스타링크, 차세대 인공위성 통신 네트워크 왕국 될까?

해마다 2월 스페인 바르셀로나에서 개최되었던 모바일 월드 콩그레스(MWC, Mobile World Congress) 2021이 코로나 전염병 때문에 이번 주 온라인으로 펼쳐졌습니다. 이번에 특별히 일론 머스크가 초청되어 스타링크(Starlink)에 대해 키노트를 발표했습니다.  아마 곧 나스닥을 통해 IPO 한다고 하니 국내 해외 주식 투자분들도 눈독 드리며 관심을 가지고 있고, 테슬라와 함께 또 하나의 일론 머스크 주식 패밀리를 가지고 될 것이라고 생각합니다. 

스타링크의 탄생

스페이스 X 회사의 통신 위성 네트워크 부서로부터 스타링크 프로젝트는 2015년 1월에 발표되었습니다. 그 당시 달나라 또는 화성으로 사람들을 보내는 것이 비전은 있었지만 실행에 시간이 많이 걸릴 것으로 생각했었다고 합니다. 따라서 일론 머스크는 저렴한 글로벌 광대역 기능에 대한 상당한 수요가 있다는 것을 리서치 했습니다. 스페이스 X는 2017년에 위성 광대역 네트워크를 위해 '스타링크'라는 이름을 등록했는데, 이 이름은 존 그린의 The Fault in Our Stars라는 책에서 영감을 받았다고 합니다. 

미국에 살아 보신 분이라면 통신 가격이 얼마나 비싸며 속도가 국내에 비해 얼마나 느린지 뼈저리게 느낀 분들이 많을 것입니다. 따라서 고밀도 도시에서 모든 백홀 통신 트래픽의 최대 50%와 지역 인터넷 트래픽의 최대 10%를 대역폭으로 전달할 수 있다는 가설에 대해 확신을 가지게 되었습니다. 

참고로 백홀(Backhaul)은 계층적 통신 네트워크에서 네트워크의 백홀 부분은 코어 네트워크, 즉 백본 네트워크와 네트워크 엣지에 있는 소규모 하위 네트워크 사이의 중간 링크를 구성하는 것을 말합니다. 즉, 백홀이 구현되는 가장 일반적인 네트워크 유형은 모바일 네트워크입니다. 모바일 백홀이라고도 불리는 모바일 네트워크의 백홀은 셀 사이트를 코어 네트워크에 연결하는 방식입니다. 모바일 백홀 구현의 두 가지 주요 방법은 파이버 기반 백홀과 무선 포인트 투 포인트 백홀입니다. 현재 구리 기반 유선, 위성 통신 및 지점 대 다지점 무선 기술과 같은 다른 방법들은 4G 및 5G 네트워크에서 용량 및 지연 시간 요구 사항이 높아짐에 따라 단계적으로 폐지되고 있습니다.

그런 후 스페이스 X는 2015년 1월 새로운 통신망을 개발하고 구축하기 위해 협력사들과 함께 스페이스 X 위성 개발 시설의 개설을 발표했습니다. 당시 미국 워싱턴주 시애틀 지역 사무소는 2018년까지 약 60명의 엔지니어들과 향후 1천여 명을 채용할 계획이었습니다. 2016년 말까지 2,800m2 (3만 평방 피트)의 임대 공간을 운영했으며, 2017년 1월에는 마이크로소프트 헤더 쿼터 캠퍼스가 있는 레드먼드 시에 2,800m2(3만 평방 피트)의 두 번째 시설을 설치했습니다. 그다음 해 2018년 8월, 스페이스 X는 R&D 외에도 위성 제조를 지원하기 위해 레드먼드 릿지 코퍼레이트 센터의 3개 빌딩 시설로 이전하면서 시애틀 지역 사업부를 모두 통합했습니다.

[그림 1 - 2015년부터 2018년 중반까지 미국 워싱턴주 레드먼드시에 있는 스페이스 X 위성 개발 연구소]

또한 2016년 7월에도 스페이스 X는 우리나라 사람들이 많이 살고 있는 캘리포니아 어바인(오렌지 카운티)에 740m2(8천 평방 피트) 규모의 창작 공간도 확보했습니다. 여기에서는 위성 프로그램을 위한 신호 처리, RFIC, ASIC 개발을 담당으로 알고 있습니다. 첫 결과물은 2016년 1월까지 두 개의 시제품 위성을 2016년에 비행 시켰고, 2020년까지 궤도에 최초 위성 별자리를 배치하여 운용할 계획을 공개하였습니다. 

그러나 항상 비즈니스와 기술 도전은 순조롭게만 흘러 간 것은 아니었습니다. 스페이스X 위성 사업부는 사용자 장비를 위한 충분히 낮은 비용의 설계를 달성해야 하는 중대한 비즈니스 과제에 초점을 맞추고 있었으며, 표면적으로는 최종 사용자 건물이나 집에 200 달러 정도의 비용으로 쉽게 설치할 수 있는 것을 목표로 하고 있었습니다.  이에 대해 그웬 숏웰 스페이스 X 사장은 사용자-단말기 비용과 관련된 문제를 해결하기 위해 노력을 더욱 기울임으로써 이 프로젝트는 설계 단계에 아직 머물러 있다고 말했습니다.

또한 스페이스 X는 2016년 11월 연방통신위원회(FCC)에 'Ku와 Ka 주파수 대역을 이용한 고정 위성 서비스(Fixed-Satellite Service) 내 비지상 궤도 위성시스템(NGSO 위성시스템'을 동시에 신청했습니다. 이윽고  2017년 3월, 스페이스 X는 상용 통신 서비스에 많이 이용되지 않았던 전자기 스펙트럼에서 7천5백 개 이상의 "비동기 궤도에 있는 V-밴드 위성"의 두 번째 궤도 쉘(Shell)을 배치하기 위한 계획을 FCC에 제출하였습니다. 

"매우 낮은 지구 궤도 별자리(Very-Low Earth Orbit (VLEO) constellation)"라고 불리는 이 위성들은 7,518개의 위성으로 구성되어 있습니다. 이 위성은 340mi (550 km) 고도에서 궤도를 돌게 될 것이고, 원래 계획되었던 4,425개의 위성 그룹은 Ka와 Ku 대역에서 활동하게 될 것이고 1,200 km (750 mi) 고도에서 궤도를 돌게 될 것입니다. 

[그림 2 - 팔콘 9가 플로리다 주 케이프 캐너버럴 공군 기지(CCAFS)에서 이륙하여 2019년 11월 11일 60개의 스타링크 위성을 궤도에 올렸음]

그러한 스페이스 X의 계획은 두 가지 측면에서 이례적이었습니다. 첫째, 거의 사용되지 않는 통신 스펙트럼의 V-밴드 활용을 목적으로 하는 회사입니다. 둘째, 스페이스 X는 새로운 궤도 체제, 대기 항력이 상당히 높은 고도 340 마일 (550 km)의 매우 낮은 지구 궤도 체제를 사용하려고 의도했습니다. 이것은 일반적으로 짧은 궤도 수명을 초래하기 때문에 대부분 인공위성 회사들이 서비스를 하지 않는 영역이기도 합니다. 

2015년에서 2017년에 이러한 큰 위성 별자리에 대한 통신 스펙트럼의 인가에 대한 규제 당국과의 논쟁은 일부 제기되었습니다. 라이선스 스펙트럼에 대한 전통적이고 과거 규제 규칙들은 위성 운영자가 (규제 기관으로부터) 서비스 중 기한을 충족하기 위해 단일 우주선을 발사할 수 있다는 것이었습니다. 그러한 정책은 운영자가 비행대를 배치하지 않고 수년 동안 귀중한 무선 스펙트럼 사용을 차단할 수 있도록 하는 것으로 보인다고 간주했습니다. 

그리고 FCC는 2017년까지 면허 조건을 준수하기 위해 전체 대형 별자리를 배치하도록 6년의 마감일을 설정했습니다. 국제 규제 기관인 국제 전기 통신 연합(ITU)은 2017년 중반에 상당히 덜 제한적인 지침을 제안했습니다. 2017년 9월, 보잉과 스페이스 X는 미국 FCC에 6년 규정 포기를 청원했지만 거부되었습니다. 2019년까지 FCC는 전체 시스템이 면허를 취득한 일로부터 9년 이내에 궤도에 진입할 때 성운의 절반이 궤도에 있어야 한다고 판결했습니다. 이러한 이유 때문인지 스페이스 X 런치는 한 달에 가능한 몇 백 개의 인공위성들을 끊임없이 쏘아 올리는 계기가 되었습니다.  

스페이스 X는 2017년과 2018년 모두 초기 Ka/Ku-Bands 형태의 시험 위성을 발사한 뒤 2019년부터 가동에 들어갈 계획입니다. 약 4,440개의 위성으로 이루어진 약 750 마일(1,200Km) 별자리를 완전히 구축하는 작업은 2024년에야 완료될 것으로 예상됩니다.  

MWC에서 발표한 스타링크의 오늘과 내일

이러한 배경으로 먼저 살펴보고 이번 MWC 발표를 보면 스타링크에 대해 한결 더 이해가기 쉬울 것입니다. 지구 저궤도 위성 광대역 네트워크(줄여서, LEO라고 부름) 스타링크를 지상 5G와 파이버의 통신 보완재로 목표를 하고 있다고 했습니다. 현재 스타링크는 1,500개 이상의 위성을 발사해 최근 6만 9420명의 액티브 사용자를 확보했다고 밝혔습니다. 또한 12개월 내에 총 50만 명 이상의 사용자를 확보할 수 있을 것이라고 일론 머스크는 예상했습니다. 참고로 올해 5월에 스타링크는 50만 명이 넘는 가입자를 기록했습니다.

[그림 3 - 일론 머스크는 스타링크가 비용 효율적인 백홀을 제공하거나 접근하기 어려운 지역 가입자들에게 서비스를 제공할 수 있다고 MWC에서 발표한 장면]

8월부터 LEO 위성은 극성을 제외한 모든 곳에서 전 지구적 연결이 가능할 수 있도록 이 서비스는 현재 미국, 캐나다, 영국, 독일, 뉴질랜드, 호주, 프랑스, 오스트리아, 네덜란드, 벨기에, 멕시코 등 12개 국가에서 운영되며 매월 더 추가될 예정입니다. 

참고로 모든 지구상의 국가에서 위성 서비스를 제공하기 위해, ITU 규정과 오랜 국제 조약은 각 국가 관할권이 착륙권을 부여하도록 요구하고 있습니다. 따라서 스페이스 X 스타링크 네트워크가 약 60° 미만의 위도에서 거의 전지구 도달 가능하지만, 시골 및 소외 지역에 대한 광대역 서비스는 현재까지 일부 국가에서만 제공될 수 있습니다. 또한 스페이스는 스타링크 서비스가 제공되는 국가, 순서 및 기간에 영향을 미칠 수 있는 비즈니스 운영 및 경제적 고려 사항을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 스페이스 X는 2020년 6월에 캐나다에 대한 인가를 공식적으로 요청했고, 캐나다 규제 당국은 2020년 11월에 인가를 승인했으며, 스페이스 X는 두 달 후인 2021년 1월에 서비스를 롤아웃했습니다. 

네트워크 속도 면에서는 스타링크가 20 밀리초 미만의 대기 시간을 목표로 파이버 및 5G와 유사한 대기 시간을 제공한다고 강조했습니다. 약간 스포도 흘렸는데, 스타링크가 주요 통신사들과 "상당히 중요한 두 가지 파트너십"을 맺고 있다고 구체적으로는 밝히지 않았지만 조만간 뉴스에 나오지 않을까 기대합니다. 백홀 외에도, 5G 라이선스를 취득하기 위해 정부가 사업자에게 통신이 잘되지 않는 변두리 지역에 서비스를 제공하도록 요구하는 지역도 추진하고 있습니다. 고객 층의 3~5%를 언급하면서 비즈니스 사례가 어려운 경우 스타링크가 가장 많은 부분을 차지할 수 있습니다.

스타링크의 투자와 전망

최대 300억 달러의 스타링크 투자까지 할 수 있다고 일론 머스크가 직접 말했습니다. 지구 저궤도 위성 광대역 서비스에 대한 투자가 200억 달러에서 300억 달러에 이를 수 있다고 주장했습니다. 이것은 인구가 희박하고 밀도가 낮은 지역을 대상으로 하기 때문이라고 설명을 덧붙였습니다.

한편, 스타링크가 긍정적인 현금흐름을 창출하기 전에 총 투자액은 최소 50억 달러에서 최대 100억 달러라고 말했습니다. 현금흐름이 호조를 보이고 있지만 한 가지 단점은 가입자의 투자 회수와 관련하여, 스타링크 사용자 단말기는 현재 1,000달러 이상의 비용이 듭니다. 당연히 현재 그 터미널에서 손해를 보고 있고 거의 같은 수준의 기능을 제공하지만 이를 좀 더 인하할 수 있도록 차세대 터미널 개발을 주력으로 연구 중이라고 강조했습니다. 사용자는 단말기 한 대에 약 500달러(서비스 한 달에 100달러 추가)를 절반 정도 지불하는 구조인데, 이 숫자도 300달러에서 250달러로 낮추려고 합니다.

물론 단말기를 반값에 판매하는 것이 규모 측면에서 초강력적인 것은 아니고 설치 작업을 또한 간편하게 수행할 수 있도록 지원합니다. 전문적인 설치자가 필요 없고 5분도 걸리지 않으며 하늘을 향하고 플러그를 꽂는 두 단계만 하면 된다고 했습니다. 

끝으로 일론 머스크가 말하는 다른 목표는 스타링크가 파산하지 않기 위해서는 다른 LEO 광대역 벤처의 길을 피하는 것이라고 강조했습니다. 머스크는 늘 미래에 대해 긍정적이고 상당히 흥분하고 한 모습을 인정받고 있습니다. 최근에 코인 관련 사건들로 인하여 일부 지지자들 또는 투자가들에게 신용을 잃는 부분도 있었지만 20년 전 디지털 전자 은행의 페이팔과 같이 코인 또한 미래의 화폐 또는 금과 같은 현물로서 정착하지 않을까 예상합니다.  

인공위성 서비스에 대한 국내 현황

아직 스타링크 서비스는 우리나라 일정은 구체적으로 밝혀지지 않았습니다. 북한과 군사 경쟁 때문에 아마 상용 위성을 해외에서 운영하는 것은 국내 정부에서 아직 결정된 바가 없고 법의 규제를 받기 때문에 국내에서 스타링크를 사용하기는 어려울 것으로 예상됩니다. 그러나 국내에서도 올해 미국으로부터 미사일 고도 해제를 받아 국내 로켓 추진 업체들도 많은 연구를 하고 있으니 뜨거운 관심을 가지고 있으리라 믿습니다. 미래에는 국내 업체들이 이를 대신하여 할 수 있는데 좀 더 다양한 서비스를 할 수 있으리라 믿습니다. 관련 소식을 듣게 되면 업데이트하겠습니다.