중국은 현재 특히 전기 자동차, AI 개발, 에너지 전환과 같은 첨단 혁신 부문에서 서구 거대 기술 기업과 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다. 위성 기반 연결 분야의 글로벌 리더인 스타링크는 곧 중국과도 치열한 경쟁을 벌이게 될 것으로 보입니다. 중국 연구팀이 초저전력 레이저를 사용하여 데이터의 최고 속도 1Gbps에 도달한 “획기적인” 위성 기반 연결 시스템을 시연했습니다.
South China Morning Post의 보고서에 따르면 중국 과학자들이 개발한 시스템은 AO-MDR 시너지라는 새로운 유형의 무선 링크 인프라에 의존합니다. 하지만 이 성과를 돋보이게 한 것은 단지 빠른 속도만이 아니었습니다. 팀은 2와트 레이저 시스템을 사용하여 위업을 달성했습니다. 비교를 위해 IEEE 차량 기술 매거진에 발표된 연구에서는 Starlink 위성의 레이저 전송 전력을 10W로, 지구로의 Ka 대역 무선 전송을 50W로 설정합니다.
Starlink 위성에는 광학 우주 레이저가 장착되어 놀라운 200Gbps 출력을 제공합니다. 그러나 이러한 레이저 링크는 위성 간 연결에 사용되며 지구상의 수신기 터미널로 전송되지 않습니다.
비밀의 소스
이 프로젝트는 중국 북경 우편통신대학교와 중국과학원 전문가들의 아이디어로 이루어졌습니다. 전송은 위성의 레이저 신호를 집중시키기 위해 357개의 마이크로 거울을 갖춘 1.8미터(5.9피트) 망원경을 사용하여 수신되었습니다. 그런데 왜 레이저인가? 레이저 통신은 무선 기반 시스템에 비해 단일 링크로 훨씬 더 많은 데이터를 전송할 수 있기 때문에 점점 더 미래로 여겨지고 있습니다.
약 1년 전 NASA는 단일 패스로 200Gbps의 데이터 전송 속도를 달성한 TBIRD(TeraByte InfraRed Delivery)를 시연했습니다. 중국 과학자들은 1Gbps 출력을 달성하기 위해 유사한 레이저 전송 접근 방식을 사용했습니다. 특히 중국의 한 상용 위성 회사는 이미 놀라운 100Gbps 전송 속도를 달성한 위성-지상 레이저 통신을 시연했습니다.
비, 스모그, 미립자 물질과 같은 대기 교란은 신호 품질을 저하시키고 신뢰성을 떨어뜨리기 때문에 레이저 기반 연결의 가장 큰 과제로 남아 있습니다. 그럼에도 불구하고 중국 팀은 격동하는 하늘 속에서도 1Gbps 위성 링크를 유지하는 데 성공했습니다. 그들의 최근 노력은 레이저 신호를 8개의 기본 모드 채널로 분할하는 다중 평면 변환기를 사용했습니다. 지상에서는 맞춤형 칩을 사용하여 해당 신호 중 3개를 선택하고 병합했습니다. 이 방법을 사용하면 사용 가능한 신호를 수집할 확률이 72%에서 91% 이상으로 높아져 신뢰성과 전반적인 속도가 모두 향상되었습니다.
레이저 기반 지상 위성 통신과 관련된 유사한 업적이 올해 초 일본 과학자들에 의해 달성되었습니다. JAXA(일본 항공우주 탐사국) 소속 전문가를 포함한 전문가 팀이 대기 난류로 인한 레이저 신호의 신호 페이딩 문제를 해결하는 오류 수정 코드 시스템을 시연했습니다. 이러한 획기적인 발전은 근본적인 문제에 대한 해결책이 성공적으로 입증되었기 때문에 레이저 통신이 위성 기반 통신의 차세대 진화임을 나타냅니다.
천문학 문제 피하기
중국 과학자들이 개발한 위성 통신의 최신 혁신은 중요한 신호 손실 문제를 해결하면서 차세대 전송 속도를 달성하는 데 성공했습니다. 그러나 돌이켜보면 이는 과학계에서 뜨거운 논쟁을 불러일으켰던 문제, 즉 지구 궤도의 위성 혼잡을 피할 수도 있습니다. 시연에 사용된 실험용 레이저 송신 위성은 스타링크 장치보다 훨씬 더 먼 위치에 주차되어 있습니다.
스타링크 위성은 고도 550km(약 341마일)의 저궤도에 떠 있는 반면, 중국 팀이 배치한 위성은 수신기 망원경으로부터 36,705km(22,807마일) 거리에 위치합니다. 간단히 말하면, 훨씬 덜 혼잡한 공간에 위치하고 있고, 그러한 위성의 수가 늘어나더라도 저궤도만큼 혼잡하지는 않을 것입니다.
천체물리학자들은 저궤도 위성의 증가로 인한 빛 오염 문제와 이것이 어떻게 전파 천문학을 망칠 수 있는지 반복적으로 강조해 왔습니다. 빛의 줄무늬나 섬광 같은 위성의 광학 간섭은 잘 알려진 문제입니다. 그러나 Starlink와 같은 새로운 시대의 위성 역시 무선 간섭을 일으키고 있습니다. 최근 분석에서 파리 천문대와 Nançay Radio Astronomy Observatory의 전문가들은 Starlink 위성의 “매우 강렬한 대역 외 방출” 문제를 강조했습니다.
이미 관측 가능한 하늘의 1제곱도당 하나의 위성이 있으며 그로 인해 발생하고 있습니다. SpaceX와 Amazon의 Project Kuiper가 가까운 미래에 수천 개의 새로운 위성을 배치함에 따라 문제는 더욱 악화될 것입니다. 그리고 재해가 발생하기 쉬운 우주 쓰레기 문제를 악화시키는 데 있어 그들의 역할을 잊지 마십시오. 궤도에서 더 높은(그리고 더 먼) 레이저 기반 위성은 더 빠르고 효율적이며 천문학 친화적인 옵션으로 나타날 수 있습니다. 중국 기업이 상용화에서 SpaceX를 이길 수 있을지는 아직 알 수 없습니다.
