우주에서 송출하는 4K 생중계…아르테미스 2호, '레이저광통신 시대' 열었다

4K 영상 쏜 '레이저 통신'...260Mbps 실증

향후 저궤도 위성 네트워크 핵심 기술

ETRI, 항우연 등 연구…해외와 기술 격차 '여전'

[그래픽=아주경제]

 

 

반세기 만에 달을 향해 떠난 아르테미스 2호가 10일간 여정을 마치고 귀환한 가운데, 달에서 촬영한 4K 영상을 지구로 전송한 '레이저 광통신'이 핵심 성과로 떠올랐다. 전파 통신 한계를 넘는 차세대 우주 통신 기술이 실제 임무에서 검증됐다는 평가다.

12일 미 항공우주국(NASA)에 따르면 지난 11일 오전 9시 7분, 아르테미스 2호를 타고 지구를 떠난 우주비행사 레이드 와이즈먼, 빅터 글로버, 크리스티나 코코, 제러미 한센 등 4명은 미국 캘리포니아주 샌디에이고 인근 태평양 해상에 착수했다. 성공적으로 비행을 마친 이들은 미 해군 함정에서 건강 상태를 점검한 후 항공기를 타고 미국 텍사스주 휴스턴에 위치한 NASA 존슨 우주센터로 향했다. 
 

◇4K 영상 쏜 '레이저 통신'...260Mbps 실증

아르테미스 2호 임무에서 특히 주목 받은 것은 레이저 기반의 '광통신'이다. 이번 임무에서는 오리온 우주선에 광통신 시스템(O2O)을 탑재해 달에서 촬영한 4K 고해상도 영상과 이미지를 지구로 전송하는 데 성공했다. 전송 속도는 약 초당 260메가비트(Mbps) 수준이다. 

광통신은 기존 무선 주파수(RF) 통신과 달리 레이저를 이용해 데이터를 전달하는 방식이다. RF 통신이 손전등처럼 신호를 넓게 확산시키는 방식이라면, 광통신은 레이저 포인터처럼 특정 지점을 정확히 겨냥한다. 이 때문에 동일한 조건에서 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있다. 
 

NASA의 레이저 통신 로드맵 [사진=NASA 홈페이지]

기술적 난도는 높다. 수십만 km 떨어진 우주 공간에서 송신과 수신이 서로 정확하게 이뤄져야 하기 때문이다. 미세한 오차만 발생해도 신호가 빗나가기 때문에 '포인팅·정렬·추적(PAT)' 기술이 핵심으로 꼽힌다. 

특히 심우주로 갈수록 난도가 급격하게 올라간다. 거리가 멀어질수록 레이저 신호가 약해지기 때문이다. 현재 심우주 광통신을 실증한 사례는 NASA가 유일하다. NASA의 심우주 광통신(DSOC)은 소행성 탐사선 '사이키(Psyche)' 임무를 통해 화성 궤도보다 먼 거리에서 지구로 데이터를 전송하는 데 성공한 바 있다. 
 

◇위성망 판 바꾼다...韓은 '추격 단계'

광통신은 향후 저궤도 위성 네트워크의 핵심 기술로 평가된다. 현재 위성 통신은 전파 방식이 주류지만 주파수 자원이 한정돼 있고 국제 기구 승인을 받아야 하는 제약이 있다.

반면 광통신은 주파수 제약에서 자유롭고 위성 간 1대 1 고속 통신이 가능하다. 이에 위성 간 연결 기술은 광통신을 중심으로 재편될 가능성이 크다고 분석한다. 스페이스X의 위성 인터넷 서비스 스타링크는 1.5세대부터 위성 간 통신에 광통신을 적용 중이다. 

이춘우 한국항공우주연구원(KARI) 우주탐사연구센터장은 "향후 저궤도 군집위성을 연결하는 핵심 기술은 광통신이 될 것"이라며 "현재 이를 위한 글로벌 표준화 작업이 진행 중"이라고 말했다.  

국내 기술은 아직 추격 단계에 머물러 있다. 한국전자통신연구원(ETRI)는 약 2년 전부터 관련 연구를 시작해 초당 10기가비트(10Gbps) 전송 속도 구현을 목표로 하고 있다. 개발 완료 시점은 향후 6년 내로 보고 있다.

한화시스템, LIG넥스원 등 국내 기업들도 관련 연구를 추진 중이다. 이 센터장은 "세계 선도 수준이 100Gbps급에서 테라바이트급을 바라보고 있다면, 국내 기업은 현재 1~10Gbps 수준에서 개발을 시도하고 있다"며 "현재 실용화한 상용 부품은 부족한 실정"이라고 진단했다. 

이어 "심우주는 미약한 광자(Photon) 신호를 검출해 데이터로 변환하는 기술이 핵심인데, 이 역시 NASA만 기술을 보유하고 있다"며 "우리나라도 항우연과 기업들이 연구 중이지만, 상용화까지는 더 많은 노력이 필요하다"고 짚었다.