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최근 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 우주에 인공지능(AI) 데이터센터를 건설하고 태양광 발전 전력을 동력원으로 활용하겠다고 선언하면서 ‘우주 태양광’이 큰 관심을 받고 있습니다. 말 그대로 24시간 발전이 가능한 우주 태양광은 지상에서보다 발전 효율이 최대 10배 이상 높은 것으로 알려져 있는데요. 그만큼 관련 연구와 상용화 노력이 계속 이어지고 있습니다. 관련 내용 한 번 짚어보도록 하겠습니다.


일본은 민관 협력으로 우주 태양광 개발에 나선 사례입니다. 아사히신문에 따르면 일본 경제산업성 산하 비영리 재단법인인 우주시스템개발이용추진기구는 이르면 올해 안에 우주 태양광 실증을 위한 인공 위성을 발사한다는 계획인데요. 위성의 이름은 일본어로 ‘태양’, ‘해님’을 뜻하는 오히사마(OHISAMA)입니다. 과정은 이렇습니다. 상공 3만 6000㎞ 우주 공간에 반경 약 2.5㎞로 태양전지 패널을 펼치고, 이를 통해 발전한 전력을 마이크로파로 변환해 지상에 송전합니다. 이를 지상에 설치된 직경 4㎞ 안테나로 수신해 전력화한 뒤 전력망에 공급하는 형태입니다. 우주시스템개발이용추진기구는 안테나 1기당 최대 100만㎾ 규모의 출력이 가능하다고 밝혔습니다. 도쿄도의 연간 소비 전력 10% 이상을 충당할 수 있는 규모라고 합니다.

이번 실증은 우주에서 보낸 마이크로파를 지상에서 전기로 변환할 수 있는지가 핵심이라는 설명입니다. 2023년 미국 캘리포니아공대(칼텍)가 우주 태양광 발전 시제품인 ‘우주태양광전력시연기(SSPD)’를 통해 전기를 지상으로 전송하는 데 세계 최초로 성공했는데요. 오히사마 프로젝트는 지상에서 전기를 실제로 변환하는 작업, 즉 상용화 가능성 여부에 초점을 맞추고 있다는 것입니다. 실증 단계인 만큼 전력량 규모는 최대 가능 규모보다는 적을 것으로 추정됩니다. 머스크 CEO는 ‘앞으로 2~3년 내 우주 데이터센터를 실제 가동하겠다’고 예고한 바 있죠. 실제 성공 시 오히사마 프로젝트는 머스크에 앞서 우주 태양광의 가능성을 보여줄 수 있는 사례가 될 것 같네요.




우주 태양광 개발은 일본 이외 다른 국가에서도 진행되고 있는데요. 우주 태양광이라는 개념을 처음 고안한 미국에서는 미 공군연구소가 우주 태양광 실증 위성인 아라크네를 연내 발사하겠다는 목표를 세우고 최종 담금질에 들어간 상태이고요. 유럽연합(EU) 유럽우주국(ESA)은 2022년 ‘솔라리스’라는 이름의 태양광 발전 위성을 발사하겠다는 계획을 공개하면서 우주 발전소의 운영 착수 시점을 2030년으로 예정했습니다. 영국은 2040년까지 우주 태양광 발전소에서 30 기가와트 규모의 발전 용량을 달성한다는 목표를 세웠습니다. 중국은 2035년까지 10㎿급 발전 위성을 쏘아 올린다는 계획입니다. 그리고 최근 보도를 통해 많이 알려진 대로 머스크 CEO는 “향후 2~3년 내에 우주 데이터 센터를 가동하겠다”고 예고한 상태입니다. 누가 우주 태양광에서 먼저 성과를 거둘지 치열한 선점 경쟁이 펼쳐지는 모양새입니다.

한국도 우주 태양광 개발에 나섰습니다. 한국항공우주연구원(KARI)이 2022년 우주 태양광 발전 실증 기술 개발에 착수했는데요. 항우연은 2023년 1.8㎞ 밖에서 발광다이오드(LED) 조명을 점등할 수 있는 전력을 수신하는 데 성공하는 등 마일스톤을 달성해 나가고 있습니다.

1960년대 미국에서 처음 고안된 이후 한동안 연구가 뜸했던 우주 태양광 개발을 다시 활발하게 한 사람이 바로 일론 머스크입니다. 머스크의 스페이스X가 우주 로켓 발사 비용을 최대 100분의 1 수준으로 크게 낮췄기 때문이죠. 거대한 태양광 패널을 우주로 쏘아 올리기 위한 비용을 크게 줄여준 겁니다. 이밖에 각국에서 탄소 감축에 속도를 내고 있는 것도 우주 태양광 개발을 다시 주목받게 한 원동력으로 꼽힙니다.


우주 태양광 시대에 다가서기 위해서는 우주에서 만든 전기를 지상에 정확하게 전달하는 ‘빔 포밍(Bea m Forming)’이 핵심 기술로 꼽힙니다. 정밀도를 높여야 우주에서 지상으로 마이크로파를 전달할 수 있겠죠. 또 우주에 띄울 태양광 패널의 무게를 줄이고 발전 효율을 높이는 페로브스카이트-실리콘 탠덤셀도 핵심 기술입니다. 탠덤셀에 대해서는 연재 기사를 통해 몇 번 소개해드렸죠. 그리고 마이크로파를 다시 전기로 바꾸는 렉테나 기술 또한 중요하다는 설명입니다.

다만 비용 문제에 있어서는 관측이 엇갈리는데요. 미 항공우주국(나사·NASA)은 2024년 1월 내놓은 보고서에서 우주 태양광 발전 비용이 지상 재생에너지보다 12배에서 최대 80배 더 비쌀 것이라고 분석했습니다. 이럴 경우 우주 태양광이 갖는 장점, 즉 24시간 발전이 가능하다는 점은 크게 매력도가 떨어질 수밖에 없는데요. 나사는 특히 우주 태양광 발전 비용의 70% 이상이 막대한 로켓 발사 과정에서 나온다고 봤습니다. 나사 보고서에 대해 우주 업계에서는 ‘지나치게 보수적이고 비관적인 전망 아니냐’는 지적이 나왔습니다. 스페이스X로 인한 로켓 발사 비용의 절감 효과가 사실상 반영이 안 된 것이 아니냐는 목소리도 나왔습니다.



조양준 기자 mryesandno@sedaily.com

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