하늘에는 어떤 위성들이 있을까?

지도는 왜 신호 없이도 될까

비밀은 신호가 흐르는 방향에 있습니다. 위성 위치 확인 시스템(GPS) 위성은 자신의 현재 위치와 시각을 담은 신호를 한쪽 방향으로 내려보내고, 땅의 수신기는 이 신호를 받아 자기 위치와 시각을 계산합니다. [1] 휴대폰은 듣기만 하면 되므로 아무것도 보내지 않아도 자기 위치를 알 수 있습니다.

위성으로 문자를 보내는 일은 다릅니다. 이번에는 휴대폰이 직접 하늘로 전파를 올려 보내야 합니다. 휴대폰의 송신 출력은 제한되어 있어서, 휴대폰에서 위성으로 올라가는 길이 특히 어렵습니다. [8] 1편에서 살펴본 바로 그 부분입니다.

가장 낮은 하늘, 저궤도

위성이 도는 높이는 크게 세 층으로 나눕니다. 가장 낮은 곳은 저궤도(LEO)로, 대략 지상 2,000km 아래를 도는 궤도를 말합니다. [3] 국제 우주 정거장도 이 층에 있으며, 땅에서 약 400km 위를 납니다. [5]

저궤도 위성은 무척 빠릅니다. 우주 정거장은 1초에 약 8km를 날아 지구를 90분쯤에 한 바퀴 돌고, 하루에 16번 해돋이와 해넘이를 지납니다. [4][5]

휴대폰과 직접 통신하는 Starlink의 Direct to Cell 위성은 이보다 더 낮은 약 360km에서 납니다. SpaceX는 휴대폰과 위성 사이의 연결을 좋게 하려고 다른 어떤 위성군보다 낮게 띄웠다고 설명하며, 2025년에 이런 위성이 650기를 넘었습니다. [6] 같은 저궤도라도 높이는 위성마다 꽤 다릅니다. 위성 통신 회사 Globalstar의 위성은 약 1,414km에서 돕니다. [7]

낮게 돌면 지연이 짧고 신호가 덜 약해지는 대신, 같은 지역을 덮으려면 더 많은 위성이 필요합니다. [8] 위성 하나가 볼 수 있는 땅이 좁고 금방 지나가 버리기 때문에, 저궤도 통신 위성은 여러 기가 그물처럼 하늘을 나누어 맡는 위성군으로 운영됩니다. [3]

길잡이 위성이 사는 중궤도

그 위가 중궤도(MEO)입니다. 제나의 지도를 움직인 GPS 위성이 여기에 있습니다. GPS 위성은 약 20,200km 높이에서 하루에 지구를 두 바퀴 돕니다. [2] 위성들은 여섯 개의 궤도면에 나뉘어 있고, 이 배치 덕분에 지구 거의 어디서든 적어도 네 기의 위성을 볼 수 있습니다. [2]

왜 꼭 네 기일까요? 휴대폰은 각 위성의 신호가 도착하기까지 걸린 시간으로 위성까지의 거리를 계산합니다. 이때 알아내야 할 값은 동서와 남북, 높이, 그리고 휴대폰 시계의 오차까지 넷이어서, 네 기의 위성이 필요합니다. 이는 위성 위치 계산의 일반 원리를 단순하게 풀어 쓴 설명입니다.

각 궤도면에는 기본 위성이 들어가는 자리가 네 개씩, 모두 24개의 자리가 있습니다. 실제로는 이보다 많은 31기 안팎의 위성이 운용되어 왔습니다. [2] 한 위성을 정비하거나 바꿀 때도 빈자리가 생기지 않게 하려는 것입니다.

이 길잡이 위성은 위성 직접 통신에도 쓰입니다. 위성망에 연결하는 휴대폰은 연결하기 전에 먼저 위성 위치 정보로 자기 위치를 알아야 하기 때문입니다. [8] 그 이유는 다음 편에서 자세히 다룹니다.

하늘에 멈춘 듯한 정지궤도

훨씬 더 높은 곳, 적도 위 약 35,786km에는 정지궤도(GEO)가 있습니다. 이 높이의 위성은 지구가 한 바퀴 자전하는 동안 꼭 한 바퀴를 돌기 때문에, 땅에서 보면 하늘의 한 점에 멈춘 듯 보입니다. [3]

우리나라의 천리안위성 2A호도 정지궤도에 있습니다. 동경 128.2도 위에 머물며 한반도와 아시아 지역의 날씨를 지켜봅니다. [9]

멈춘 듯 보이니 편한 점이 많습니다. 땅의 안테나를 한 방향에 고정해 두면 되고, 멀리서 넓게 볼 수 있어 고르게 떨어진 위성 세 기로 지구 거의 전체를 덮을 수 있습니다. [3] 그래서 정지궤도는 통신 위성과 기상 위성이 오래 써 온 궤도입니다. [3]

정지궤도 위성으로 휴대폰 문자를 잇는 서비스도 있습니다. Skylo라는 회사는 위성을 직접 갖고 있지 않고, 기존 위성 회사들과 손잡고 그 주파수와 용량을 빌려 씁니다. [10] Skylo는 현재 정지궤도 위성으로 위성 직접 통신 서비스를 제공하고 있으며, [11] 일부 스마트폰에서는 이 서비스로 긴급 문자를 보낼 수 있습니다. [12]

하지만 거리가 문제입니다. 정지궤도는 휴대폰용 저궤도 위성(약 360km)보다 100배쯤 멉니다. 1편에서 본 역제곱 법칙대로라면 거리가 100배일 때 세기는 1만분의 1이 됩니다. 이는 이해를 돕기 위한 단순한 계산입니다. 그래서 정지궤도로 휴대폰과 통신할 때는 아주 적은 데이터만 천천히 보내며, 정지궤도 위성으로 오가는 데이터 묶음은 저궤도보다 작다고 소개됩니다. [12]

높이에 따른 거래

정리하면 궤도의 높이는 일종의 거래입니다. 낮을수록 가깝고 지연이 짧지만 많은 위성이 필요하고, 높을수록 멀고 지연이 길지만 적은 수의 위성으로 넓게 덮습니다. [3][8]

오가는 시간도 높이를 따라갑니다. 전파는 1초에 약 30만km를 갑니다. 그래서 바로 위 360km의 위성까지는 1,000분의 1초 남짓이 걸리고, 한국에서 정지궤도 위성까지는 8분의 1초쯤 걸립니다. 이는 거리를 빛의 속도로 나눈 한쪽 방향 계산입니다. 3GPP도 지상망의 전파 지연은 보통 1ms보다 짧고, 정지궤도에서는 수백 ms까지 늘어난다고 설명합니다. [8]

움직임도 다릅니다. 정지궤도 위성은 땅에서 보면 거의 제자리에 있지만, 저궤도와 중궤도 위성은 빠르게 움직여 연결해 주는 셀과 위성이 계속 바뀝니다. [8] 360km 높이의 위성은 땅의 한 지점에서 보면 몇 분이면 하늘을 가로질러 지나갑니다. 이는 궤도 높이로 따져 본 대략적인 계산입니다.

위성 직접 통신이 저궤도를 많이 쓰는 이유가 여기에 있습니다. 손바닥만 한 휴대폰에는 가까운 거리가 가장 큰 도움이 되기 때문입니다. [6][8] 대신 빠른 움직임과 계속 바뀌는 위성이라는 숙제가 따라옵니다. 정지궤도 쪽은 반대 숙제를 풉니다. 위성이 움직이지 않아 다루기 쉽지만, 먼 거리를 버티려고 데이터를 아주 조금씩 보냅니다. 같은 목표를 두고, 다른 높이에서 다른 길을 고른 셈입니다.

층마다 다른 하늘

다시 산 위의 제나에게 가 봅니다. 제나의 지도는 약 20,000km 위 중궤도의 길잡이 위성을 듣고 있었고, 제나의 안녕은 수백 킬로미터 위 저궤도 위성을 거쳐 미나미에게 날아갔습니다. 하늘은 하나지만 쓰임은 층마다 다릅니다. 낮은 하늘은 빠른 연결을, 중간 하늘은 위치와 시각을, 높은 하늘은 넓은 덮개를 맡고 있습니다.

그런데 위성까지 오가는 데 시간이 걸린다면, 휴대폰과 기지국이 주고받는 약속도 달라져야 하지 않을까요? 다음 편에서는 미나미의 답장을 따라가며 먼 거리 때문에 생기는 지연과 그것을 맞추는 방법, 그리고 길잡이 위성이 꼭 필요한 이유를 살펴봅니다.

더 읽기 1 · 이 글의 핵심 용어

• **저궤도(LEO)**: 지구에서 대략 2,000km 아래를 도는 궤도입니다. 국제 우주 정거장과 휴대폰용 Starlink 위성이 이 층에 있습니다. [3][6]
• **중궤도(MEO)**: 저궤도와 정지궤도 사이의 넓은 높이 범위입니다. GPS 같은 위성 항법 시스템이 주로 이 층을 씁니다. [3]
• **정지궤도(GEO)**: 적도 위 35,786km에서 지구 자전과 같은 빠르기로 도는 궤도입니다. 땅에서 보면 한 점에 멈춘 듯 보입니다. [3]
• **GPS(위성 위치 확인 시스템)**: 위성이 위치와 시각을 담은 신호를 한쪽 방향으로 내려보내고, 수신기가 이를 받아 자기 위치와 시각을 계산하는 미국의 위성 항법 시스템입니다. [1]
• **위성군**: 여러 위성이 하늘을 나누어 맡아 끊김 없이 덮도록 함께 운영하는 위성 무리입니다. [3]

더 읽기 2 · 숫자로 보는 높이와 시간

영상과 본문의 숫자 가운데 몇 가지는 출처의 값을 바탕으로 직접 계산한 것입니다.

첫째, 거리 비교입니다. 정지궤도 35,786km를 휴대폰용 저궤도 위성 높이 360km로 나누면 약 99.4이므로 "100배쯤"이라고 했습니다. [3][6] 역제곱 법칙에 따르면 거리가 100배일 때 세기는 100의 제곱인 1만분의 1이 됩니다. 실제 신호 세기는 안테나와 각도, 주파수 등에 따라 크게 달라지므로 자릿수를 느끼기 위한 단순화입니다.

둘째, 오가는 시간입니다. 전파의 빠르기를 초속 약 299,792km로 두면, 바로 위 360km까지는 약 0.0012초로 1,000분의 1초 남짓입니다. 정지궤도 바로 아래 지점에서는 약 0.119초, 한국처럼 위도가 높은 곳에서 정지궤도 위성을 비스듬히 보면 거리가 약 37,300km로 늘어 약 0.124초, 곧 8분의 1초쯤입니다. 모두 한쪽 방향만 센 값이며, 실제 통신에는 지상국을 거치는 길과 처리 시간이 더해집니다.

셋째, 하늘을 지나가는 시간입니다. 360km 높이의 위성은 약 92분에 지구를 한 바퀴 돕니다. 땅의 한 지점에서 보면 지평선에서 지평선까지 약 10분, 하늘 높이 떠서 잘 보이는 구간은 몇 분 정도입니다. 이 값은 궤도 높이로 따져 본 대략적인 계산입니다.

참고 자료와 설명의 범위

이 글과 영상은 위성의 종류를 처음 접하는 사람을 위한 단순화한 설명입니다. 위성의 수와 서비스는 2026년 가을 기준이며 빠르게 바뀝니다. 네 기의 위성이 필요한 이유, 거리와 세기의 관계, 전파가 오가는 시간, 위성이 하늘을 지나가는 시간은 일반적인 물리 원리와 계산을 단순하게 풀어 쓴 것이어서 개별 문서를 인용하지 않았습니다. 정지궤도 위성 세 기로 지구를 덮는 그림과 궤도 높이의 비율은 실제와 다릅니다. 이번 게시에서 규격 조항까지 독립적으로 검토했다는 뜻은 아닙니다.

GPS 위성이 위치와 시각을 담은 한쪽 방향 신호를 보내고 수신기가 위치와 시각을 계산함. GPS.gov · GPS overview.

GPS 위성의 높이(약 20,200km), 하루 두 바퀴, 여섯 궤도면, 24개 자리와 네 기 이상의 가시성, 31기 운용. GPS.gov · Space Segment.

저궤도의 범위와 90분 주기, 위성군, 정지궤도의 높이와 자전 동기, 고정 안테나와 세 기로 거의 전 지구를 덮는 특성, 중궤도의 항법 위성. ESA · Types of orbits.

우주 정거장의 속도, 약 90분 주기, 하루 16번의 해돋이와 해넘이. NASA · Space Station Facts and Figures.

우주 정거장의 높이(약 400km)와 초속 약 8km. NASA Science · Five Minutes in Orbit (2025-08-29).

Starlink Direct to Cell 위성의 높이(약 360km)와 낮게 띄운 이유, 650기 이상. SpaceX · Starlink Progress Report 2025.

Globalstar 위성의 높이(약 1,414km)와 궤도 배치. Globalstar · Who is Globalstar.

궤도 구분과 장단점, 위성의 움직임과 셀 변화, 전파 지연, 휴대폰 송신 출력의 제한, 연결 전 위치 확보. 3GPP · NTN overview.

천리안위성 2A호의 정지궤도 운용 경도(동경 128.2도), 높이, 기상 관측 임무. 한국항공우주연구원 · 천리안위성 2A호.

Skylo가 위성을 직접 소유하지 않고 기존 위성 회사와 협력해 주파수와 용량을 쓰는 방식. Skylo · FAQ.

Skylo가 현재 정지궤도 위성으로 위성 직접 통신 서비스를 제공함. Skylo · Three things regulators should know about direct-to-device (2026-03-20).

Skylo의 정지궤도 협력 방식, 스마트폰 위성 긴급 문자, 정지궤도 데이터 묶음의 크기. Fierce Network · Skylo takes unique approach to satellite-based texting (2025-11-17).

이어서 읽기

• 이전 편 · 하늘의 기지국 1편 · 휴대폰은 어떻게 위성과 이야기할까?
• 다음 편 · 3편 · 하늘에서 늦게 오는 대답
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