(그림 1) 지구 상공의 이리듐 위성

 

사하라 사막 한가운데에서 태평양 위의 여객선 승객과의 휴대폰 통화가 가능할까요? 사막에는 휴대폰 기지국이 없습니다. 바다도 마찬가지고요. 그런데 가능할까요?

네. 그냥 휴대폰으로는 불가능하지요. 그러나 이리듐 위성전화를 이용하면 가능합니다. 사막이나 바다에는 휴대폰 기지국을 설치할 수가 없습니다. 그대신 하늘에 떠가는 인공위성이 기지국 역할을 할 수가 있습니다.

이런 종류의 위성전화 중에서 가장 먼저 상용서비스를 시작한 것이 이리듐 위성전화입니다. 이리듐 위성전화는 총 66개나 되는 위성들을 우주 궤도에 띄워서 기지국 역할을 하게 만든 하늘의 위성전화망입니다.

이리듐이라는 이름은 원자번호 77번인 이리듐 원소에서 유래되었습니다. 처음 계획에 77개의 위성을 띄우기로 했었는데 77개의 위성이 지구 둘레를 도는 모습이 마치 77개의 전자가 원자핵 주위를 도는 모습을 연상시킨다고 해서 그런 이름이 붙게 되었습니다.

나중에 위성의 개수가 66개로 줄어서 원자번호 66인 디스프로슘(Dysprosium)으로 바꾸는 방안을 검토했지만 디스프로슘의 어원이 "접근하기 어려운(bad approach)"으로, 그리 좋은 뜻을 가진 이름이 아니어서 이리듐이라는 이름을 그대로 쓰기로 했습니다.

이리듐 위성전화는 미국의 통신회사인 모토롤라사가 주도하고 세계의 여러 나라가 참여한 국제 컨소시움에 의해 운영되고 있습니다. 우리나라의 SK텔레콤사도 일부 지분을 투자한 바가 있습니다. 위성 제작은 미국의 록히드마틴사가 맡았습니다.

(그림 2) 이리듐 위성의 배치도

 

이리듐 위성이 어떻게 생겼는지 살펴보겠습니다. 이리듐 위성은 전체적으로 날개가 달린 삼각기둥 형태를 하고 있습니다. 삼각기둥 상단에 붙어 있는 두 개의 큰 판이 태양 전지판입니다.

아래쪽에 달려 있는 세 개의 작은 판은 지상의 단말기와 통신하기위한 안테나입니다. 그리고 가장 밑에 작고 동그란 안테나가 4개 붙어 있는데 주변의 다른 위성과 통신하기 위한 안테나입니다.

이와 같은 위성 66개가 우주에 올라가 기지국 역할을 해줌으로써 위성전화망이 구축되는 것입니다. 지구상 어디서나 위성전화를 사용하려면 언제 어디서든 적어도 하나 이상의 위성이 보여야 합니다.

그래서 66개의 위성이 언제나 적당한 간격을 두고 고르게 배치되도록 위성의 궤도를 설계합니다. 이리듐 위성은 고도 약 780킬로미터의 6개 원형 궤도면에 각각 11기씩의 위성이 배치되어 있습니다.

(그림 3) 이리듐 위성의 조립 광경

 

예비 위성을 포함하면 하나의 궤도면에 12기의 위성이 30도 간격으로 돌아가고 있고 이런 궤도면 6개가 60도 간격으로 지구를 둘러싸고 있는 것입니다. 그렇기 때문에 지구상 어디서든지 적어도 하나의 위성은 볼 수가 있습니다. 하나의 위성이 반경 2,200킬로미터의 지역을 담당할 수가 있습니다.

그리고 남, 북극 지방에서는 정지궤도 위성이 보이는 고도가 낮기 때문에 북부 러시아나 남미 끝 지방에서는 정지궤도 위성을 경유한 통신이 어렵습니다만 이리듐 위성전화는 남, 북극에서도 다른 지역과 똑같은 품질로 통화가 가능하다는 장점이 있습니다.

자, 그러면 이 위성과 통화할 수 있는 휴대폰은 어떻게 생겼을까요? 이리듐 위성전화기는 요즘 나오는 휴대폰 보다는 많이 크고 오래 전에 쓰던 아날로그식 휴대폰과 비슷하게 생겼습니다.

크기와 모양은 구형 핸드폰과 비슷하고 좀 특이한 형태의 안테나가 달려 있습니다. 전화기 값이나 통화 요금은 일반 휴대폰보다는 많이 비쌉니다. (그림 4)의 왼쪽에 있는 위성 전화가 가장 신형인데 사진의 모습은 안테나를 제거한 모습입니다. 실제로는 전화기보다 약간 더 긴 안테나를 달아야 합니다.

단말기 가격은 우리 돈으로 120~150만원, 호출기는 20~25만원 정도입니다. 통화료는 계약 조건에 따라 1분에 1,000~1,500원으로 일반 휴대폰보다 훨씬 비싸고 호출기도 월 사용료가 6만원 안팎입니다.

(그림 4) 이리듐 전화기와 호출기

 

조금 크고 비싸기는 하지만 이 전화기가 있으면 대형 파라볼라 안테나 같은 것이 없어도 인공위성과 직접 연결이 가능합니다. 사막 한가운데 있는 위성전화 가입자가 지구 어딘가와 전화 통화를 하기 위해 전화기를 켜면 가장 가까운 이리듐 위성과 연결이 됩니다.

전파를 수신한 위성은 전파가 목적지의 상대방에게 전달되도록 근처의 가장 가까운 4개의 이리듐 위성과 연결을 합니다. 그 각각의 위성들은 또 다른 4개의 위성들과 통신을 하고 계속해서 이런 식으로 통화 연결이 되도록 위성의 통신 네트워크가 구성되는 것입니다.

지상의 선로망은 전혀 거치지 않기 때문에 바다 위건 산이건 하늘만 보이면 통신이 가능합니다. 기지국이 파괴된 전쟁터나 재해 지역에서도 물론 통신이 가능합니다.

이리듐 전화와 일반 전화의 통신을 위해서는 별도로 십여 개의 관문국(Gateway)이 설치되어 있습니다. 각각의 관문국에서는 가까운 위성과 지상 통신망과의 연결을 담당하게 됩니다.

이리듐 위성 전화의 아이디어는 1987년에 모토롤라사에서 처음 등장했습니다. 2년 동안의 타당성 조사를 거쳐 1989년에 사업 추진이 결정되었습니다. 원리는 간단했지만 위성망 구축에만 우리 돈으로 6조원 이상이 투입되는 어마어마한 프로젝트였습니다.

한 회사가 홀로 추진하기에는 너무 거대한 프로젝트였고 그래서 중국, 러시아를 포함하여 총 47개국의 여러 회사가 조금씩 투자를 해서 통신 서비스를 총괄할 이리듐 LLC(Limited Liability Company)를 설립합니다.

이 회사에서는 위성망 개발과 관리를 맡고, 위성 제작은 록히드마틴사, 지상 단말기(전화기) 개발은 모토롤라와 일본의 교세라(Kyocera)사가 하게 되었습니다.

첫 번째 위성은 1997년 5월 5일에 발사되었습니다. 이리듐 위성은 수십 개를 쏘아 올려야 하기 때문에 발사 비용 절약을 위해 한 번에 여러 개의 위성을 묶어서 올리게 됩니다.

(그림 5)에서 보듯이 태양전지판을 접은 이리듐 위성은 삼각기둥 모양을 하고 있기 때문에 세로로 5개 또는 7개를 묶어서 한꺼번에 발사하게 됩니다. 물론 처음에 위성을 설계할 때부터 한꺼번에 쏠 것을 염두에 두고 설계와 제작을 한 것이지요.

위성 발사에는 미국의 델타-II, 중국의 장정-II, 러시아의 프로톤 로켓이 사용되었습니다. 로켓마다 성능이 다르기 때문에 델타-II는 5개씩, 장정-II는 2개, 프로톤은 7개의 위성을 동시에 발사 할 수 있었습니다.

첫 발사 후, 약 1년 동안 총 15회에 걸쳐 예비 위성까지 72개의 위성이 모두 발사되었고 1998년 5월 17일에 위성망이 완성됩니다. 그리고 성능 확인 실험을 거치고 그해 11월에 본격적인 상업 서비스가 시작되었습니다.

(그림 5) 델타-II 로켓의 덮개 속에 장착된 5개의 이리듐 위성

 

자, 이렇게 엄청난 투자비와 기술 개발을 거쳐 구축된 이리듐 위성전화망은 지금은 어떻게 되어 있을까요?

결론부터 말한다면 일단은 사업적으로는 실패라고 해야 할 것입니다. 왜냐하면 이 사업을 위해 설립되었던 이리듐 LLC 회사가 운영난으로 파산하고 말았기 때문입니다. 이리듐 위성통신망 개발은 기술적으로는 훌륭히 성공하였습니다.

당초에 이리듐 위성전화 사업을 유지하기 위한 최소한의 가입자 수는 약 40만 명으로 예상되었고 회사에서는 이 정도의 가입자 수는 충분히 넘길 것으로 예상했었습니다.

그러나 상업 서비스를 개시한지 1년 반이 지났을 때에도 가입자 수는 5만 명에 불과했던 것입니다. 결국 자금 압박을 견디지 못한 이리듐사는 서비스 개시 후 2년여 만에 파산 선고를 받기에 이르게 됩니다.

이리듐 위성전화망이 실패한 이유를 살펴보면 크게 세 가지 정도를 생각할 수 있습니다. 첫 번째는 셀룰러폰과 PCS폰의 기술 발달이 예상보다 너무 빨랐다는 점입니다.

셀룰러폰과 PCS폰 등의 지상 망을 이용한 무선 통신이 싼 가격에 급속도로 보급되면서 사용자들이 굳이 값비싼 위성전화를 선택할 이유가 없어진 것이지요.

두 번째 이유는 사용자들이 전 세계 곳곳에 퍼져있는 바람에 가입자 관리가 허술했던 것입니다. 워낙 소수의 가입자가 전 세계 각국에 따로따로 떨어져 있다보니 이리듐 본사에서는 가입자 관리와 기술 서비스를 직접 하지 못하고 각 지역의 무선통신회사 즉, 셀룰러나 PCS 영업을 하는 회사들에게 위탁을 했던 것입니다.

그러다보니 각 지역회사 입장에서는 가뭄에 콩 나듯 있는 이리듐 가입자들을 위해 서비스 지원 업무를 하자니 수지타산도 맞지 않고, 엄밀히 말하자면 경쟁 관계인 이리듐사를 위해서 서비스 업무를 열심히 할 이유가 없었던 것입니다.

그리고 결정적으로 이리듐 전화는 실내에서는 통화가 되지 않는다는 치명적인 약점을 가지고 있었습니다. 이리듐 전화의 사용설명서를 보면 주위의 건물이나 지형이 고도 10도를 넘지 않는 탁 트인 곳에서 사용할 것을 권장하고 있습니다. 그야말로 바다 아니면 사막에서나 사용가능하다는 이야기지요.

그래서 이런저런 이유들로 해서 가입자를 늘리지 못한 이리듐 위성전화 회사는 문을 닫게 되었고 예비 위성까지 70개가 넘는 위성들은 강제로 대기권으로 낙하되어 불태워질 운명에 처하게 되었습니다.

실제로 몇 개의 위성은 대기권에서 불타 버리기도 하였습니다. (그림 6)에서 보듯이 이렇게 대기권으로 떨어지는 위성들은 유성이 되어 장렬하게 최후를 맞이하고 말았습니다.

 

(그림 6) 이리듐 위성의 대기권 진입 모습

 

비슷한 시기에 시작한 글로벌스타 위성전화도 비슷한 문제로 경영에 어려움을 겪고 있습니다. 이리듐 회사는 망했지만 다행히 위성들은 새 주인을 만나 회생의 노력을 하고 있습니다.

바로 미국의 군용 예비 통신망과 항공기 전용 통신망으로 활용하는 방안이 검토 중에 있습니다. 아시다시피 미군은 전 세계가 작전 지역인데 고위도(남, 북극 부근) 지역에서는 정지궤도 위성통신이 원활하지 못한 약점이 있습니다.

그래서 그 대체 통신 방법으로 생각한 것이 이리듐 위성망인데, 이를 위해 미군에서는 보안 기능이 첨가된 군용 단말기를 개발하여 고위도 지역에 보급하는 방안을 강구하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 그 외의 지역에서도 평상시의 군통신용으로 활용한다는 계획입니다.

항공기의 경우에도 이리듐 위성통신망을 이용하면 비행 관할 지역에 따라 통신 주파수를 바꿔야 하는 번거로움이 없어지고 세계 어느 지역에서나 동일한 통신 품질을 유지할 수 있다는 장점이 부각되고 있습니다.

이리듐 위성통신망이 부활할 지는 좀 더 지켜봐야 할 것 같습니다. 기술 개발에는 성공했지만 사업에는 실패한 이리듐 위성전화. 첨단 기술이 반드시 만능인 것은 아니라는 교훈을 남겨주었습니다.


(참고 사이트)
http://www2.sis.pitt.edu/%7Ejkabara/tele-2100/iridium/iridium_final.html
http://leonardo.jpl.nasa.gov/msl/QuickLooks/iridiumQL.html
http://www.wired.com/wired/archive/1.05/iridium_pr.html
http://seds.lpl.arizona.edu/nodes/NODEv4n7-8.html
http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/L.Wood/constellations/iridium.html
http://www.iridium.com

김방엽 항공우주연구원 박사

 

※ 2004.06.23 15:35

 

※ 출처 - http://www.sciencetimes.co.kr/ ⓒScience Times