Space Industry Tech
'6G와 AI시대의 우주산업', 박종승, 메디치 (2025)
KAIST 우주연구원 특강
그외 NASA/ESA 등의 기술spec과 보고서 등등을 참고하였음.
내용이 꽤나 중구난방임니다..
Intro. 글로벌 우주산업 / AI 활용 동향
(1) New Space = 민간 주도
기존 우주산업(=Old Space)이 정부/국가기관/군 주도로 이뤄졌다면, 최근에는 민간기업들이 기술혁신과 상업화를 이끌고 있음.
- SpaceX Falcon9, Starship : 발사체 재사용으로 발사 비용 획기적으로 절감
- Blue Origin/Rocket Lab 등등의 스타트업과 민간 투자가 활발해짐.
(2) SmallSat/CubeSat/Constellation
기존 방식은 GEO 위성 1기로 광범위를 커버했다면, 요즘엔 소형/초소형 위성을 수십-수천 기 묶어 군집위성으로 운용하는 것이 추세임. 각각의 장단점은 아래에서 설명하겠음.
- SpaceX-Starlink, Amazon-Kuiper project, OneWeb 등...
6G 시장 얘기도 하자면,
현재 5G는 지상국 형태를 이용하지만, 6G는 LEO 군집위성 기반으로 실시간 초연결 사회가 목표임.
<Source(s) : 5G vs 6G 기술의 핵심 차이점./ETRI>
6G에서 요구되는 건 (1) 초저지연 통신, (2) 전 세계 커버리지(사막/해양/극지/우주까지), (3) 고속/대용량 데이터 전송으로 정리할 수 있는데, 이 조건을 충족하려면
GEO는 한계고 LEO 군집이 필수다.
(3) 서비스 중심 구조 = Downstream에서 부가가치 창출
- Euroconsult의 우주산업 Value Chain를 보면,
우주산업은 크게 업스트림(Upstram = 위성/발사체 제조, 발사 서비스)/다운스트림(Downstram = 위성데이터를 기반으로 통신/감시정찰/기상/농업/항법/금융 등 다양한 분야의 파생서비스..)으로 나눌 수 있다.
*중간 영역으로 미드스트림(Midstream = 위성데이터 수신/처리하는 지상국 운영/데이터 중계)도 있음. - Euroconsult의 2022 글로벌 우주산업 규모를 보면,
정부 22%, 민간 78%.
업스트림 17%, 다운스트림이 83%를 차지함.
(4) AI 활용 동향
활용 동향은 https://blog.naver.com/cobanet/223878707882 에 잘 정리되어 있길래 참고하였음.
- 위성이미지 분석 :
EO/IR/SAR 등의 위성 영상 분석 - 재난 대응/환경 모니터링/도시 변화 감지/입지 분석
(Planet Labs : 군집 CubeSat으로 지구 관측/ML 기반 분석) - 자율 우주 탐사/항법 :
AI기반 자율주행을 화성 rover/달 탐사선에 적용
(NASA-Perseverance : Autonomous Navigation으로 지형을 3d로 맵핑/위험물 탐지 -> 지구관제팀 없이도 스스로 경로 계획 및 주행) - 우주선 자율 제어 :
발사체/위성의 운용과 조종에서 AI로 실시간 제어와 자동 의사결정
(SpaceX Falcon9 : AI기반 지능형 자동 시스템으로 추진체 착륙 성공 / Starlink : AI 기반 자동 충돌회피 시스템) - AI 기반 우주 통신 최적화 :
위에서 설명한 6G 우주인터넷망(위성 간 광통신) - 우주데이터 처리/엣지컴퓨팅 :
위성과 탐사선에서 생산되는 막대한 데이터를 지상으로 모두 내보내지않고 우주에서 실시간으로 처리하는 기술 -> 우주 기반 클라우드 - 추가로 Space Situational Awareness,SSA / Debris Removal :
예측 모델, 위성 간 거리 계산, Sensor Data Fusion 등을 활용...
(Astroscale...)
(5) 알아두면 좋은 것들...
-
Starlink:
SpaceX의 저궤도 인터넷 위성 군집망(convergence constellation) 사업. 최근에는 V2 Mini 위성 발사, Direct-to-Cell(휴대폰 통신 직접 서비스) 기능 추가... -
한국형 발사체:
한국은 “누리호”를 시작으로, 차세대 발사체 KSLV-III 개발 추진 중. -
NASA의 OSAM-1:
On orbit Service & Assembly & Manufacturing
궤도상에서 Landsat 7에 연료 보급·정비 → 수명 연장 + 로봇팔 활용한 태양광 패널 전개 실험 등을 목표로 하는 프로젝트 (2024 예산문제로 취소됨.)
https://www.nasa.gov/mission/on-orbit-servicing-assembly-and-manufacturing-1/
1. Orbit
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits
위성은 충분한 속도로 수평 방향 운동을 해야 하고, 동시에 중력에 의해 지구 중심 쪽으로 끌리는 힘이 있어야 안정된 궤도가 형성됨.
만약 속도가 너무 느리면 떨어지고, 너무 빠르면 탈출 궤도(escape trajectory)가 되거나 더 높은 궤도로 나감.
GEO/LEO (통신 관점에서 정리)
| 구분 | GEO(Geostationary Earth Orbit) | LEO(Low Earth Orbit) |
|---|---|---|
| 고도 | 약 35,786km 상공 | 약 200-2,000km 상공 |
| 지구 기준 위치 | 고정된 위치(지구 자전과 동기화) | 빠르게 움직이며 지구를 돔 |
| 커버리지 | 3대로 지구 전체 커버 가능 | 수백-수천대 필요 |
| 통신 지연 | 지연 시간 큼 | 빠른 속도, 짧은 지연(Latency) |
| 통신 품질 | 거리 멀어 품질 낮음 | 거리 가까워 고속/고품질 통신 |
| 호환성 | 일반 스마트폰 연결 x | 일반 스마트폰과 직접 연결 가능 |
| 위성 수명 | 15-20년 이상 | 5-7년(대기 저항땜에 수명 짧고 교체 필요) |
2. Space Launch Vehicle / Satellite
(1) 발사체의 기본 구조
발사체는 보통 여러 단계(stage)로 구성되는데, 각 단계가 연료를 소모한 후 분리되어 무게를 줄이고 다음 단으로 궤도 진입 속도를 확보하는 원리.
(2) 연료
| 고체 | 액체 | |
|---|---|---|
| 구조 | 간단 | 복잡 (각종 배관 및 밸브류 등..) |
| 연료 효율 | 액체 대비 약함 (저궤도, 소형 발사 유리) | 좋음 (고체 발사 대비 장거리/우주 발사 유리) |
| 관리 | 연료 발사체 내 항상 저장, 별도 연료 충전 불필요, 신속 발사 가능 | 연료 주입에 장시간 소요, 장기간 대기 불가 |
| 점화 | 일회용 | 여러번 가능 |
| 추력조절 | 점화 후 추력 조절 불가 | 점화 후 추력 조절 가능 |
<Source(s) : 우주발사체의 고체연료와 액체연료 차이점./연합뉴스>
2021 한미미사일 지침 폐지 -> 미사일 및 고체 추진 우주발사체 개발의 제한이 사라짐.
-> 액체 추진 엔진에 고체연료 부스터를 결합한 발사체, 하이브리드 개발 가능해짐.
(3) 재사용
최근 발사체 트렌드 중 하나로, 1단 또는 부스터를 회수하여 재사용하는 방식
(SpaceX Falcon9, Blue Origin...)
<Source(s) : SpaceX>
(4) 위성
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 통신위성 | 지구상의 음성/데이터/인터넷 통신 중계. Geography 넓게 커버하고 안정적인 주파수 및 지연(latency)이 중요 |
| 정찰/군사 위성 | 고해상도 카메라, SAR, 적외선 센서 등을 이용해서 지형·물체 감시, 군사적 정보 수집. 주로 LEO나 SSO 궤도 사용 |
| 기상위성 | 대기의 흐름, 구름, 온도, 습도, 태풍/허리케인 관측. GEO 또는 특수 궤도 (예: 극궤도, 태양 동기 궤도) 활용 |
| 지구관측 | 환경 변화, 농업, 산림, 도시 개발, 재해 대응, 해양 및 빙하 변화 관측. 다양한 센서(EO,IR,SAR, 초분광 등) |
| 항법위성(Nevigation) | 위치/시간/항법 서비스 제공 (GPS, Galileo, BeiDou, GLONASS, 한국의 KPS 등이 여기에 속함). 중궤도(MEO) 궤도 많이 사용됨 |
(5) Payload, 궤도 투입 과정
- Payload : 위성 본체 + 탑재 센서 + 통신/전력 시스템 등 = 발사체가 운반해야 하는 하중을 의미함
- 궤도 투입 과정 :
- 지상 발사 -> 초기 상승(대기 저항/중력손실 극복)
- 1단 분리 -> 2단 추진
- 궤도 점화 (orbital insertion) → 목표 고도/경사도(inclination) 확보
- 위성 분리 및 태양 전지판 전개, 자세 제어(stabilization)
- 지속 궤도 유지 - 자세 제어 - 연료/추진체 조정 → 수명 종료 시 처분 계획(deorbit or graveyard orbit)
3. Rendezvous / Docking
<Source(s) : Dragon rendezvous and docking with the International Space Station./esa>
- Rendezvous :
서로 다른 두 비행체가 같은 궤도 평면/위상으로 맞추며 근접하는 일련의 궤도 기동. (속도와 위치 벡터를 정밀히 일치시켜야 함) - Docking :
근접 후 기계적/전기적으로 결합하는 단계.
현대 국제 표준은 IDSS
https://internationaldeepspacestandards.com/wp-content/uploads/2024/02/IDSS-IDD-Rev-F-07262022.pdf
ISS는 상용/정부 우주선이 정기적으로 랑데부/도킹을 수행함.
(SpaceX Crew Dragon/화물 드래곤은 기본 모드가 '완전 자동 도킹'이고, 지상에서 감시/개입만 수행함)
https://www.nasa.gov/blogs/spacestation/2025/03/16/spacex-dragon-docks-to-station-with-four-crew-10-members/
자율 도킹
- LiDAR/EO/IR/별추적기/IMU/레이더를 조합하여 목표의 상대거리/속도/자세(포즈)추정
이때, 칼만필터/입자필터 등의 추정/제어 알고리즘과 CV/DL이 활용됨. - On orbit Service(Refueling/Repair...)
https://www.nasa.gov/nexis/rrm-1-2/
4. 특강 내용 추가 정리
핵심부품 국산화/자립화
- 과거 한국 KOMPSAT-5(다목적실용위성=아리랑)의 SAR 탑재체 같은 경우, 핵심부품의 해외의존이 컸음.
- NEXTSat-2(차세대소형위성 2호)는 KAIST 인공위성연구소(SaTReC)가 설계·제작한 국산 X-band 소형 SAR 탑재체의 궤도 검증 미션으로, 2023-05-25 누리호(3차) 로 550 km SSO에 투입(총중량≈180 kg, 전력≈230 W)되어 2년 임무를 성공적으로 마치며 국산 SAR 기술 실증에 성공함
https://ksas.or.kr/proceedings/2024c/data/TW1-4.pdf - ITAR-Free 기술 확보 -> 수출규제 리스크를 완화해야 함
위성 초기운용(LEOP)에서의 열제어
-우주는 대류가 없어서 열 방출이 복사(=radiation)에만 의존함. 초기 궤도 투입 직후, 탑재 전자/배터리/추력계 등이 허용 온도 범위 밖으로 벗어나지 않게 흡수-발생-방출 에너지 균형을 맞추는게 열 제어의 본질.
-Sun-pointing Safe Mode :
초기에는 장비가 냉각된 상태인 경우가 많고, 배터리 충전/전자부 예열이 필요함.
태양 입사 플럭스를 극대화히도록 위성을 태양 방향으로 돌려서 발열원+일사 흡수로 온도를 상승시킴.
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20150020455/downloads/20150020455.pdf
SAR 영상의 '번짐'처럼 보이는 현상, Scattering
특강에선 고층건물의 경우 SAR로 찍으면 엣지가 산란되어서 번져보인다라고만 언급하셨는데,
개인적으로 위성영상처리에 관심이 있어서 좀더 추가적으로 찾아본 내용임.
Scattering(=산란) : EO는 태양광반사를 찍지만, SAR는 자체적으로 전파를 쏘고, 반사되어 돌아오는 신호(=backscatter)를 이용해 영상을 만드는데, 지표나 물체가 이 전파를 어떻게 산란시키는지에 따라 픽셀의 밝기/패턴이 달라짐.
도시/고지대에서 SAR이 옆으로 내려다보는(side-looking) 기하 때문에, 기하왜곡+산란(=번져보임)이 발생함
왜 이런 왜곡이 생길까(기하학적 원인) :
<Source(s) : Distortions induced by side-looking SAR. Ground points a, b, c are ‘seen’ by radar as points a’, b’, c’ in the slant range./Franz J. Meyer>
- Foreshortening : 센서 방향을 향한 경사면은 여러 지점이 같은 슬랜트 거리로 뭉쳐 압축/밝아짐.
- Layover : 키가 큰 물체(절벽/고층건물)의 상단 반사가 하단보다 먼저 도달 -> 꼭대기가 밑으로 넘어진 거처럼 겹침.
- Shadow : 레이다가 닿지 않는 뒷사면은 무반사(=데이터 없음)
https://earth.esa.int/eogateway/missions/ers/radar-courses/radar-course-2
도시에서 유난히 번쩍이는 이유 :
- 도로(평면)-건물(수직) '코너'에서 강한 반사 -> 밝은 선/점이 생김.
- 밴드/편파/입사각에 따라 건물/수목/토양의 응답이 달라짐.
-> 고층건물 번짐은 layover + double bounce(이중반사)가 겹친 결과인 경우가 많음(=기하왜곡+강한 코너반사)
Post-Processing
https://hyp3-docs.asf.alaska.edu/guides/rtc_product_guide/
나중에 읽어보겠음...
