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뉴스페이스 생태계 핵심 인프라인 저궤도위성, 후발 주자 한국의 수준은?

전형열 한국항공우주연구원 위성우주탐사연구소장 2026년 06월호

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저궤도위성(LEO)은 고도 200~2,000km 범위에서 운용되는 위성으로, 지구와의 근접성이라는 물리적 특성이 LEO의 모든 장단점을 결정짓는다. 일반적으로 LEO의 궤도 주기는 약 90~120분이며, 하루에 지구를 15~16회 공전한다.

LEO의 세부 분류를 보면 우선, 고도 450km 이하의 초저궤도(VLEO)는 고해상도 지구관측이나 대기 밀도 측정에 활용되며 최근 레이더위성과 광학위성의 해상도 향상을 위해 주목받고 있다. 초저궤도에서는 원자산소에 의한 표면 산화 및 침식 현상이 두드러져 별도의 표면 보호 설계가 요구된다.

태양동기궤도(SSO)는 고도 500~800km에 위치한 저궤도위성으로 지구관측 위성에 이상적인 일정한 태양 조명 조건을 제공해 광학센서위성의 표준 궤도로 자리 잡았다. 대표적으로 우리나라 다목적실용위성(아리랑) 및 차세대중형위성 1~2호 등 다수의 지구관측 광학위성이 있다.

약 3만5,786km에 위치한 정지궤도위성(GEO)과 비교하면 차이가 명확하다. GEO는 신호의 편도 전파 지연이 약 120~130m/s인 반면, LEO는 고도에 따라 약 2~7m/s에 불과해 실시간 통신에 매우 유리하다. 또한 자유공간경로손실(FSPL)이 훨씬 작아 수신 전력 여유가 크게 향상되므로, 소형·저이득 안테나로도 안정적인 통신 연결을 유지할 수 있다. 단 LEO는 빠른 각속도로 지구를 돌기 때문에 단일 위성의 가시 시간이 수 분에 불과하다. 위성 적용 범위의 연속성을 확보하려면 수십~수천 기의 군집 구성이 필수다. 반면 GEO는 단 3기의 위성만으로도 극지를 제외한 전 지구를 포괄할 수 있다.

중궤도위성(MEO, 2,000~3만5,786km)은 미국의 GPS, EU의 갈릴레오, 러시아의 글로나스, 중국의 BDS처럼 항법 분야에 특화돼 있으며 LEO와 GEO의 중간적 특성을 갖는다. 궤도 안정성이 높고 적용 범위가 넓어 항법 신호 전파에 유리하지만, 밴 앨런 방사선대(특히 내방사선대)를 직접 통과하거나 인접해 운용되므로 방사선 환경이 가혹하며 이에 따른 부품 선정과 차폐 설계에 상당한 비용이 든다.

LEO는 지구관측에 주로 활용돼 왔으나 최근에는 스페이스X 등이 주도하는 광대역 통신서비스가 가장 활발히 상업화되고 있다. 여기에 군집 레이더 및 광학 위성을 이용한 고빈도 재방문 지구관측, IoT 기기 직접 접속(D2D), 우주 기반 항법 보강, 군사 정찰 등으로 응용 영역이 빠르게 확장되고 있다. 특히 소형화·양산 기술의 발전으로 제작 단가가 급감하면서 LEO는 뉴스페이스(New Space) 생태계의 핵심 인프라로 자리매김하고 있다.

우리나라의 위성 기술은 다양한 고성능 임무 위성을 독자적으로 개발·운영할 수 있는 세계적 수준에 도달했다. 1992년 우리별 1호 발사로 우주 선진국에 비해 뒤늦게 출발했으나 현재는 지구관측위성, 통신위성, 기상위성, 해양·환경위성, 달궤도선 및 달착륙선 등 다양한 임무의 위성과 탐사선을 자체 개발하는 역량을 확보하고 있다. 저궤도 지구관측 분야에서는 아리랑(다목적실용위성) 시리즈를 통해 1m 미만 물체를 식별할 수 있는 서브미터급 광학 해상도와 레이더(SAR) 탑재체를 독자 개발하는 단계에 이르렀고, 차세대중형위성 시리즈로 버스 플랫폼 표준화도 진행 중이다. 특히 우리나라의 저궤도 고해상도 지구관측위성 분야는 상당히 높은 경쟁력을 보유하고 있다. 지난해 12월 발사한 아리랑위성 7호는 0.3m급 광학 해상도로 지상을 관측할 수 있어 세계 최고 수준의 기술을 보유한 것으로 평가받는다. 반면 상업 LEO 군집위성 분야는 민간 역량이 이제 막 형성되는 초기 단계로 탑재체·위성버스의 양산 경험, 지상망 통합 운용, 주파수 확보 등에서 해외 선도 기업들과 격차가 있다. 그러나 우리나라는 비교적 짧은 기간에 위성 기술 수준을 빠르게 끌어올린 나라로, 앞으로 저궤도 군집위성과 AI, 반도체, 통신 기술 등이 결합된 차세대 우주산업 분야에서 더 크게 성장할 것으로 전망된다.

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