[기고]베이더우 위성항법시스템···중국에서 세계로

글: 홍성범 STEPI 한·상해글로벌혁신센터장
출처: STEPI 과학기술정책 2월호
베이더우 위성항법시스템(BDS;BeiDou Navigation Satellite System 또는 COMPASS, 이하 베이더우)은 중국이 35개 인공위성을 연결해 전 세계를 24시간 내려다보며, 위치추적, 기상관측, 자원탐사 등을 할 수 있는 글로벌위성항법시스템(GNSS;Global Navigation Satellite System)이다.

현재 GNSS는 미국, 러시아, EU, 일본, 인도 등이 추진하고 있는데 중국의 베이더우는 2012년부터 가동돼 2014년 국제기구로 인가되었으며 2016년말 까지 23개의 위성을 운영하고 있다.

GNSS 운용 및 개발 현황.GNSS 운용 및 개발 현황.

◆베이더우의 구축과 발전

베이더우 시스템은 3단계 발전전략으로 추진되고 있다. 1단계(BeiDou-1: 2000~2003년)는 베이더우 1호 시스템 건설단계로 초창기 중국의 위성항법시스템 개발은 3개의 정지위성으로 시작되었다.

2000년 2개의 지구정지궤도 위성 발사, 2003년 세 번째 지구정지궤도 위성 발사가 이뤄졌고, 중국내 사용자에게 방향, 시각, 문자서비스 등이 제공됐다.

2단계(BeiDou-2:~2012년)는 중국과 주변국을 포함한 지역에 대한 위성항법정보 서비스를 목표로 2004년부터 항법위성을 궤도에 올리기 시작해 2012년까지 5기의 정지위성과 5기의 IGSO (Inclined Geosynchronous Satellite Orbit) 위성, 4기의 중궤도 위성을 포함한 14기의 항법위성을 궤도상에 성공적으로 배치해 아시아-태평양 지역에 대해 2012년 12월부터 공식적인 서비스를 제공하기 시작했다.

3단계(BeiDou-2:~2020년)는 BeiDou-2의 확장으로서 전 세계를 서비스영역으로 한 베이더우 위성항법시스템 계획의 완성단계이다. 독자적 위성항법시스템 완성 해인 2020년까지 35기의 베이더우 항법위성이 궤도상에 배치될 계획이다.

2013년 중국발전개혁위원회는 '국가 위성항법산업 중장기 발전규획'(國家衛星導航產業中長期發展規劃)을 발표한 바 있는데 2020년 베이도우의 최종 목표는 [표2]와 같다.

국가 위성항법산업 중장기 발전규획의 주요 목표.국가 위성항법산업 중장기 발전규획의 주요 목표.

◆베이더우의 구성 및 특징

베이더우 구성은 우주부문, 지상국부문, 사용자 3요소로 구성돼 있다. 우주부문은 5개의 정지궤도 위성과 30개의 궤도 위성으로 구성된다. 궤도위성군은 27개의 중궤도위성과 3개의 IGSO 위성으로 구성된다.

지상국은 주제어국(MCS; Master Control Station), 시간동기/업로딩국(TS/US; Time Synchronization/Upload Station), 감시국(MS; Monitor Station)으로 구성된다. MCS는 각 감시국을 통해 관측된 데이터를 모으고 처리 분석해 위성항법 메시지를 만들어 업로드 하는 것이다.

시각동기 및 업로딩국의 주요 업무는 MCS와 공동 작업아래 항법메시지를 업로드하고 MCS와 데이터를 교환해 시간을 동기화시키고 측정한다. 마지막으로 MS의 주 업무는 항법위성을 계속해서 추적, 감시하는 것이며 항법신호를 받아 관측된 데이터를 MCS에 제공하는 것이다.

베이더우 시스템 구축은 빠른 서비스 능력과 글로벌 서비스 확대로 이어져 세계 위성항법사업 발전 모델의 다양화를 이끌었다. 베이더우 시스템은 첫째, 우주구간에서 3가지 종류의 궤도로 구성된 혼합형으로 기타 위성항법 시스템과 비교해 고궤도 위성이 더욱 많고 차단방지 능력이 강하며, 특히 저위도 지역 성능 장점이 두드러진다.

둘째, 여러 주파수와 신호를 제공함으로써 서비스 정밀도를 향상시켰다. 셋째, 베이더우 시스템은 위치항법시스템과 통신능력을 혁신적으로 융합해 실시한 위치서비스, 빠른 방향, 정확한 시간, 단문서비스 등 기능을 발휘한다는 장점을 가지고 있다.

2003~2015년 중국 항법 및 위치 서비스 산업 발전 규모.2003~2015년 중국 항법 및 위치 서비스 산업 발전 규모.

날로 증가하는 사용자 수요를 충족하기 위해 베이더우 시스템은 위성, 원자 시계, 신호 체제 방면의 기술 R&D를 강화하고, 차세대 위성항법 시스템 타임서비스 기술을 모색하고, 서비스 성능을 지속적으로 향상시킬 계획이다.

2014년 2월에 중국항천과공정보기술연구원이 정밀도를 2.5m로 끌어올린 제4세대 베이더우 칩을 개발에 성공한 바 있다. 현재의 베이더우 시스템의 정밀도는 10m 수준으로 이 칩이 상용화되면 베이더우 시스템의 정밀도가 세계최고 수준에 도달할 수 있을 것으로 분석된다.

◆베이더우 시스템의 상용화 현황

중국의 위성항법시장은 빠르게 성장하고 있다. 2015년 말까지 베이더우 시스템의 기지국 150개가 설치되었으며 베이더우 시스템을 이용한 산업규모는 2020년에 4000억 위안(한화 약 75조원)에 달할 것으로 전망된다.

중국항천과기집단공사 제1연구원 12연구소의 시스템 제품사업부 담당자의 말에 따르면 베이더우 시스템은 중국의 중대 정보 인프라로서 국방안전과 국민 경제발전에 기여하고 있다.

실제로 베이더우 시스템 가동 이후 농업 수익이 늘어났으며 노동 강도를 감소시키는 효과가 발생했다. 이 외에도 베이더우는 IoT, 5G와 융합시키면서 그 효과는 더욱 확대될 것으로 보인다.

예를 들어 베이더우 시각, 베이더우 농기계 사용예약, 베이더우 채소 등 신산업이 만들어지고 공급측 구조 개혁을 추진해 전통적 농업에서 스마트 농업으로 전환될 수 있다. 그 외에도 베이더우 시스템은 더 많은 경제분야에 영향을 미친다. 2015년 중국 위성항법장치 총생산가치는 1900억 위안으로 베이더우 시스템은 약 30%의 공헌을 한 것으로 나타났다.

13차 5개년 규획(2016~2020년) 기간 베이더우는 정보통신 산업의 발전을 지속적으로 도울 것이며 중국 위성항법 산업 가치를 4000억 위안으로 끌어 올리려는 목표를 가지고 있다.

이 기간 중국은 약 30개의 베이더우 위성을 발사하고 2018년 '일대일로' 주변 국가에 기본 서비스를 우선 제공하며 2020년 글로벌 서비스 능력을 갖추고 세계 일류의 글로벌 위성항법 시스템을 구축할 계획이다.

현재 중국은 고정밀도 위성 네트워크 능력을 갖춘 것으로 파악하고 있으며 차세대 베이더우 위성을 제작해 발사할 계획을 세우고 있다. 베이더우 시스템은 우주로 전송하는 기술 외에 지상으로 보내는 기술 역시 중요한 지표다.

현재 중국 베이더우 시스템의 지상 건설은 이미 네트워크 연결 전 최종 테스트 단계에 있다. 현재 중국에는 175개의 기지를 구축했으며 향후 2년간 2000개의 기지를 설립할 것이다. 실시간 미터급과 데시미터급, 베이징 지역은 센티미터급, 후처리 밀리미터급 위치 정밀도를 실현할 것으로 보인다.

베이더우 시스템 구축의 성공여부는 기초 제품에 달려있다. 베이더우 시스템 건설이 적극적으로 추진됨에 따라 중국 국산 베이더우 칩, 모델, 안테나 등 제품의 핵심 기술 역시 발전하고 있다.

현재 위성 항법장치 칩 핵심 기술의 독자적 지적재산권을 보유했고 베이더우 칩은 40나노미터라는 새로운 시대로 진입했다. 그 외에 위성 항법시스템이 실내, 지하, 우주 등 지역에서 나타날 수 있는 서비스 블랙아웃 문제를 해결하기 위해 국가 종합PNT(위치, 항법, 표준시각) 시스템 핵심 기술 연구를 시작했다.

중국의 '일대일로' 전략 추진에 따라 베이더우 시스템은 점차 해외로 확대하고 있다. 현재 베이더우 시스템은 국제민간항공기구(ICAD), 국제해사기구(IMO), 세계이동통신사업자협회(GSMA) 등 국제기구에 가입했으며 국제해사기구로부터 글로벌 위성항법시스템으로 인정을 받았다.

베이더우 시스템이 국가 우주정보기초시설로서 법적 지위를 확립하고 베이더우 산업의 빠른 발전을 위해 중국은 현재 '위성항법 조례'를 제정하고 있으며 국가입법계획에 포함시켰다.

최근 베이더우 백서를 발표했다. 베이더우 시스템은 중국의 고속철도, 원자력 발전에 이은 세계적 의미가 있는 아이템으로 현재 파키스탄, 태국, ASEAN, UAE 등과 협력하고 있다. 베이더우 항법시스템은 군사용 생산에서 중요한 의의를 가질 뿐 아니라, 민간용으로서도 커다란 역할을 하고 있다.

즉 교통운송, 임업·어업, IT, 측정, 기상과 같은 여러 측면에서 막대한 경제적 가치를 생산했다. 중국 위성 항법 및 위치 추적 서비스 산업은 크게 업-미들-다운 스트림 세 부분으로 나뉜다.

업 스트림은 항법 및 위성 제조, 칩, OEM카드, 모듈, 안테나 등이며, 미들 스트림은 단말 통합, 시스템 통합이며, 다운 스트림은 판매, 운영, 서비스를 나타낸다. 위성항법산업 사슬에 따른 주요 기업을 살펴보면 [표3]과 같다.

항법 산업 사슬 업체 분포 현황 및 참고문헌.항법 산업 사슬 업체 분포 현황 및 참고문헌.
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