우주를 향한 전파의 비상 아마추어무선 위성통신의 세계

□ 들어가는 글

현대 사회는 전 세계인이 초 단위로 소통하는 초연결 시대에 접어들었고, 이 과정에서 인공위성의 역할은 갈수록 중요해지고 있습니다. 지구 궤도를 선회하며 기상 정보를 관측하고, 원거리에 있는 기지국 간 통신을 이어주며, 나아가 우주 탐사 프로젝트에까지 참여하는 등, 위성은 이미 우리 삶 속 깊숙이 자리 잡고 있습니다. 이러한 인공위성을 적극적으로 활용할 수 있는 대표적인 분야 중 하나가 바로 아마추어무선(Amateur Radio)입니다.

아마추어무선사의 관심은 예나 지금이나 ‘통신의 한계를 넓히는 것’에 맞춰져 왔습니다. 전 세계와 교신하기 위해 고출력 장비와 대형 안테나를 마련하거나, 다양한 모드(SSB, CW, 디지털 모드 등)를 학습하여 교신 범위를 확대하는 과정은 아마추어무선사의 오랜 전통이자 즐거움이었습니다. 그리고 이제, 인공위성을 활용함으로써 그 전통적인 ‘한계 확장’의 개념에 새로운 차원이 더해지고 있습니다. 지구상의 지형, 대기, 날씨 조건 등에 크게 구애받지 않고 비교적 적은 출력으로도 장거리 교신이 가능해지는 것입니다.

위성통신은 단순히 ‘원거리 교신’ 그 이상의 가치를 갖습니다. 더 높은 주파수 대역 사용, 보다 정밀한 주파수 안정도 요구, 신호 감쇄와 편이(Doppler Shift) 보정, 트래킹 시스템 운용, 서브시스템 분석 등, 통신 자체가 제공하는 재미와 함께 기술적으로 배워야 할 요소가 넘쳐납니다. 또한, 위성을 통한 교신 경험은 기본적인 무선통신의 원리와 우주공간의 환경 이해라는 고급 수준의 지식 습득을 가속화하여, 아마추어무선을 한 단계 끌어올려줍니다.

아마추어무선용 위성통신은 이미 수십 년의 역사를 가지고 있으며, 전 세계적으로 다양한 단체와 연구자, 그리고 개인 아마추어무선사들이 적극적으로 참여하고 있습니다. 해외의 다양한 사례를 살펴보면, 국가별로 고유한 법·제도와 기술력이 결합되어 위성통신을 통한 아마추어 활동이 활발히 이루어지고 있습니다. 이에 발맞춰 우리나라도 여러 위성을 통해 교신할 수 있는 환경이 점차 다가오고 있으며, 더욱 쉽고 직관적인 장비와 소프트웨어 개발이 이어지고 있습니다.

(사진 1) 고정 위성 모습

이 글에서는 위성통신 기술 전반에서부터 정지궤도와 저궤도(LEO) 위성의 차이, 실제 장비 구성, 해외 사례, 그리고 미래 통신기술과 결합된 아마추어무선의 비전을 종합적으로 다루려 합니다. 특히 한국의 아마추어무선사를 대상으로, 어떻게 하면 보다 체계적이고 안전하며 풍부한 경험을 얻을 수 있을지에 대한 다양한 관점을 제시하고자 합니다. 지상과 궤도 사이를 오가는 전파의 향연에 발을 들여놓고자 하는 분들에게, 이 글이 전문성과 실용성을 함께 아우르는 안내서가 되길 바랍니다.

□ 위성통신의 기술적 기반과 전반적 고려사항

아마추어무선 위성통신을 이해하기 위해서는 먼저 위성통신 자체가 어떠한 기술적 구조를 갖추고 있는지 파악해야 합니다. 위성통신은 지상국(아마추어무선사가 운영하는 지상 기지국)과 궤도를 도는 인공위성 간의 양방향 전파 교신을 의미하며, 이를 효율적이고 안정적으로 구현하기 위해서는 주파수 할당, 전력 관리, 신호 처리, 궤도 특성 이해, 법·제도적 요소 등 복잡한 고려 사항들이 뒤따릅니다. 이 장에서는 이러한 요소들을 체계적으로 살펴봄으로써, 아마추어무선사가 향후 위성통신 시스템을 구성하고 운영하는 데 필요한 기초 지식을 알아보고자 합니다.

1. 위성통신의 구조적 개념

위성통신은 크게 ‘지상국(Ground Station)’과 ‘위성(Satellite)’ 두 요소로 나누어 설명할 수 있습니다. 지상국은 송신 및 수신을 위한 안테나, 무선장비(TRX), 주파수 변환기(Transverter), 추적 안테나 컨트롤러, 로테이터 시스템, 소프트웨어(위성 트래킹 프로그램) 등을 갖추어야 합니다. 위성은 트랜스폰더(Transponder)나 리피터(Repeater) 형태의 페이로드를 탑재하여 지상의 신호를 수신한 뒤 재송신하고, 이를 다시 지상으로 보내는 역할을 합니다.

위성에 탑재되는 트랜스폰더는 입력 대역(Input Band)과 출력 대역(Output Band)을 갖고 있으며, 지상국에서 위성으로 올리는 업링크(Uplink) 주파수 대역과 위성에서 지상으로 내려오는 다운링크(Downlink) 주파수 대역이 서로 다르게 설정됩니다. 이를 통해 간섭을 줄이고 효율적인 주파수 활용이 가능해집니다.

2. 주파수 대역 및 전파 특성

위성통신에 사용되는 주파수 대역은 VHF/UHF 대역뿐만 아니라, SHF 마이크로파 영역까지 확대되고 있습니다. 대표적으로 아마추어무선 위성에서 사용되는 주파수 대역은 2m(VHF), 70cm(UHF), 23cm(L밴드) 또는 그보다 높은 GHz 대역(S밴드, X밴드 등)이 있습니다. 각 주파수 대역마다 전파 특성이 다르므로 신호 감쇠, 대기 영향, 지향성, 비산(산란) 정도 등을 고려해야 합니다. 예를 들어, 마이크로파 대역으로 갈수록 안테나의 지향성이 높아야 하고, 빗방울이나 눈과 같은 기상 현상에 의한 감쇠(Rain fade)가 더 크게 작용할 수 있습니다.

또한 위성의 움직임에 따라 발생하는 도플러 쉬프트(Doppler Shift) 효과 역시 중요한 고려사항입니다. 저궤도(LEO) 위성의 경우 위성이 매우 빠르게 지구상공을 가로지르므로, 업링크·다운링크 주파수에서 수 kHz에서 수 십 kHz 단위의 주파수 보정이 필요할 수 있습니다. 이러한 도플러 쉬프트 보정은 수신 신호의 안정적인 디코딩 및 원활한 교신을 위해 필수적이며, 이를 자동화하는 소프트웨어 및 장비 시스템이 이미 널리 사용되고 있습니다.

3. 전력 관리와 RF 공학적 요소

아마추어무선 위성통신에서는 상대적으로 낮은 전력(RF Power)으로도 지구 반대편에 있는 아마추어무선사와 교신할 수 있습니다. 이는 위성이 높은 고도에 위치해 지구의 넓은 지역을 커버하기 때문이며, 지상국의 안테나 이득(Gain)과 트랜스폰더의 효율적인 설계 덕분입니다. 그러나 전력은 여전히 중요한 요소로, 지나치게 낮은 출력은 교신 품질 저하를 초래하고, 반대로 지나치게 높은 출력은 트랜스폰더를 포화(Saturation) 상태로 만들거나 위성 리소스를 비효율적으로 점유하게 합니다. 따라서 적정 전력 수준 설정과 전력 측정 장비, 고성능 LNA(Low Noise Amplifier) 및 출력 관리 기술이 필요합니다.

4. 위성 궤도 특성과 커버리지

위성통신은 위성의 궤도 특성에 따라 신호 가용 시간(위성이 지구상공 위로 떠 있는 시간), 도플러 쉬프트 정도, 그리고 커버리지 범위가 달라집니다. 예를 들어, 정지궤도(GEO) 위성은 항상 같은 지점을 바라보며 안정적으로 커버리지를 제공하지만, 대부분 높은 주파수 대역을 사용하고 장비와 트랜스폰더 임대 비용 등 다양한 문제가 있어 아마추어무선에 적용하기 쉽지 않습니다. 반면에 LEO 위성은 지구 저궤도를 빠르게 이동하면서 주기적으로 지구상공 위로 회전하므로, 교신 가능한 시간이 몇 분에서 수십 분 정도로 한정되지만, 상대적으로 교신 조건이 단순하고, 상용보다 훨씬 다양한 아마추어용 위성이 존재합니다.

5. 법과 제도, 라이선스 고려사항

아마추어무선 위성통신을 하기 위해서는 해당 국가의 아마추어무선 자격 및 무선국 허가 조건을 충족해야 합니다. 과학기술정보통신부, 국립전파연구원, 중앙전파관리소 등 관련 기관으로부터 위성교신에 필요한 주파수 대역 허가를 받는 과정이나, ITU(국제전기통신연합)와 IARU(국제아마추어무선연합)에서 제정한 국제 규범을 준수하는 것이 중요합니다.

특히, 위성통신은 국제적 협력이 필수적이므로, 각 국가별로 서로 다른 주파수 정책, 규제 조건, 위성 주파수 파일링(File) 절차 등 법적·제도적 측면을 이해하는 것이 필요합니다. 아마추어무선사는 교신하려는 위성이 어떤 라이선스 상태를 갖고 있는지, 그리고 어떤 대역이 아마추어 할당 주파수인지 사전에 확인해야 합니다.

6. 신호 처리 기술과 디지털 모드

아마추어무선 위성통신은 아날로그 음성 모드뿐만 아니라 다양한 디지털 모드(PSK, FSK, APRS, ATV, D-STAR, DMR, JT65, FT8, FT4 등)의 적용이 활발히 진행되고 있습니다. 디지털 모드 사용 시 낮은 신호 대 잡음비(SNR)에서도 성공적인 디코딩이 가능하므로, 상대적으로 열악한 조건에서도 안정적인 교신이 가능합니다. 이때 필요한 것은 적절한 디지털 모드 선택, 디코딩 소프트웨어 설치, PC-무전기 간 오디오 인터페이스 구성, 클럭 동기화 등 종합적인 기술적 준비가 되겠습니다.

7. 지상국 설계 및 운영 전략

위성통신을 위한 지상국 설계는 전파 경로, 빔폭, 주파수 변환, 무전기와 트랜스버터의 호환성, 제어 소프트웨어의 안정성, 안테나 트래킹 시스템의 정확도, 도플러 쉬프트 자동 보정 등 다각도의 설계 요소를 포함합니다. 효율적인 교신을 위해서는 설계 초기부터 목표하는 위성(LEO, MEO, GEO), 주파수 대역, 디지털 모드 지원 여부 등을 명확히 하고, 이에 맞게 장비 스펙을 선정해야 합니다.

(그림 1) 아마추어무선용 위성통신 개념도

위에서 살펴보았듯이 위성통신을 성공적으로 구현하기 위해서는 다양하고 복잡한 기술적 고려사항이 존재합니다. 주파수 및 전력 관리, 안테나 특성과 도플러 쉬프트 보정, 법적·제도적 조건 및 디지털 모드 지원 등이 조화를 이루어야 하며, 이를 위해서는 지속적인 학습과 경험, 그리고 해외 사례 및 전문 커뮤니티를 통한 정보 공유가 필수적입니다. 이러한 기반 지식이 탄탄히 다져진 후에야, 아마추어무선사는 우주로 뻗어나가는 전파를 보다 자신 있게 다룰 수 있을 것이며, 이를 통해 한 차원 높은 무선통신의 세계를 경험할 수 있게 될 것입니다.

□ 정지궤도(GEO) 위성과 저궤도(LEO) 위성의 비교 및 아마추어무선 활용 방안

위성통신을 논할 때, 가장 근본적인 분류는 ‘정지궤도(GEO) 위성’과 ‘비정지궤도(NGO) 위성’의 차이에서 출발합니다. 일반적으로 비정지궤도 위성에는 저궤도(LEO), 중궤도(MEO), 심지어 Highly Elliptical Orbit(HEO) 등 다양한 범주가 존재하지만, 아마추어무선 활동에서 가장 활발하게 활용되는 것은 LEO 위성입니다. 이 장에서는 GEO 위성과 LEO 위성 간의 기술적·운용적 차이와 아마추어무선에서 이를 어떻게 활용할 수 있는지를 살펴보겠습니다.

정지궤도(GEO) 위성은 적도 상공 약 36,000km(정확히 35,786km) 높이의 궤도를 따라 지구 자전 속도와 동일하게 공전하기 때문에, 지상 관측자 입장에서는 위성이 항상 같은 위치에 정지해 있는 것처럼 보입니다.

이로 인해 한 위성으로 지구 표면의 약 1/3을 커버할 수 있고, 24시간 연속 교신이 가능하며, 안테나 방향도 고정시켜 두기만 하면 되기 때문에 운용이 간편하다는 큰 장점이 있습니다. 반면 발사 및 유지 비용이 막대하고 기술적 장벽이 높아, 대부분 정부나 대형 민간 사업자 위주로 인프라가 구축되어 있습니다. 게다가 Ku/Ka 밴드 등 고주파수 대역을 주로 사용해 고가의 파라볼릭(접시형) 안테나, 고출력 증폭기, 세밀한 신호 처리 장치 등이 필요하며, 이로 인해 개인 아마추어무선사가 직접 교신할 수 있는 기회는 극히 제한적이라 할 수 있습니다.

물론 미래에는 민관 협력이 더욱 활발해지고 우주개발 비용이 낮아질 가능성이 있으므로, 남는 자원이나 일부 트랜스폰더가 아마추어무선 용도로 할당된다면 혁신적인 24시간 전 세계 교신 환경이 열릴 수도 있다고 봅니다.

이에 비해 저궤도(LEO) 위성은 높이가 수백~2,000km 정도로, 지구를 일정 주기로 빠르게 도는 덕분에 발사 비용과 운용 부담이 상대적으로 낮으며, 큐브샛(CubeSat)처럼 작고 가벼운 형태의 위성도 충분히 활용할 수 있습니다.

(사진 2) 천리안 위성사진

거리 자체가 짧아 지상국 입장에서도 적은 출력(Power)과 소형 야기(Yagi) 안테나만으로 교신이 가능하고, 도플러 쉬프트는 자동 추적 프로그램이나 무전기 주파수 보정 기능으로 극복할 수 있습니다. 물론 가시권의 지구상공 위에 떠 있는 시간이 보통 10~15분 정도로 짧아 ‘패스(Pass)’라는 제한된 시간 안에 신속히 교신해야 하며, 위성 이동에 따라 끊임없이 안테나 방향을 바꿔야 하므로 운용의 난이도가 높아질 수 있습니다. 그러나 이 과정을 통해 도플러 쉬프트 보정, 고주파 회로 운용, 위성 궤도 추적 등의 실질적인 기술 역량을 빠르게 향상할 수 있고, OSCAR 시리즈 등 이미 다수의 아마추어무선 전용 LEO 위성이 존재해 CW, SSB, 디지털 모드(APRS, PSK, FT8 등)와 같은 다양한 통신 기법을 실험할 수 있어 학습 및 실전 경험에 매우 유리합니다.

두 위성을 서로 비교해 보면, GEO 위성은 그 광범위한 커버리지와 안정성 때문에 대규모 데이터 중계나 방송 서비스에 유리하지만, 설치 비용과 운용 기술 수준이 높아 아마추어무선에서 활용 사례가 현재까지 거의 없습니다.

LEO 위성은 제한된 교신 시간이 단점이지만, 비교적 저렴한 비용과 높은 접근성을 갖춰 아마추어무선사가 실제 교신을 경험하고, 관련 기술을 익히며, 후속 연구와 프로젝트에도 참여하기 좋은 플랫폼을 제공합니다. 따라서 현시점에서 아마추어무선사는 LEO 위성 위주로 교신에 입문한 뒤, 안테나 자동추적 시스템, 주파수 변환기(Transverter) 운용, 디지털 모드 활용 등을 습득하면서 보다 높은 주파수 대역이나 복잡한 임무를 수행하는 위성들로 관심을 넓힐 수 있습니다. 향후 만약 GEO 위성에 아마추어용 트랜스폰더가 탑재되고 운용이 가능해진다면, 24시간 세계 각지와의 교신이라는 꿈의 환경이 열릴 것이므로, 지금부터 양 궤도 위성들의 장단점을 이해하고 기술적 노하우를 쌓아두는 것이 큰 자산이 될 것이라고 봅니다.

아래 표는 GEO와 LEO의 아마추어무선 위성의 활용 차이를 간략히 나타낸 것입니다.

(표 1) GEO 및 LEO의 위성 비교표

□ 위성통신을 하기 위한 장비 및 기술적 장치 설정

위성통신을 시작하려면 먼저 어떤 위성과 주파수 대역을 사용할지 결정하고, 이에 맞는 장비와 안테나를 준비해야 합니다. 한국에서 주로 운용할 수 있는 아마추어무선 위성들은 2m 대역(145 MHz 근방) 또는 70cm 대역(435 MHz 근방)을 업링크·다운링크로 활용하므로, 이 두 주파수 대역을 지원하는 듀얼밴드 무전기 또는 트랜시버가 있으면 기본적인 교신 환경은 갖출 수 있습니다. 다만 위성마다 업링크와 다운링크 대역이 서로 다를 수 있고, 도플러 쉬프트까지 고려해야 하므로 실제 운용 시에는 주파수를 세밀하게 조정할 수 있는 장비(SSB, CW 모드 지원 가능, VFO 방식 세밀 조정 가능)가 유리합니다.

안테나는 지향성이 있는 야기(Yagi)나 헬릭스(Helix) 종류가 많이 쓰이며, 간단히 휴대용으로 제작된 야기 안테나를 손에 들고 추적하는 방법부터, 옥상이나 타워에 회전(Rotor) 시스템을 설치해 자동으로 위성을 쫓아가는 방식까지 다양한 난이도로 구분됩니다. 가장 초보적인 형태는 2m와 70cm 대역을 각각 지원하는 핸드헬드 야기 두 개를 교차 장착하거나, 듀얼밴드가 가능한 야기(일명 ‘Arrow 안테나’)를 사용해 수동으로 위성의 이동 경로에 맞춰 방향을 조정하는 것입니다. 이 방법은 저비용·간단 장비로도 실제 위성 교신을 경험하기 좋지만, 패스(Pass) 시간 내에 손으로 안테나 방향을 부지런히 바꿔야 하고, 업링크와 다운링크 주파수를 다이얼로 따라가며 도플러 쉬프트를 보정해야 하므로 초기에는 다소 헷갈릴 수 있을 것입니다.

(사진 3) AO-51 아마추어무선 위성

좀 더 체계적으로 운영하려면 안테나 로테이터와 위성 추적 프로그램이 연동된 시스템을 구축해야 합니다. 로테이터는 무거운 야기 안테나나 파라볼릭 안테나를 정밀하게 회전시키고 고각을 조절해 주는데, 이를 위해서는 아마추어무선용 전용 컨트롤러나 소프트웨어(Orbitron, SatPC32, GPredict 등)가 필요합니다.

컴퓨터에서 미리 위성의 궤도 정보를 불러와 인공위성이 가시권 지구상공 위로 뜨는 시간과 이동 경로를 예측한 뒤, 해당 시점에 맞춰 자동으로 안테나 방향을 제어하는 방식입니다. 이때 무전기나 트랜시버에서도 주파수를 자동으로 따라가면서 도플러 쉬프트를 보정해 주는 CAT(Computer-Aided Tuning) 제어 기능이 지원되면 교신 성공률과 편의성이 대폭 높아집니다.

주파수 대역은 처음에는 VHF(2m)와 UHF(70cm) 중심의 FM 위성을 주로 시도하는 것이 좋습니다. 예컨대 ‘SO-50’, ‘AO-91’, ‘AO-92’ 등으로 알려진 FM 리피터형 위성들은 비교적 단순한 교신 절차(PTT를 눌러 송신, 신호 확인 후 호출부호 교환 등)로 손쉽게 접근 가능합니다. 이후 경험이 쌓이면 SSB/CW 트랜스폰더 방식 위성, 디지털 모드(APRS, PSK, 실험적 모드 등) 활용 위성 등 더 복잡하고 흥미로운 분야로 확장할 수 있습니다. 마이크로파 대역(S밴드, X밴드 등)에 도전하려면 파라볼릭 접시 안테나, 업·다운 컨버터(Transverter)와 같은 고급 장비가 필요하지만, 이런 시도는 도플러 쉬프트와 신호 감쇠 문제를 더욱 정교하게 다루는 경험을 쌓게 해 줍니다.

설치 장소는 개방된 공간, 즉 전방에 장애물이 없는 옥상이나 공터가 유리합니다. LEO 위성은 가시권 지구상공 부근에서 짧게 머물다 사라지는 경우가 많아 시야가 가려지면 교신 시간이 크게 줄어들기 때문입니다. 안테나 높이가 낮으면 건물이나 산 등 장애물에 의해 위성을 놓치기 쉬우므로, 안정적인 교신을 위해서는 가급적 지붕이나 타워를 활용하되, 낙뢰나 안전사고에 대비한 접지 및 방수 대책을 세워야 합니다. 장비 설치 시 전원(AC/DC), 케이블(RG-213, LMR400 등 저손실 동축), 마스트·브래킷 등 기계적 안전까지 모두 고려해야 합니다.

정리하면, 위성통신을 위해선 먼저 위성과 주파수 대역을 정확히 파악하고, 듀얼밴드 이상을 지원하는 트랜시버와 지향성 안테나를 준비하는 것이 출발점입니다. 간단히 휴대용 야기와 핸디 무전기로 시작할 수도 있고, 좀 더 전문적으로 접근한다면 위성 추적 로테이터와 자동 도플러 보정 시스템으로 구성을 확장할 수 있습니다. 또한 국외 운용자를 대상으로 한 단체나 한국 내 각 지역 동호회 등을 통해 노하우를 빠르게 배울 수 있으니, 실제 교신에 참여하면서 하나씩 익혀나가는 것이 좋을 것입니다. 막상 시작해 보면 상상 이상으로 흥미롭고 보람 있는 활동이므로, 미리 겁먹지 말고 소형 야기 안테나부터 하늘을 향해 들어 올리며 첫 위성 신호를 수신해 보는 것을 추천합니다.

(사진 4) AO-73 아마추어무선 위성

□ 외국의 아마추어무선용 위성 사용현황

미국을 비롯한 해외 여러 국가에서는 아마추어무선 위성통신이 이미 오래전부터 다양한 형태로 발전해 왔습니다. 미국의 경우, ARRL(미국아마추어무선연맹)과 AMSAT(아마추어위성연맹)에서 오랜 기간 위성 개발과 운용에 적극적으로 참여해 왔으며, 1961년 발사된 첫 아마추어무선 위성 OSCAR-1 이후로 여러 ‘OSCAR’ 시리즈를 지속적으로 선보였습니다. 특히 AO-91, AO-92 등 FM 리피터형 LEO 위성이 큰 인기를 끌었고, 대학 및 민간 연구기관과의 협력으로 CubeSat 개발이 활발히 진행되어 예산이나 인프라가 비교적 풍부한 대학에서 실험적 트랜스폰더와 각종 센서를 탑재한 아마추어위성을 꾸준히 쏘아 올렸습니다. 이처럼 미국은 광범위한 국토와 다양한 연구 기관, 그리고 아마추어무선에 대한 사회적 관심이 결합되어 위성통신 분야의 선도적 역할을 담당해 왔으며, FCC(연방통신위원회)의 규제 아래 아마추어 대역에 대한 비교적 명확한 가이드라인이 마련되어 있으므로 교신을 시도하기도 상대적으로 수월한 편이었습니다.

유럽 역시 오래전부터 ESA(유럽우주국)를 중심으로 광범위한 위성 연구와 우주개발이 이루어져, 각국 아마추어무선사들이 적극적으로 참여할 수 있는 기반을 갖추었습니다. 영국, 독일, 프랑스 등 주요 국가에서는 국립·민간 연구소와 대학이 협력하여 CubeSat 위성을 발사하는 사례가 많으며, 아마추어 대역의 트랜스폰더를 탑재한 위성도 꾸준히 등장했습니다. 유럽은 국가별로 주파수 정책과 면허 제도가 다소 상이하기 때문에, IARU(국제아마추어무선연합)와 각국의 무선연맹(RSGB, DARC 등)이 협력해 위성 대역 조정과 라이선스, 호출부호 정책 등을 조율해 왔습니다. 그 결과, 유럽 내에서도 다양한 언어와 제도적 차이를 뛰어넘어 공동 프로젝트를 추진하는 사례가 두드러지며, AMSAT-UK, AMSAT-DL(독일) 등 국가 단위의 위성 전문 모임이 활발히 활동 중입니다.

호주는 인구가 많지 않음에도 불구하고 넓은 대륙을 배경으로 아마추어무선의 효용성을 인식하고 있으며, WIA(Wireless Institute of Australia)와 각종 대학교를 중심으로 소규모 위성을 발사하거나 협력 프로젝트를 진행해 왔습니다. 호주의 독특한 점은 지리적으로 광범위한 Outback 지역에서 통신망이 취약할 수 있는데, 이를 보완하기 위해 아마추어무선과 위성통신을 응용하려는 시도가 많다는 것입니다. 또한 남반구 관측 지점에서 이루어지는 우주 추적·측정 활동이 중요하게 여겨지는 국제 우주 프로젝트에 호주가 자주 참여하기도 하므로, 자연스럽게 아마추어 위성 분야에도 관심을 가지는 환경이 조성되어 왔습니다.

일본은 JARL(일본아마추어무선연맹)이 주축이 되어 1970년대부터 아마추어위성을 개발·운용해 온 전통이 있으며, JAXA(일본우주항공연구개발기구)와의 협업도 활발합니다. 특히 ‘FO(Fuji OSCAR)’ 시리즈 위성은 세계 아마추어무선사들에게도 잘 알려진 성공 사례로서, 고도화된 기술(SSB, CW 트랜스폰더, 디지털 중계 등)을 선보였습니다. 일본은 예전에 전자·우주 분야에서 글로벌 경쟁력을 갖춘 기업과 대학이 많아, 큐브샛 등 소형 위성을 통한 실험적 통신 기술 개발이 활발하였고, 학생들도 자연스럽게 아마추어위성 프로젝트에 참여할 기회를 많이 얻었습니다. 또한 지리적으로 섬나라라는 특성 때문에 태평양 건너 여러 국가와 통신할 수 있는 위성 경로 설계에 관심이 많았고, 재난 대응 측면에서도 위성 교신을 중시하는 분위기가 있었습니다.

이처럼 미국, 유럽, 호주, 일본 등 해외 여러 국가에서는 다양한 형태의 아마추어위성 운용이 이뤄지고 있으며, 공통적으로 대학과 연구소, 민간 협회가 협력해 소형 위성을 제작·발사하는 문화가 오랫동안 자리 잡았습니다. 이 과정에서 각국 정부나 통신 규제 기관은 아마추어무선을 위한 주파수 대역과 규정을 정비해 왔고, 국제기구(ITU, IARU) 차원에서도 아마추어위성 주파수 할당이나 호출부호 블록 할당, 위성 파일링(위성 등록) 절차 등을 지속적으로 관리하고 있습니다.

한국의 아마추어무선사가 이 해외 사례를 참고할 때 유념해야 할 점은, 단순히 장비나 기술만 베껴올 것이 아니라, 대학과 민간 협회 간의 연구 협력 모델, 정부 차원의 제도 지원, 그리고 국제 연맹과의 긴밀한 네트워킹 등 ‘생태계 전반’을 함께 발전시켜야 한다는 것입니다. 해외에서는 아마추어무선 위성통신이 단순 취미를 넘어 과학 교육, 우주 기술 실험, 재난 통신망 보조 등 다양한 역할을 수행하며 인정받았기에 지금의 왕성한 프로젝트와 풍부한 경험이 쌓일 수 있었습니다. 한국 역시 이러한 장점을 적극 수용하고, 국내 실정에 맞는 아마추어위성 프로그램을 체계적으로 확대해 간다면, 소형 위성과 저궤도 위성통신 분야에서 더욱 다양하고 의미 있는 활동을 기대할 수 있을 것입니다.

□ 한국의 아마추어무선용 위성 연구 사례

한국항공우주연구원(KARI)과 국내 대학·연구소에서는 이미 1990년대 후반부터 소형 및 초소형 위성 연구를 이어오고 있으며, 최근에는 국제적 큐브샛 표준 플랫폼을 적극 도입해 아마추어 주파수 대역으로 위성을 운용하는 사례가 늘어나고 있습니다. KAIST의 ‘STEP Cube Lab’, 서울대 ‘SNUSAT’ 시리즈를 비롯한 다양한 소형 위성들은 실제 궤도에서 아마추어 대역을 통해 텔레메트리 및 교신 실험을 수행해 왔고, 국내외 아마추어무선사들의 협업이 성공적으로 이루어졌습니다.

이렇듯 아마추어 주파수를 활용하는 소형 위성 프로젝트는 연구·교육·국제 협력을 동시에 달성할 수 있는 훌륭한 모델이며, 국내 우주산업과 무선기술 발전에 큰 기여를 하고 있습니다. 앞으로도 KARI 및 각 대학·연구기관이 추진하는 신기술 검증, 재난감시, 과학탐사 목적의 큐브샛 프로젝트가 증가할 것으로 예상되며, 이는 한국 아마추어위성 생태계 형성과 글로벌 RF 협력망 구축에도 긍정적인 파급 효과를 가져올 것으로 보입니다.

□ 한국에서 활용할 수 있는 아마추어무선용 위성 및 준비 요소

한국에서 활용할 수 있는 아마추어무선용 위성은 대부분 저궤도(LEO) 위성으로, 대표적으로 SO-50, AO-91, AO-92, CAS-4 시리즈(XW 시리즈로도 알려짐), FO-29 등이 많이 알려져 있습니다. 이들 위성은 주로 2m(145 MHz 대역)와 70cm(435 MHz 대역)를 업링크·다운링크로 사용하고, FM·SSB·CW·디지털 모드 등 다양한 형태로 교신을 지원합니다.

운영에 필요한 장비와 안테나 등은 위에서 언급을 하였으므로 생략하고, 주파수 설정은 각 위성마다 업링크와 다운링크가 다르므로, 교신하려는 위성의 최신 정보를 먼저 확인해야 합니다. 예컨대 FM 리피터형 위성인 SO-50은 업링크 145.850 MHz(CTCSS 톤 67.0Hz), 다운링크 436.795 MHz 근방에 있으며, 실제 운용 시에는 도플러 쉬프트에 따라 수 kHz씩 주파수를 조정해 줘야 합니다. 이런 작업을 수동으로 하려면 정확한 손놀림과 경험이 필요하지만, 자동화 프로그램을 사용하면 상당히 수월해집니다. SSB/CW 트랜스폰더형 위성의 경우도 업·다운링크 대역폭이 정해져 있으므로, 해당 범위 내에서 주파수를 맞춰 교신하면 됩니다.

장비 구입 요령을 살펴보면, 입문 단계에서는 우선 VHF/UHF 듀얼밴드 기능이 있는 트랜시버(예 : Yaesu FT-817/818, Icom IC-905/9700, Kenwood TS-2000 등)나 휴대용 듀얼밴드 무전기(Handy)를 확보한 뒤, 소형 야기 안테나나 헬릭스 안테나를 직접 제작하거나 완성품을 구매해 운용해 볼 수 있습니다. 이 정도 세팅으로 FM 위성을 교신하는 데 큰 무리가 없고, 나아가 SSB/CW 모드를 지원하는 무전기를 사용하면 CAS-4, FO-29 같은 선형(SSB/CW) 트랜스폰더 위성도 시도할 수 있습니다. 안테나 로테이터나 자동 추적 시스템은 선택 사항이지만, 본격적으로 위성통신에 빠져들수록 결국 편의성과 교신 성공률을 위해 구축하는 경우가 많습니다. 로테이터의 경우 국내외 아마추어무선 장비 사이트나 중고 장터 등을 통해 구매 가능하며, 트래킹 소프트웨어는 대부분 무료 버전 또는 저렴한 유료 버전이 있습니다.

(사진 5) Self-contained Antenna Tracker

또한 교신 경험을 늘리고 싶다면, 해외 AMSAT(미국, 유럽, 일본 등) 웹사이트를 참고하여 위성 패스 시간표, 최신 주파수 변경 정보, 운영 팁 등을 자주 확인하는 것이 중요합니다. 특히, 발사 직후인 새로운 위성들은 임시로 주파수가 바뀌거나 비정상 동작을 할 수도 있으므로, 해외 커뮤니티(예 : AMSAT-BB 메일링 리스트)와 SNS를 통해 ‘실시간 운용 리포트’를 체크하면 도움이 될 것입니다.

그리고 무엇보다 도플러 쉬프트 보정과 신호 감도 확보에 신경 쓰는 습관을 들여야 합니다. LEO 위성은 고속으로 이동하므로 업링크와 다운링크 주파수가 상당히 변화하며, 각도에 따라 시그널 강도도 급변하기 때문입니다. 이 과정에서 RF 출력이 너무 낮으면 신호가 끊기고, 반대로 과도한 출력은 트랜스폰더를 포화시켜 다른 아마추어무선사들에게 피해를 줄 수 있으니 항상 적정 수준을 유지해야 합니다. 안테나 방향도 수시로 보정해야 하며, 특히 손에 들고 추적하는 경우에는 미리 패스 궤도를 예측하고 숙지한 상태에서 교신에 임하는 것이 좋습니다.

정리하자면, 한국에서 사용할 수 있는 아마추어위성은 주로 2m와 70cm 대역을 쓰는 LEO 위성들이며, FM/SSB/CW/디지털 등 다양한 모드가 가능합니다. 필수 장비로는 듀얼밴드 트랜시버나 무전기, 지향성 안테나, 그리고 최소한의 주파수 조정 능력이 필요하고, 좀 더 체계적인 운용을 원한다면 자동 추적 로테이터, 위성 트래킹 소프트웨어, 고성능 프런트엔드(LNA, 필터 등)를 확보하면 됩니다.

(사진 6) Satellite – Cross Yagi Dual Band antenna

구입 시에는 현재 운용 중인 위성들의 주파수 및 모드를 고려해 장비 사양을 결정하고, 해외·국내 아마추어위성 커뮤니티를 통해 실시간 정보를 파악하여 교신 성공률을 높이도록 하는 것이 무척 중요합니다. 무엇보다 처음에는 간단한 FM 위성부터 하나씩 문을 두드려 보는 것이 좋을 것입니다.

□ 현대 기술을 접목한 아마추어무선용 위성통신

6G, IoT, AI와 같은 차세대 기술이 부상하면서 아마추어무선 위성통신 영역에도 새로운 기회와 가능성이 열리고 있습니다. 우선 6G는 기존 5G 대비 훨씬 높은 주파수 대역(테라헤르츠 영역 포함), 광대역, 초저지연성을 특징으로 삼아 초연결 사회를 구현할 것으로 전망됩니다. 이러한 차세대 통신 인프라는 지상의 기지국 통신뿐 아니라 우주·위성 통신과의 융합을 전제로 하며, 아마추어무선사 역시 고주파수 대역과 극초단파(µWave, mmWave 이상) 분야에서 다양한 실험 기회를 얻게 될 가능성이 매우 큽니다. 예컨대 6G 표준화 과정에서 위성 백 홀(Backhaul) 기능이 필수 요소로 포함된다면, 아마추어위성에도 관련 기술이 접목되어 더 큰 대역폭과 빠른 데이터 전송이 가능해질 수 있습니다.

IoT(사물인터넷) 기술의 적용은 이미 소형 저궤도(LEO) 위성을 통해 일부 진행 중입니다. 예컨대 소규모 센서 네트워크나 데이터 수집용 기기를 아마추어 대역과 연동하여 전 지구적 커버리지를 제공하는 형태입니다. CubeSat 위성에 저전력 센서 플랫폼을 탑재하고, 지상에서는 아마추어무선사들이 이를 수신해 각종 기상 데이터나 재난·환경 정보를 공유하는 식의 프로젝트가 해외 여러 단체에서 시도되고 있습니다. 앞으로 IoT가 더욱 확산된다면, 아마추어무선 위성에도 저전력·초소형 통신 모듈을 활용한 긴급 모니터링, 자율 주행, 드론 및 로봇 통신 중계, 고도화된 센서망 구축 같은 아이디어가 현실화될 전망입니다.

AI(인공지능)은 위성통신 분야에서 신호 처리와 자동 제어, 데이터 분석 측면에서 상당한 혁신을 가져올 것으로 예상됩니다. 예컨대 AI 기반으로 도플러 쉬프트 추적 알고리즘을 최적화하거나, 실시간 빔포밍(Beamforming) 안테나 시스템이 지상국 및 위성 단말에서 자동으로 지향각을 결정하는 식입니다. 또한, 무선 주파수 신호의 스펙트럼 분석에 머신러닝을 적용해 간섭 신호를 분류·제거하거나, 날씨·전파 상태를 예측하여 각 위성 교신 스케줄을 AI가 자동 편성해 주는 방안도 구상해 볼 수 있습니다.

(사진 7) 우주에서 촬영한 위성 모습

이러한 첨단 기법은 일반 사업용 위성뿐 아니라 아마추어위성에도 충분히 적용 가능하므로, 무선통신 엔지니어링에 열정이 있는 아마추어무선사라면 앞으로 AI 소프트웨어와 연계하여 더 정교하고 효율적인 위성교신을 구현할 수 있을 것입니다.

□ 아마추어무선에서 위성통신을 시도함으로써 얻는 이점과 시사점

아마추어무선 통신에서 위성을 활용한다는 것은 단순히 ‘먼 거리 교신’을 넘어 최신 기술과 공학적 탐구심이 결합된 종합적 활동으로 확장될 수 있습니다. 지상 기지국을 만드는 것과 달리 우주의 환경은 도플러 효과, 극한의 온도차, 미세 중력 등 변수들이 많아 통신 시스템 설계와 운용 모두 큰 도전이 따릅니다. 그러나 이 도전 속에서 무선통신 이론과 실전을 동시에 습득할 수 있고, 실제 위성과 교신에 성공했을 때의 보람은 이루 말할 수 없을 것입니다. 더 나아가 긴급 재난 상황이나 통신 인프라가 미흡한 오지에서도 위성교신을 통한 비상통신이 가능하다는 점은 아마추어무선의 공익적 가치를 보여주는 대표적인 사례입니다. IoT, AI, 6G 같은 차세대 기술이 접목되면, 기존에 상상하지 못했던 스펙트럼 활용, 데이터 처리, 자동화 수준을 달성하여 아마추어무선 위성통신의 역할이 더욱 확대될 것으로 기대됩니다.

아마추어무선에서 위성통신을 시도함으로써 얻는 이점과 시사점을 정리하면 다음과 같습니다.

첫째, 기술적 역량 강화입니다. 도플러 쉬프트 보정, 초고주파 대역 운용, 위성 궤도 역학, AI 기반 신호 처리 등 복잡한 요소들을 종합적으로 학습하면서 개인의 RF 엔지니어링 역량이 한층 성장합니다.

둘째, 글로벌 협업 체계 구축입니다. 위성은 본질적으로 국경을 초월해 지구 상공을 지나가므로, 해외 아마추어무선사와 자연스럽게 교류할 수 있고, 국제기구(AMSAT, IARU, ITU 등)의 활동에도 참여하며 네트워크를 확장하게 됩니다.

셋째, 공익적 가치 실현이 가능해집니다. 재난 통신, 심해·산악·극지 등 통신 사각지대 지원, 환경·기상 모니터링, 교육·연구 등에 위성통신을 활용할 수 있고, 이는 곧 사회적 기여로 이어집니다.

넷째, 첨단 기술과의 접목이 용이합니다. 6G, IoT, AI 같은 미래 기술과 아마추어무선 위성통신이 융합되면, 기존에는 어려웠던 초저지연·초광대역 중계, 실시간 빅데이터 전송, 자율형 안테나 트래킹 등이 가능해져 새로운 혁신을 이끌어낼 수 있습니다.

□ 글을 마치며

아마추어무선 통신에서 위성을 활용하는 길은 과거에도 그랬듯이 ‘한계를 뛰어넘는 실험과 연구’의 장을 열어 주었고, 앞으로도 그러할 것입니다. 이미 시작된 LEO 위성의 대규모 상업 프로젝트(Starlink 등)와 더불어, 소형 위성·큐브샛 프로젝트가 활발해지면서 아마추어무선사도 그 흐름에 뛰어들어 다양한 역할을 할 수 있게 되었습니다.

한국 내에서도 이를 적극 수용하여, 국내외 아마추어무선 단체·연구기관·정부 간의 협력체계를 고도화하고, 최첨단 통신 기술과 융합한 새로운 무대를 열어 간다면, 우주로 확장된 아마추어무선이라는 미래지향적 활동이 더욱 빛나게 될 것입니다. 새로운 도전을 두려워하지 않고 우주 공간에 전파를 발사하는 그 순간, 아마추어무선사의 기술과 열정은 지상의 한계를 넘어선 무한한 가능성과 만나게 될 것이라 믿어 의심치 않습니다.

<참고문헌 및 사진 출처>

- AMSAT (Radio Amateur Satellite Corporation) 사이트

- IARU (International Amateur Radio Union) 사이트

- ARRL (American Radio Relay League) 사이트

- ESA (European Space Agency) 사이트

- NASA (National Aeronautics and Space Administration) 사이트

- JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) 사이트

- Orbitron, Gpredict, SatPC32 등 위성 추적 소프트웨어 공식 홈페이지

※ 위 글은 한국아마추어무선연맹에서 발행하는 KARL지 2025년 03/04월호(통권 제415호)에 게재되었습니다.