4편. 클라우드 지상국 GSaaS, 위성 관제가 설비사업에서 서비스사업으로 바뀌는 이유

위성을 운용하려면 지상국이 필요하다.

지상국은 위성에 명령을 전송하고 상태정보를 수신하며, 탑재체가 수집한 영상을 내려받는다. 문제는 위성이 특정 지상국의 가시범위에 머무는 시간이 제한적이라는 점이다.

여러 지역에 지상국을 직접 설치하면 통신 기회는 늘어나지만 안테나, 부지, 통신망, 운용인력에 많은 비용이 들어간다.

이러한 한계를 해결하기 위해 등장한 모델이 GSaaS, Ground Station as a Service다.

차세대 지상국은 평판형 전자식 안테나, 클라우드 기반 가상화 지상국, 다중 위성 자동관제, 우주 사이버보안과 결합되는 방향으로 발전하고 있다.

GSaaS는 지상국을 사용한 만큼 이용하는 구조다

기존 방식에서는 위성 운영기업이 안테나와 수신장비를 직접 구축해야 했다.

GSaaS에서는 여러 지역에 설치된 사업자의 지상국을 필요 시간만 예약해 이용한다. 위성의 궤도와 지상국 가시시간을 계산해 자동으로 통신 일정을 배정하고, 수신한 데이터는 클라우드를 통해 전달한다.

초기 위성기업 입장에서는 대규모 지상설비 투자 없이 서비스를 시작할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 서비스형 지상국을 단순한 안테나 임대사업으로 보면 안 된다. 서로 다른 위성과 주파수, 변조방식, 통신 프로토콜을 지원해야 하며 데이터 보안과 운용 자동화가 핵심 경쟁력이 된다.

다중 위성 시대에는 자동관제가 필수다

위성 한두 기는 운영자가 통신시간을 확인하고 직접 명령을 보낼 수 있다.

군집위성이 수십 기로 늘어나면 사람이 모든 교신 일정을 관리하기 어렵다. 궤도별 통신 가능시간, 데이터 우선순위, 지상국 상태를 자동으로 계산해야 한다.

자동관제 시스템은 다음 기능을 수행해야 한다.

• 위성별 가시시간 자동 계산
• 지상국 안테나와 채널 배정
• 명령 송신과 데이터 수신 자동화
• 교신 실패 시 다른 지상국으로 재배정
• 위성 상태 이상 탐지와 경보
• 데이터 전송 우선순위 관리

제가 운영시스템 과제를 검토할 때도 대시보드 화면보다 장애 발생 시 자동으로 어떤 조치를 수행하는지를 먼저 본다. 정상운용 자동화는 비교적 쉽지만 예외상황 자동화가 실제 운영비용을 좌우하기 때문이다.

평판형 전자식 안테나가 중요한 이유

기존 위성 안테나는 기계적으로 회전하며 위성을 추적한다.

저궤도 위성은 하늘을 빠르게 이동하므로 안테나가 지속적으로 방향을 바꿔야 한다. 기계식 구조는 구동부 마모와 정비 부담이 있고, 여러 위성을 동시에 추적하는 데도 한계가 있다.

평판형 전자식 안테나 ESA는 안테나 자체를 크게 움직이지 않고 전자적으로 빔 방향을 조절한다. 저궤도 위성 통신과 스마트폰 직접 연결 서비스가 확대되면서 ESA와 핵심 RF 칩셋이 시장 진입의 중요한 기술로 평가된다.

다만 평판형이라고 해서 개발이 단순하지는 않다. 빔 조향 정확도, 주파수 대역, 소비전력, 발열, 채널 간 위상오차를 동시에 해결해야 한다.

국제 표준과 핸드오버가 서비스 품질을 결정한다

위성이 이동하면 현재 연결된 위성이나 지상국에서 다음 연결대상으로 통신을 넘겨야 한다.

GEO와 LEO 등 서로 다른 위성망이 함께 운영되는 환경에서는 끊김 없는 핸드오버와 상호운용성이 중요하다. 국제표준에 맞지 않는 독자 프로토콜만 사용하면 특정 장비와 사업자에 종속될 가능성이 있다.

따라서 위성 통신 모뎀과 프로토콜은 3GPP Release 17·18 등 관련 국제표준과의 연계를 고려해야 한다. 서로 다른 위성망과 지상망을 하나의 네트워크처럼 연결하는 아키텍처 설계도 필요하다.

사이버보안은 선택 기능이 아니다

클라우드 지상국은 인터넷과 클라우드 인프라를 이용하기 때문에 사이버공격에 대한 대비가 필수다.

공격자가 위성 명령체계에 접근하면 데이터 유출보다 심각한 문제가 발생할 수 있다. 잘못된 명령으로 위성 자세나 전원을 변경할 위험도 있다.

따라서 명령과 데이터 암호화, 사용자 권한 분리, 접속기록 관리, 비정상 명령 탐지, 키 관리, 백업 지상국 운영이 필요하다.

중소기업이 GSaaS 분야에 진입하려면 거대한 안테나망을 직접 구축할 필요만 있는 것은 아니다. 자동 스케줄링, 위성 운용 소프트웨어, 보안 모듈, 데이터 처리, 안테나 제어장치처럼 세부 솔루션으로 참여할 수 있다.

지상국 산업의 미래는 안테나를 몇 대 보유했는지가 아니라 여러 위성과 지상국을 안전하고 자동화된 하나의 서비스로 연결할 수 있는가에 달려 있다.