한국항공우주연구원이 지난 3일 공개한 달 탐사선 다누리의 지구 촬영 사진에 머신러닝 인공지능(AI)을 활용해 색을 입혔다. 항우연은 지난 2022년 12월 31일과 1월1일 계묘년 새해 첫날에 다누리가 촬영한 사진을 공개했다. (항공우주연구원 제공) 2023.1.4/뉴스1 © News1 황덕현 기자

1969년 인류 최초의 달 착륙은 영상으로 생중계되며 많은 사람에게 우주의 꿈을 심어주었다. 생중계는 통합 S 밴드(Unified S band) 주파수로 전파 통신이 이뤄졌다.

S밴드 통신은 한국이 2022년 달에 보낸 달 탐사선 '다누리', 2023년 누리호로 발사한 '도요샛' 등에서도 쓰이며 긴 시간 우주 탐사 분야에서 활용되고 있다.전파 통신은 그 특성상 거리에 비례해 신호가 약해진다.

고출력으로 통신하면 많은 에너지를 소모해서 비효율적이다. 대신 미약해진 신호를 지상에서 수신하려고 미국항공우주국(NASA)은 지름 30m 이상의 대형 안테나로 구성된 심우주 통신망(DSN)을 운영 중이다.

한국도 다누리를 우주로 보내며 경기여주위성센터에 지름 35m의 안테나를 설치했다.다만 전파 통신은 많은 신호와 정보를 보내는 데 한계가 있다.

차세대 우주통신 기술로 레이저를 이용한 광통신이 개발되고 있다. 전송 속도와 용량을 기존 통신에 비해 10~100배 이상 늘릴 수 있을 것으로 기대받고 있다. 또 지상의 대형안테나 등 설비를 소형화할 수 있는 장점도 있다.

단점으로는 레이저가 대기를 통과하며 산란을 심하게 겪어 왜곡이 일어난다는 점이다. 현재 이를 보정하는 '적응 광학' 및 위성을 정밀 추적해 레이저 통신 효율을 높이는 기술이 개발되고 있다.

NASA는 관련 연구를 지속해 2023년에는 지구·달 거리(38만 5000㎞)의 40배를 넘는 1600만 ㎞ 떨어진 지점에서 발사한 통신 레이저를 수신하는 데 성공했다.

화성과 목성 사이의 소행성 '프시케'를 탐사하는 장비에서 발사된 이 통신 레이저는 테스트 데이터를 담고 있다. 2년간의 시험 통신이 이뤄질 예정이다.

아울러 심우주 통신에서는 천체 등 장애물로 인한 통신 두절, 통신 지연, 우주선 등 움직이는 우주 물체 사이의 통신 소실 우려 등 문제가 있다.

레이저·전파 통신 모두 빛의 속도로 정보가 전송되지만 장거리 우주 통신에서는 지연이 발생할 수밖에 없다. 지구와 달 사이에 1.28초, 화성과는 약 35분, 목성과는 약 51분의 지연이 발생한다. 이런 지연 과정에서 위치 이동, 장애물 가림 등으로 데이터 소실 가능성이 커진다.

이를 극복하려고 지연·단절 내성 네트워킹(DTN) 기술이 개발되고 있다. DTN은 발신지, 목적지와 그 사이에 노드로 구성됐다. 노드는 기본적으로 정보를 중계하는 역할을 한다. 여러 이유로 통신이 어려울 때는 잠시 데이터를 보존했다가 다음 노드와의 통신이 이뤄질 때 전달한다.

한 번에 먼 거리로 정보를 보내는 대신 짧은 거리의 중간 기착지를 여러 번 거치는 방식으로 안정성을 높이는 것이다.

다누리에는 DTN 기술 및 통신 프로토콜 검증용 우주인터넷탑재체가 실려있다. 한국전자통신연구원(ETRI)이 개발한 이 탑재체는 우주에서 지구로 방탄소년단 뮤직비디오와 고해상도 사진, 간단한 국영문 문자를 보내는 데 성공했다.


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