연세대·KAIST·광학기업 등 지속 연구로 선진 기술 맹추격

COTS 기반 초고속 광통신 기술 기초 연구, 정부 지원 必

■ 우주통신 미래 기술 아닌 현실 당면 과제

2∼3년 전만 해도, 자율주행 전기자동차로 유명한 테슬라의 일론 머스크 CEO가 투자한 ‘스페이스X’는 한국에도 이미 많은 사람들이 알고 있었으나, 이 ‘스페이스X’의 위성통신 서비스인 ‘스타링크’를 아는 사람은 국내에서는 많지 않은 편이었다.

반면에 러시아-우크라이나 전쟁을 통해 ‘스타링크’ 서비스의 강점이 대두되면서 우리에게도 위성통신이 광대역통신 인프라가 약한 나라들의 대안 서비스가 아니라는 것을 일깨워 주었다고 본다.

전국적으로 잘 포설된 광케이블망 기반 위에 유무선 통신망을 잘 갖춘 대한민국의 경우, 선진국 대비 다소 뒤처졌던 위성탑재 발사체 기술과 낮은 가성비로 인해 특수목적 위주로만 운영되는 위성 기반 서비스 등의 이유로 위성통신 분야의 연구가 선진국 대비 상대적으로 활발하지 않았던 게 사실이다.

반면에 2025년 12월 스타링크의 서비스가 한국에서도 시작되면서 위성통신을 기반한 차세대 이동통신망의 중요성이 대두되었다고 본다.

다행히 정부출연연구소인 한국전자통신연구원에서 이미 몇 년 전부터 유무선 통신에 더하여 비지상 네트워크 개념의 구체화 모델의 하나인 위성통신 연구를 포함한 입체 통신연구소를 운영하면서 우주통신 연구를 본격화했고, 2024년부터 한국항공우주연구원과 한국천문연구원이 우주항공청 소관 기관으로 편입되면서 우주통신 관련 연구를 하나의 주된 연구 분야로 삼아 선진 기술과의 격차를 줄이기 위해 노력 중이다.

■ 무선주파수 기반 위성통신에 우주 광통신을 더해 통신 기술 주도권 확보해야

그간 국방을 포함한 다양한 분야의 요청으로 위성통신 기술이 연구됐고, 또 많은 연구가 실제로 구현되고 있는 것은 사실이지만, 나날이 고도화되는 초고화질 영상기술과 계속 증가하는 위성과 지상 간의 통신량 증가로 인한 대역폭 문제는 초고속과 광대역을 지원할 수 있는 광통신이 아니면 해결할 수 없다는 것은 자명하다.

반면에 한국이 보유한 높은 수준의 이동통신 기술과 이를 바탕으로 무선주파수 기반의 위성통신 기술에 비하여, 상대적으로 발전이 둔화한 광통신 연구 분야에서 비용과 장소가 제한적인 우주 광통신 연구 환경은 무척 척박한 게 사실이다.

게다가 경험 있는 연구 인력과 우주 관련 엔지니어링 기술을 보유한 개발 인력 역시 그 숫자가 미미한 상황이다.

다소 늦은 감이 없지 않으나, 다행히도 연세대와 KAIST 등 학계에서 지속적으로 관련된 학문적 연구를 진행해 왔고, 국방 산업체들과 민수 위성업체들, 그리고 팬옵틱스, 레오스페이스 등 광통신 및 광학 관련 중소기업에서도 위성통신과 관련된 연구개발을 진행하고 있는 만큼, 이를 잘 활용하고 여기에 우리의 차별화된 기술을 접목한 한국형 우주 광통신 전략을 수립하고 이를 현실화시킨다면 해외 선도 국공립 연구 기관들과 미국의 거대 기업들로부터 뒤처져 있는 부분을 어느 정도 만회할 가능성은 있다고 본다.

최근 연세대 대학원에서도 항공우주공학과가 출범하여 지구 관측 및 위성통신 분야를 좀 더 심도 있게 연구하기 시작했고, 고려대에서도 학부 개편을 통해 기계 항공우주공학부 신설을 추진한다고 밝혔다.

이런 신설 학부가 기존의 밀리미터 기반의 통신에 더하여 유무선 광통신 연구를 지속적으로 해 온 다른 연구팀과의 공조를 통해 우주 광통신 분야에 좀 더 많은 연구와 함께 인력을 배출하게 되면 실질적인 도움이 될 것으로 보인다.

■ ‘COTS(상용 기성품) 기반 테라급 초소형 위성 광 전송 기술’ 연구 경쟁력 확보 시발점

2023년에 미국 메릴랜드에 소재한 NASA의 고다드 우주항공센터에서 이미 MIT의 링컨연구소 등의 파트너들과 함께 TBIRD(Terabyte InfraRed Delivery, 테라바이트 근적외선 전송)라는 시스템을 통해서 소형위성에서 캘리포니아 남부에 소재한 NASA의 지상국까지 초당 200기가비트 광 전송에 성공했다고 밝혔다.

EU의 ESA(European Space Agency)에서도 HYDRO(High-throughput Optical Network, 고용량 처리 광 네트워크) 란 프로젝트를 통해 여러 개의 저궤도위성에서 지상까지 채널별로 초당 100기가비트의 광전송을 구현하는 시스템을 제작 중이라고 한다.

이렇게 격차가 벌어져 있는 시장에서 우리가 관심을 가져야 하는 분야가 COTS (Commercia-off-the-shelf, 상용 기성품) 기반의 위성 광통신 연구이다.

COTS는 처음부터 우주환경에 쓰일 목적으로 만들어지지는 않았으나, 성공적으로 상용화가 되어 이미 여러 곳에서 사용이 되는 기성품 등을 통칭한다.

NASA의 표준정책에서도 언급이 된 COTS 기반의 위성통신 기술 연구는 고비용의 우주 부품 산업을 활성화하기 위해서는 필수 요소가 될 것으로 보인다.

우주 관련 기술을 선도하는 미국 NASA에서도 이미 오래전부터 COTS 적용을 조심스럽게 시도했고 최근 적용 활성화를 위해서 표준 규정의 한 부분으로 추가한 상태이다.

실제로 NASA의 글렌연구센터에서도 COTS 기술을 기반으로 소형의 저가형 위성 광통신용 지상 수신 시스템을 개발하는 RealTOR(Real Time Optical Receiver, 실시간 광수신기) 프로젝트를 진행하고 있는데, 향후에는 광송신기, 광변조기, 광증폭기, 광 파장 분기기, PAT (위치 정렬-포착-추적 장치), 그 외 다양한 칩셋들이 COTS 기반 핵심 부품들이 될 것으로 본다.

유럽의 ESA(European Space Agency)에서도 COTS의 중요성을 파악하고, 이미 10여 년 전부터 준비해서 표준화 및 가이드라인을 제조사들에 제시하여 그 사용 비중을 늘려 나가고 있다.

2019년에 시작한 OSIP(Open Space Innovation Platform) 프로젝트를 통해 초반에는 RF 및 주요 구조체의 부품들 위주로 COTS를 적용해 왔고, 최근에 통신의 중요성이 늘어나면서 광부품까지 확대 적용을 시도하고 있다고 한다.

한국의 달 탐사 프로젝트가 현실화하면서 대기업은 물론이고 여러 중소 및 스타트업 회사들의 다양한 연구 및 서비스가 나오고 있지만, 우주용 광통신 분야는 아쉽게도 지상의 광통신 기술을 우주용 광학계와 연결해 초당 기가비트 수준으로 밖에 구현이 되지 못하고 있다.

최근 우주 지상국 시스템개발사인 컨텍이 미국 자회사인 CONTEC USA를 통해서 위성 광통신 실증을 성공적으로 마쳤다는 기사가 나오면서 주식 시장에 영향을 주었다는 기사가 나왔는데, 이 역시 초당 2.5기가비트 전송속도라서, 아쉽게도 이미 초당 100기가비트의 광 전송 시스템을 구현하기 시작한 해외 선진업체와는 큰 차이가 있다.

이런 상황에서 정부(우주항공청)에서 우주통신에 이런 COTS 기반의 초고속 광통신 기술을 적용할 수 있도록 하기 위한 기초 연구를 지원하는 것이 절실하다고 본다.

다행히 2025년에 우주항공청에서 진행한 ‘스페이스 챌린지 사업’ 중 테라급 초소형 위성 광 전송 기술 연구가 하나의 과제로 선정되었고, 여기에 중점 요소로 COTS가 부각된 것은 실질적인 진보를 위한 큰 의미를 가지며, 향후 한국형 COTS 광부품 기반 위성통신 연구의 문을 열어 주었다.

이 연구에서는 기존의 장거리 광 전송망에 주로 사용이 되던 코히런트 방식의 장거리 광송수신모듈, 유선 및 무선 광신호를 더 멀리 보내기 위해 사용되던 광증폭기, 그 외에 여러 광통신용 COTS 광부품들이 해외 선진 연구 기관에서 어떻게 사용하고 있는지를 파악하고, 여기에 새로운 변조 방식 구현 가능성을 포함한 개선 방안을 찾아 국산 위성 탑재체의 작은 공간 안에 설치될 수 있도록 다양한 연구를 병행하고 있다.

이렇게 기존의 유무선 광통신에서 사용되던 부품을 잘 선별하며, 이와 함께 이런 COTS를 채용할 수 있는 특별한 송수신 링크를 연구함으로써 가격 경쟁력을 갖춘 위성-위성 및 위성-지상 간 초고속 광통신 전송을 구현할 수 있는 발판을 마련할 수 있을 것으로 보인다.

■ 초고속 우주 광통신은 국가 자산, 정부 지원 必

초고속 우주 광통신은 더 이상 과학과 학문적 연구가 아닌 꼭 확보해야 하는 국가 자산인 필수 기술의 하나가 되어 가고 있고, 이런 이유로 전 세계열강들이 앞을 다퉈 연구에 박차를 가하는 현실이다.

뒤늦게 우주 시대에서 들어선 한국이 기존의 유무선 통신 강국을 유지하게 했던 다양한 통신 기술에 더하여 COTS 기반의 우주 광통신 연구를 서두른다면, 제조와 애플리케이션에 강한 한국의 강점이 반영되어 이른 시일 내에 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 본다.

반면에 적은 인원과 재원, 부족한 시험 환경 속에서, 그것도 위성 중심의 연구 집단과 광통신 전문 연구 집단이 각각의 분야에서만 접근해서는 성공적으로 초고속 우주 광통신을 구현하기 어려운 게 현실이다.

가장 어려운 문제로 지적되는 대기 및 대류에 대한 분석과 위성 위치 이동과 통신 품질과의 상관관계, 여기에 가격 경쟁력을 갖추기 위해서 꼭 필요한 COTS 기반의 광 송수신 시스템 설계와 특수 광 링크 설계 등을 구현하기 위해서는 학계와 연구계에 대한 서로 학문적 교류와 협업을 진행할 수 있도록 정부가 연구 환경을 마련해 줌과 함께 순조로운 기술이전을 위한 산업계에 대한 실질적인 지원책도 마련해야 한다.

위성통신을 비롯한 무선 광통신 기술 연구자들과 COTS 기반의 광통신 부품 및 시스템 전문 기업, 여기에 우주환경에 대한 경험을 가진 전문 연구 기관들의 협업이 이루어진다면, 한국형 위성 광통신 서비스는 물론이고 심우주 탐구와 우주데이터센터 등 우주청을 비롯한 정부와 많은 국민이 바라는 바를 만족시킬 수 있는 날이 곧 올 것으로 기대한다.