위성의 종류와 저궤도 중궤도 정지궤도 위성의 활용

위성의 종류

 

위성의 종류

1. 용도에 따른 분류

• 과학위성: 우주 및 지구 과학 연구를 위해 사용
• 통신위성: 음성, 데이터, 방송 등 통신 서비스 제공
• 군사위성: 정찰, 감시, 통신 등 군사 목적
• 기상위성: 기상 관측 및 예보
• 항행위성: GPS 등 위치 측정 및 내비게이션
• 지구관측위성: 지구 표면, 해양, 대기 관측

2. 궤도에 따른 분류

• 저궤도 위성(LEO, Low Earth Orbit): 지상 200~2,000km 고도에서 운용
• 중궤도 위성(MEO, Medium Earth Orbit): 약 2,000~36,000km 고도
• 정지궤도 위성(GEO, Geostationary Earth Orbit): 적도 상공 약 36,000km 고도, 지구 자전과 동기화되어 한 지점에 정지

궤도에 따른 위성 비교

구분	저궤도(LEO)	중궤도(MEO)	정지궤도(GEO)
고도	250~2,000km	2,000~35,786km	35,786km
공전 주기	90~120분	2~12시간	24시간
커버리지	좁음	중간	넓음
지연시간	20ms 이하	120~150ms	500ms
위성 수(글로벌)	수백~수천 개	수십 개	1~3개
대표 용도	초고속 인터넷,통신, IoT, 지구관측	항법(GPS 등), 통신	방송, 해상통신, 재난방송 기상관측
위성 수명	5~7년	10~15년	15~20년
발사 비용	낮음	중간	높음

 

저궤도 위성(LEO, Low Earth Orbit Satellite) 개요

저궤도 위성은 지구 표면에서 약 200km에서 2,000km 고도 범위의 궤도를 도는 인공위성을 의미한다이 궤도는 대기권과 밴 앨런대 사이에 위치하며, 일반적으로 300km 이상의 고도를 유지한다. 그 이하에서는 대기 마찰로 인해 위성이 빠르게 소실될 수 있기 때문이다.

위성은 궤도와 용도에 따라 다양한 종류로 분류되며, 저궤도 위성(LEO)은 통신, 관측, 군사 등 현대 사회의 핵심 인프라로 자리잡고 있습니다. 저궤도 위성은 초고속, 초저지연, 초연결 통신망의 핵심 인프라로 부상하고 있으며, 지상 통신망의 한계를 극복하는 차세대 통신 기술로 전 세계적으로 주목받고 있다. 앞으로 6G 등 미래 통신 시대의 중요한 기반이 될 전망이다.

 

1. 주요 특징

• 짧은 지연 시간: 저궤도 위성은 지상과 가까운 고도에서 운용되므로, 데이터 전송 지연(latency)이 매우 짧다. 예를 들어, 저궤도 위성통신의 지연율은 약 0.025초로, 정지궤도 위성(0.5초)이나 해저 광케이블(0.07초)보다 현저히 낮다
• 군집 위성 운용: 개별 위성의 서비스 범위가 좁기 때문에 수백~수천 개의 위성을 동시에 운용하는 군집 위성 체계가 일반적이다. 이를 통해 지구 전역에 끊김 없는 통신망을 제공한다.
• 저렴한 발사 및 제작 비용: 소형화, 대량생산, 다수 위성 동시 발사 기술의 발전으로 정지궤도 위성 대비 저렴하게 군집 통신망 구축이 가능하다
• 짧은 수명: 저궤도 위성은 대기 저항 등으로 인해 일반적으로 5년 이하의 수명을 갖는다
• 빠른 공전 주기: 저궤도 위성은 지구를 약 90~100분마다 한 바퀴씩 돌며, 하루에 11~15회 지구를 공전한다

2. 활용 분야

• 초고속 인터넷 및 통신: 지상 인프라가 부족한 농촌, 산간, 도서, 해상, 극지방 등에서도 안정적인 통신 및 인터넷 서비스를 제공한다
• 재난 및 비상 상황: 지상망이 파괴된 재난, 전쟁, 자연재해 상황에서도 통신망을 유지할 수 있다
• 항공·해상·모빌리티: 항공기, 선박, 자율주행차, UAM(도심항공교통) 등 이동체의 통신 인프라로 활용된다.
• 위성 IoT: 소형·중형급 IoT 기기 연결에 적합하여, 전 세계 위성 IoT 시장의 84%가 저궤도 위성을 기반으로 한다

 

3. 글로벌 동향 및 주요 기업

• 스페이스X 스타링크: 7,000여 기 이상의 저궤도 위성을 운용 중이며, 향후 42,000기까지 확대 목표
• 아마존, 중국, 유럽 등: 대규모 저궤도 위성 통신망 구축에 박차를 가하고 있다
• 한국: KAI 등 국내 기업도 6G 저궤도 통신위성 개발에 나서고 있으며, 2030년 상용화를 목표로 하고 있다

 

중궤도 위성(MEO, Medium Earth Orbit Satellite)

 

중궤도 위성은 저궤도와 정지궤도 사이의 영역에서 운용되며, 주로 GPS 등 항법 시스템에 활용된다. 상대적으로 적은 위성 수로 광범위한 커버리지를 제공할 수 있고, 신호 지연도 적당하여 내비게이션 및 중거리 통신에 적합하다.

 

1. 주요 특성

• 중궤도 위성(MEO)은 지구 표면에서 약 2,000km에서 36,000km 사이의 고도에서 운용되는 인공위성이다.
• 저궤도(LEO, 250~2,000km)와 정지궤도(GEO, 35,786km) 사이의 영역을 이동하며, 대표적으로 약 1만 km 고도에서 운용되는 경우가 많다.
• 저궤도 위성에 비해 더 넓은 지상 커버리지를 제공할 수 있다.
• 글로벌 서비스 제공 시 저궤도 위성보다 적은 수의 위성으로 전 세계를 커버할 수 있어 시스템 구축 비용이 상대적으로 낮다.
• 정지궤도 위성 대비 신호 지연(latency)이 적어, 항법 및 내비게이션 시스템에 적합하다(약 120~150ms).
• 저궤도 위성에 비해 단말기 소형화가 어렵고, 정지궤도 위성에 비해 여전히 지연시간이 존재한다.
• 정지궤도 위성처럼 한 지점에 고정되어 있지 않기 때문에, 지속적인 통신이나 관측을 위해서는 여러 위성이 필요하다.

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2. 주요 활용 분야

• 중궤도 위성은 주로 위성항법 시스템(GPS, Galileo 등)에서 활용된다.
• 일부 중거리 통신 서비스에도 사용되며, 글로벌 커버리지를 적은 위성 수로 구현할 수 있다.

3. 대표 사례

• GPS(미국), Galileo(유럽), GLONASS(러시아), BeiDou(중국) 등 글로벌 항법 위성 시스템이 모두 중궤도 위성망을 기반으로 한다.
• ICO, 오디세이 등 일부 통신 위성 프로젝트도 중궤도 위성을 활용한다.

 

정지궤도(Geostationary Orbit, GEO) 위성

정지궤도 위성은 적도 상공 35,786km에서 지구 자전과 동기화되어 한 지점에 항상 머무는 위성으로, 넓은 지역에 연속적이고 안정적인 통신, 방송, 기상 서비스를 제공한다. 신호 지연이 크고 극지방 서비스에 한계가 있지만, 소수의 위성으로 전 지구 대부분을 커버할 수 있다는 장점이 있다.

 

1. 주요 특성

• 정지궤도 위성은 지구 적도 상공 약 35,786km(36,000km)에 위치한 원형 궤도를 따라 지구의 자전 속도와 동일하게 공전하는 인공위성이다.
• 이로 인해 지상에서 보면 위성이 항상 같은 위치에 고정되어 있는 것처럼 보인다. 즉, 지구상의 특정 지점 위에 '정지'해 있는 것처럼 관측된다.
• 지상 안테나를 고정된 방향으로 두고도 항상 위성과 연결이 가능하다.
• 넓은 지역을 실시간으로 연속 관측 및 서비스 제공이 가능하다.
• 극지방(남북 위도 81.25° 이상)에서는 서비스가 어렵다.
• 고도가 높아 신호 지연(latency)이 크며, 약 270~477ms의 지연이 발생한다.
•  거리로 인해 수신 전력이 낮고, 지구의 그림자에 의해 일부 시간 동안 태양 에너지 공급이 제한될 수 있다.
• 발사 및 위성 유지 비용이 높다.

 

2. 정지궤도와 이동위성 비교

• 정지궤도 위성은 항상 한 지점에서 고정된 서비스를 제공하는 반면, 저궤도 등 이동위성은 지구를 빠르게 공전하며 다양한 지역을 순차적으로 관측한다.
• 정지궤도 위성은 넓은 지역을 연속적으로 관측할 수 있지만, 저궤도 위성에 비해 해상도는 낮다.

3. 공전 주기 및 위치

• 정지궤도 위성의 공전 주기는 정확히 24시간으로, 지구의 자전 주기와 일치한다.
• 반드시 적도(위도 0°) 상공에 위치해야 하며, 이 궤도 영역을 '클라크 벨트'라고 부르기도 한다.

4. 주요 활용 분야

• 한 대의 정지궤도 위성은 지구 표면의 약 1/4을 관측할 수 있다.
• 3기의 정지궤도 위성만으로 극지방을 제외한 거의 전 지구를 커버할 수 있다.
• 주로 통신, 방송, 기상 관측 등 넓은 지역을 대상으로 한 연속적 서비스에 활용된다.
• 예시: 무궁화위성, 천리안위성, INTELSAT, INMARSAT 등.