ADI 솔루션으로 비용 절감과 효율 향상을 동시 달성

[테크월드=김경한 기자] 어마어마한 군집을 이룬 저궤도(LEO) 위성들이 수천 개의 저비용 첨단 우주 비행체와 함께 곧 하늘을 뒤덮을 것이다. 이 군집 위성은 전 세계의 도심 지역과 오지에 살고 있는 수백만 인구에 데이터, 음성, 영상을 전송하면서 연결을 필요로 하는 지구상 모든 곳에 광대역 연결을 구현한다. 지능적으로 최적화된 빔이 대륙간 비행기에 탑승한 승객에게 인터넷 연결을 제공하고, 게이밍부터 전략적 인식에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 향상된 성능을 제공할 것이다.

파괴적 혁신을 촉진하는 ADI

이것이 연결된 우주의 미래다. 아나로그디바이스(ADI)는 세슘아스트로(CesiumAstro)와 같은 고객사와 협력해 이러한 비전을 실현하고 있다. ADI의 50년 동안 축적해 온 우주 비행·반도체 기반 시스템 수준 솔루션의 전문성과 세슘아스트로의 위상 배열 통신 기능을 결합함으로써, 양사는 보다 효과적이고 효율적인 우주 통신 네트워크를 현실로 만드는 데 기여하고 있다. 이 새로운 콘셉트를 추진하는 동력은 곧바로 적용 가능한 빌딩 블록 방식의 새로운 접근 방법으로, ADI의 기술을 스타트업과 소규모 기업이 활용하게 할 뿐만 아니라 파괴적 혁신을 촉진한다.

 

세슘아스트로에 대해

세슘아스트로는 2017년에 셰이 사브리푸어(Shey Sabripour) 창업자 겸 CEO가 설립했다[그림 1]. 위성, UAV, 기타 항공우주 시장을 위한 매우 신뢰성 높은 통합 통신 시스템을 제공하고 있으며, 민간, 정부, 국방 분야의 모든 고객을 위해 확장할 수 있는 턴키 솔루션을 공급하고 있다. 현재 고객으로는 NASA, 미국 미사일방어국, 미해군성, 다르파(DARPA), 노스롭 그루만(Northrop Grumman)을 비롯해 대규모 소형 위성 군집을 제작하는 기업군이 있다. 

 “안전하고 신뢰할 수 있으며 높은 스루풋을 제공하는 소프트웨어 정의 데이터 링크는 차세대 항공·우주 시스템의 중추다”- 셰이 사브리푸어 세슘아스트로 창업자 겸 CEO -
[그림 1] 세슘아스트로 소개

 

판도를 바꿀 아이디어

셰이 사브리푸어 세슘아스트로 CEO는 게임의 판도를 바꿀 획기적인 아이디어를 가지고 기능 블록 방식으로 접근했다. 우주 통신 위성을 보다 단순하고 저렴하지만 우아한 방식으로 만들게 하자는 것이다. 위상 배열 기술과 ADI의 상용 신호 체인 솔루션을 활용하면 고객이 특정 요구에 맞춰 위성 탑재체를 보다 쉽고 빠르게 맞춤화할 수 있다. 즉, 주파수를 선택하고(조향 또는 고정 빔), 무선 기능(굽은 파이프 방식 또는 처리된 탑재체 방식)을 고르고, 디지털 백엔드(통신 프로세서 또는 라우터)를 선택하게 하는 것이다.

셰이 사브리푸어는 LEO(저궤도, Low Earth Orbit)·GEO(정지 궤도, Geostationary Earth Orbit) 통신 위성, 발사체, 행성간 우주선을 설계, 개발, 실행하는 일을 성공적으로 이끈 위성 업계의 베테랑이다. 히자만 신생기업 세슘아스트로를 출범하는 데 필요한 자금을 조달하기 위해서는 게임의 판도를 바꾸는 콘셉트 그 이상이 필요했다. 그에게 필요한 것은 자금과 아나로그디바이스의 핵심 기술이었다.

 

‘아나로그 가라지’에 진입하다

많은 혁신 기술 개발이 ADI의 혁신 기술의 산실인 ‘아나로그 가라지(Analog Garage)’에서 잉태된다. 아나로그 가라지는 커다란 잠재력과 파급력을 갖고 있지만 아직 상업적인 기회를 얻지 못한 다양한 기술에 주목하고 있다. ADI의 사내 엔지니어링 팀은 아이디어를 제안하고 초기 단계 연구개발 작업을 위한 자금 조달과 자원을 지원받을 수 있다. 아나로그 가라지는 또 잠재력이 큰 스타트업에 투자함으로써 스타트업이 자금, 멘토링, 엔지니어링을 지원받아 아이디어를 시장에 출시할 수 있게 돕고 있다.

[그림 2] 아나로그 가라지 홈페이지 첫 화면

셰이 사브리푸어 CEO는 이미 오래 전부터 ADI와 함께 여러 차례 협업을 해왔기 때문에 낯선 고객이 아니었다. ADI 미국 중남부·중남미 지역 세일즈를 총괄하는 데이비드 아기로풀로스(David Argiropoulos)는 “셰이 사브리푸어는 ADI를 단순한 부품 공급사가 아닌 포괄적인 솔루션과 시스템 문제 해결사로 인식해 왔으며, 일찍부터 그와 세슘아스트로는 ADI와 함께 했다”고 말했다.

ADI는 세슘아스트로에 필요한 RF 빔포밍, 증폭, 소프트웨어 정의 트랜시버의 첨단 상용 기술과 전문 기술력을 제공했다. 아나로그 가라지와 아나로그디바이스 벤처스는 세슘아스트로가 에어버스 벤처스(Airbus Ventures), 클라이너 퍼킨스(Kleiner Perkins), 프랭클린 벤처 파트너스(Franklin Venture Partners), 라브록 벤처스(Lavrock Ventures), 아날로그 벤처스(Analog Ventures), 하니웰 벤처스(Honeywell Ventures) 등 다양한 유수의 투자사로부터 1240만 달러에 달하는 시리즈 A 펀딩을 유치하도록 도왔다.

많은 기업이 고도로 전문화된 맞춤 기술로 시작해 비용을 낮추는 방법을 찾지만, ADI는 세슘아스트로가 정반대의 접근법을 취하도록 지원했다. 세슘아스트로는 ADI의 ‘RF-to-bit’ 제품 포트폴리오를 활용했으며, 독특한 방식으로 이를 통합하는 기법을 개발했다. RF-to-bit는 재료 분석을 통해 정확한 위상과 크기 데이터를 제공하는 솔루션이다. 데이비드 아기로풀로스는 “ADI는 위상 배열 빔포밍과 통신 기술을 개발했으며, 이 분야에 깊이 있는 전문지식을 갖고 있다. 만약 다른 회사가 세슘아스트로를 위해 처음부터 개발했다면 훨씬 많은 개발 시간이 필요했을 것”이라고 전했다. 

세슘아스트로는 크기, 무게, 전력소모, 비용(SwaPC)을 줄임으로써 크기 면에서 경쟁력을 갖는다. 위성 부품은 작을수록 무게가 덜 나가며, 궤도로 발사하는 비용도 더 적게 든다. 이는 특히 정지 궤도에서보다 저궤도에서 더욱 두드러진다.

 

LEO vs. GEO

전통적인 GEO(정지궤도 위성)은 적도 상공 약 2만 2300마일(3만 5800km)에서 정지된 고정 궤도에 위치한다. GEO는 종종 고가의 내방사선 강화 부품을 필요로 한다. 이 위성은 지구의 자전과 동일한 방향과 속도(약 1000mph)로 움직이기 때문에 지구와 각 가정의 옥상에 놓인 수백만 개의 고정형 위성 접시 안테나와 관련해 정지된 위치에 머물 수 있다.
LEO(저궤도 위성)은 약 1200마일(2000km) 이하의 저고도에서 운용되며, 128분마다 지구를 한 바퀴 돈다. LEO는 GEO에 비해 크기가 더 작고 방사선 요구량을 줄일 수 있다. 

[그림 3] LEO(저궤도 위성)

LEO의 장점과 단점

- 발사 비용: LEO는 크기가 더 작고 고도가 낮아 발사 비용이 더 적게 든다.
- 지연 시간: LEO는 지구 궤도에 더 가깝기 때문에 게임, 전자상거래와 같이 시간이 중요한 서비스에 더 적은 지연 시간을 제공한다. 
- 제작비: LEO는 보통 제작 비용이 더 적게 든다. 지구에 더 가까우므로 LEO는 성공적인 신호 전송에 요구되는 증폭기 성능이 더 낮다.
- 위성 수: LEO는 제작과 발사에 들어가는 비용은 더 적지만, 효과적인 통신 서비스를 위해서는 GEO보다 더 많은 수의 위성이 필요하다.
- 게이트웨이 수: LEO는 또한 운영을 위해 지상에 GEO보다 더 많은 게이트웨이를 필요로 하므로 전체 시스템 비용을 증가시킨다.

 

LEO를 위한 위상 배열 빔포밍

세슘아스트로는 ADI의 제품 솔루션 로드맵을 활용해 수천 개의 LEO 위성 네트워크 사업자를 위한 RF 빔포밍과 임베디드 채널라이저(디지털 베이스밴드 프로세서)를 갖춘, 즉시 사용할 수 있는 액티브 위상 배열을 개발하고 있다. 만약 특정 영역에서는 더 많은 대역폭이 필요하고 그 밖에 다른 지역에서는 더 적은 대역폭이 필요한 경우라면, LEO에 사용되는 이 기술은 빔 조향이 가능하다. 이에 반해, 기존의 지구 동기 궤도 위성은 고정된 빔 대역폭을 넓게 방출하지만, 특정 방향으로 집중시킨다. 

데이비드 아기로풀로스는 “텍사스를 예로 들면, 여기에는 댈러스, 오스틴, 휴스턴 같은 대도시 지역들이 있다. 그리고 이 도시들 사이에는 실질적으로 사용되지 않는 공간이 많다. 여기에 고정된 빔이 방출되면 아무 소용 없다. 반면에 액티브 위상 배열 기술을 사용하면 댈러스, 오스틴, 휴스턴 지역에 더 많은 대역폭을 할당하고 미들랜드 오데사나 그 밖에 사람이 거의 살지 않는 지역에는 대역폭을 더 적게 또는 아예 분배하지 않을 수 있다. 따라서 상당한 비용 절감과 효율 향상을 달성할 수 있다”고 강조했다. 

 

나이팅게일 1: 블록으로 구축

셰이 사브리푸어 CEO는 “세슘아스트로의 나이팅게일 1은 확장 가능한 모듈형 기능 블록 시스템에 기반해 제작된다. 레고(LEGO)와 같은 소프트웨어 정의 아키텍처는 디지털 비트를 조향·형성 가능한 무선 주파수 빔으로 바꿀 수 있게 해준다”며, “ADI의 제품들을 기반으로 한 세슘아스트로의 통합 시스템은 단 하나의 전원 케이블과 디지털 연결만으로 고속 통신 링크를 구성할 수 있다. ADI의 상용 코어 기술로 제작된 세슘아스트로 제품은 전통적인 항공우주 기술의 높은 신뢰성과 첨단 기술을 보다 저렴한 방식으로 통합하고 있다. 이 제품은 통신 파라미터의 다양한 선택과 동적 재구성이 가능한 멀티빔 위성 배열 안테나를 제공한다. 이는 모든 면에서 맞춤화할 수 있는 플러그앤플레이 키트의 완벽한 통신 시스템”이라고 설명했다. 

[그림 4] 세슘아스트로 ‘나이팅게일 1’

ADI 항공우주·방산 사업부 제품 라인을 총괄하는 폴 간치(Paul Ganci) 디렉터는 “우주 산업 분야에서 많은 경험을 쌓아 온 셰이 사브리푸어는 ADI의 RF-to-bit 솔루션을 새롭게 떠오르는 상용 항공우주 시장에 어떻게 활용할 수 있는지를 간파하는 혜안을 갖고 있었다. 세슘아스트로는 ADI의 시스템 애플리케이션 팀과 긴밀히 협력함으로써 그런 비전을 빠르게 현실로 전환할 수 있었다"고 분석했다. 

셰이 사브리푸어 CEO는 “나는 로켓 과학자가 아니다. 단지 세계를 바꿀 전자장치를 만들 뿐”이라고 겸손히 말했다. 

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