설치해 대용량 위성 통신을 실현하는 하이스루풋(Higher-Throughput) 위성(HTS)이 실용화되고 있다.

또한, 복수의 소형 위성을 이용해 중∙저궤도에서 협조해서 사용하는 새로운 서비스 (이하, ‘위성 콘스텔레이션'이라고 한다)의 실용화를 위한 움직임이 활발해지고 있다.

3.2 위성 활용 서비스
일본에서는 2018년 12월 1일부터 BS 및 동경(東經) 110도 CS에서 새로운 4K8K 위성 방송이 개시되면서 고화질의 현장감 있는 위성 방송 서비스를 즐길 수 있게 되었다. 특히 8K 위성 방송 시도는 세계 최초이다.

통신 분야에서는 정지궤도 위성을 이용해 서비스를 시행하는 것이 주력이지만, OneWeb과 스페이스X, LeoSat 등 위성 컨스텔레이션(Constellation)을 통한 서비스 공급을 구상하는 기업들이 등장하기 시작했다.

리모트센싱 서비스에서도 미국의 Planet과 같이 저∙중궤도의 복수의 소형 위성을 이용하는 움직임도 나오고 있다. 일본에서도 엑셀스페이스가 ‘악셀글로브(AxelGlobe)’를 개시했다.

위성측위 시스템에서는 미국의 GPS 이외에도 러시아(GLONASS), 유럽(Galileo), 중국(BeiDou) 및 인도(NAVIC)가 정비를 추진, 일본에서도 ‘준천정 위성 시스템 미치비키’의 서비스가 개시되었다.

3.3 우주 탐사∙유인 우주 활동
미국은 인류의 활동 영역을 달, 더 나아가 화성으로 확대하기 위해 달의 주회 궤도 위에 새로운 유인 거점 ‘Gateway’를 국제 파트너 및 민간 기업들과 협력해 구축하는 구상을 발표했다. 일본은 2019년 10월, 우주개발전략본부에 있어서 ‘미국의 제안에 의한 국제 우주 탐사로의 일본 참가 방침’으로서 달 탐사를 국제협력을 통해 시행하는 계획에 참가하기로 결정했다.

한편, 지금까지 정부 주도로 추진되어 온 우주 탐사에서도 최근 민간 기업들의 참여 조짐이 보이기 시작했다.

3.4 우주 환경 활용 서비스
우주 환경은 미소중력(微小重力), 고진공 등 지상과는 다른 특징을 가지고 있으며, 이 특징을 이용해 새로운 성과∙서비스를 창출하려는 구상도 확대되고 있다.

일본에서는 펩티드림(Peptidream)이 미소중력 환경을 이용해 신약 개발의 가속화를 추진하고 있다. (2017년 6월에는 우주스테이션 ‘기보우’의 일본 실험동에서 고품질 단백질 결정 생성 실험을 시행하는 전략적 파트너십 계약을 JAXA와 체결).

일반인을 대상으로 한 우주여행 서비스를 추진하는 기업들도 등장하고 있으며, 미국의 Virgin Galactic과 블루 오리진 등은 ‘탄도 우주 여행’의 프로그램을 검토하고 있다.

3.5 운송 시스템
운송 시스템이란 우주로의 발사 및 운송을 시행하는 시스템 전반을 가리킨다.

기존에는 대형 로켓 개발이 주류였지만, 벤처기업들의 신뢰성과 저가격화를 겸비한 대형 로켓 개발도 추진되고 있다. 미국의 블루 오리진과 스페이스X는 재이용 로켓 개발을 추진하고 있다.

또한 큐브위성(CubeSat)라고 불리는 초소형 위성 발사를 위한 소형로켓 시장에도 다양한 벤처기업들이 참여하고 있다.

일본에선 인터스텔라 테크놀로지가 자체적으로 소형 로켓 ‘MOMO’ 개발을 추진하고 있다.

또한 오바야시구미(大林組) 등, 우주와 지구를 연결해 사람과 물자를 운반하는 운송 시스템으로서 우주 엘리베이터를 검토하는 기업도 등장하고 있다.

3.6 우주환경 보호
우주환경 보호란 안정적으로 우주 산업을 발전시키기 위해 필요한 환경보호 서비스를 말한다.

지구는 태양과 비교적 가까운 행성으로, 태양의 활동 상황 변화로 인해 태양으로부터 X선 및 고에너지 입자 등이 지구로 유입되는 양이 증가하는 경우가 있다. 이러한 현상이 발생했을 때 대기권 밖에 있는 인공위성이나 국제우주스테이션(ISS)의 제어에 장애가 발생할 가능성이 있으며, 전리층 교란으로 인한 전파의 이상 전달로 위성을 이용한 통신∙방송∙측위 서비스와 지상의 통신∙방송 서비스에 영향을 미칠 가능성도 있다.

미국에서는 우주 날씨를 지진이나 해일과 동일하게 전략적 국가위기평가(SNRA: US Strategic National Risk Assessment)의 하나로 분류하고 있으며, 2015년 10월에 국가 우주날씨 전략∙액션플랜(NATIONAL SPACE WEATHER STRATEGY AND ACTION PLAN)을 백악관에서 발표했다(2019년 3월에 개정).

일본에서는 정보통신연구기구(NICT)가 태양 플레어 등 태양 활동으로 인한 영향의 예측∙현상 파악(우주 날씨 정보)과 그 예보를 전송하고 있다.

또한 안정적인 우주 산업 발전을 가로막는 걸림돌로서 우주쓰레기의 존재도 과제로 떠오르고 있다. 일본에서는 우주쓰레기 관측 능력 향상을 도모하기 위해 우주상황파악(SSA)시스템 구축이 추진되고 있다. 민생 기업들 사이에서도 우주쓰레기와 관련된 움직임이 나오고 있다. 그 중 하나가 아스트로스케일로, 우주쓰레기 제거 서비스 제공을 위해 연구개발을 추진하고 있다.

4. 우주 이용을 위한 이상적인 미래상
테스크 포스에서는 앞에서 언급한 우주 산업 동향 등의 분석을 바탕으로 6개 분야 가운데 ‘1. 위성 인프라 구축∙운용’ ‘2. 위성 활용 서비스’ ‘3. 우주 탐사∙유인 우주 활동’ ‘4. 우주 환경 활용 서비스’에 대해 예상되는 미래상을 그렸다. 여기에서는 이 4가지 미래상을 소개한다.

4.1 우주 통신 플랫폼(우주 공간으로 네트워크 기반 확대) [미래상 ①]
현재 인터넷 등 대부분의 통신 네트워크는 지구의 표면에 편재되어 있다.

2030년대가 되면 정지궤도 위성, 저∙중궤도 위성은 통신 노드, 더 나아가 데이터 저장 및 분석의 노드로서 기능하며 지상의 네트워크와 구별 없이 이용할 수 있다. 이를 통해 통합된 네트워크 기반은 지상 표면, 저궤도 위성, 중궤도 위성, 정지궤도 위성 등 지구 근방의 우주 공간에서 다층을 이루며 우주 공간으로 확대해나갈 것이다. 이 네트워크 기반으로 격차가 없는 세계적 ICT 인프라인 ‘우주 통신 플랫폼’이 형성되어 누구나 이 플랫폼을 이용할 수 있을 것이다.

그 결과, 지구뿐만 아니라 우주 공간을 포함한 임의의 장소에서 필요한 정보에 쉽게 액세스할 수 있는 세계가 실현되고 이를 전제로 한 서비스들이 제공될 것이다.

4.2 자연 재해 및 재해 사고 걱정 없는 상쾌한 사회 [미래상 ②]
2030년이 되면 다수의 리모트센싱 위성이 저궤도 등에서 운용되고 지상의 센서 수도 계속 증가할 것이다. 이러한 위성과 지상 센서들을 통해 다양한 지구 관측 데이터가 고해상도 및 고빈도로 수집될 것이다. 또한 이러한 데이터를 효율적이고 효과적으로 분석하는 기술의 발전으로 자연 재해 예방 정확도는 비약적으로 향상되어 재해 발생 후의 신속한 상황 파악 등이 가능해질 것이다.

이처럼 재해 예측의 고도화를 통해 재해 약자가 대폭적으로 감소할 뿐만 아니라, 재해가 난 경우에도 재해 피해자의 구조가 신속하게 이루어질 것이다.

또한 측위 정보를 안정적으로 다른 지상계 정보와 결합시켜 고도로 활용할 수 있게 되면서 고정밀 위치 정보를 통해 안전∙효율화된 무인 또는 자동 운송 시스템을 실현할 수 있을 것이다.

이 외에도 우주로부터 수집된 데이터를 지상의 센서와 SNS 등 다양한 정보와 조합해 이용할 수 있게 됨으로써 농작물의 효율적 재배와 해양 자원의 정확한 위치 및 매장량 파악, 인프라 관리, 금융, 마케팅 등 지구 관측 데이터를 활용한 비즈니스의 부가가치 및 새로운 비즈니스 창출이 실현될 것이다.

4.3 인류의 활동 영역 확대 [미래상 ③]
향후, 우주 공간에는 베이스 스테이션이 구축되고 물자와 기기, 사람의 운송뿐만 아니라 통신 기반도 형성될 것이다.

이를 통해 유인 우주 활동 중 지구와 직접 통신할 수 있게 되고 활동 장소와 거리적으로 가까운 곳에 위치하는 베이스 스테이션과도 통신∙경유하며 활동을 효율∙효과적으로 시행될 수 있을 것이다. 또한 위험한 장소나 심우주에서의 작업은 베이스 스테이션에서 로봇을 원격으로 조종하거나 AI를 이용한 탐사 차량의 자율주행 활용으로 무인화될 것이다.

더 나아가 우주 기지 생활에서 물이나 음료 등의 자체 생산 및 소비가 이루어져 장기 체류가 가능하게 됨에 따라 필요한 물자 수송량 감소로 비용이 절감될 것이다. 또한 베이스 스테이션 및 AI의 활용으로 심우주 탐사의 정밀도와 도달 가능 거리, 통신 가능 양이 큰 폭으로 향상되어 갈 것이다.

이처럼, 2050년대에는 지구 외 다른 행성의 자원 획득 및 주거 영역 확보 등 지구와 같은 수준의 우주 생활 환경이 구축되면서 인류 활동 범위가 확대될 것이다.

4.4 우주 레저 [미래상 ④]
향후 일반 사람들도 로켓 등에 탑승해 우주 호텔 숙박, 영화의 ‘성지’ 방문, 우주 테마 파크 등이 포함된 우주 여행을 즐길 수 있게 될 것이다.

또한 인류가 가보지 못한 영역에도 인류가 보낸 인공물로 수집된 데이터 등을 활용해 아바타 또는 VR을 이용한 가상 여행도 인기가 있을 것이다.

이처럼 2050년대에는 우주비행사나 부유층뿐만 아니라 일반 사람들도 우주를 레저로서 즐길 수 있게 될 것이며 지구, 우주, 리얼, 가상을 망라하는 ‘유니버셜 여행’이 당연하게 되는 세상이 될 것이다. 그리고 최근 원격으로 업무나 레저를 하는 것이 새로운 문화로 받아들여지고 있지만, 반대로 ‘실제로 직접 가보는 것’이 사치스럽고 특별해지는 시대가 올 것이다.

5. 맺음말

이와 같이 테스크 포스에서는 현재 우주 산업의 동향 분석, 2030년대 이후의 우주 이용에 대한 미래상을 그려보았다.

여기에서는 소개되지 않았지만 테스크 포스에서는 향후 일본의 우주 산업이 다른 나라들에 필적 또는 능가하는 발전을 이뤄내어 일본의 경제 성장의 키팩터(Key Factor) 가 되는 것을 목표로 미래상의 실현을 위한 과제, 특히 ICT분야에서 시급히 해결해야 할 과제와 그 대응 방안 등을 검토하고 있다. 만약 이번 특집을 읽고 흥미를 느낀 독자가 있다면 다음 특집도 읽어주시길 바란다.

참고로 이번 특집은 개인의 입장에서 기술한 것으로 소속된 조직의 의견 등을 대표하는 것은 아니다.

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