구름도 밤도 없는 곳에서 전기를 만든다
밤이 되면 태양광 패널은 멈춘다. 구름이 낀 날에도, 장마철에도 발전량은 뚝 떨어진다. 우리가 재생에너지에 기대를 걸면서도 완전히 믿지 못하는 이유는 하나다. 태양은 언제나 거기 있지만, 우리가 그 빛을 받을 수 있는 시간은 하루의 채 절반도 되지 않는다.
그렇다면 구름 위로, 밤의 경계 너머로 올라가면 어떨까. 태양이 지지 않는 곳에 발전소를 짓는다면. 1941년 아이작 아시모프가 단편소설 한 편에서 던진 이 질문이, 80여 년이 지난 지금 마침내 현실의 언어로 번역되고 있다. 미국, 일본, 유럽, 중국이 동시에 뛰어든 우주 태양광 발전(SBSP) 경쟁이 본격적으로 시작됐다.
고도 3만 6,000km의 정지궤도에서 보면 지구는 언제나 아래에 있고, 태양은 거의 언제나 앞에 있다. 대기도 구름도 없으니 햇빛이 그대로 패널에 쏟아진다. 1년 365일, 하루 24시간 중 99% 이상의 시간을 태양 빛 속에서 보낸다. 춘분과 추분 무렵 하루 72분, 지구의 그림자에 잠깐 가려지는 것을 제외하면.
숫자로 따지면 이렇다. 지구 표면의 태양광 패널이 하루 평균 받아들이는 태양에너지는 이론적 최대치의 29%에 불과하다. 궤도에서는 그 강도가 지상 최대치의 144%까지 올라간다. 같은 면적의 패널이 훨씬 많은 전력을, 그것도 끊기지 않고 만들어낸다는 뜻이다.
모인 전기는 마이크로파나 레이저로 변환해 지구 표면의 수신 안테나로 쏴 보낸다. 안테나는 그 에너지를 다시 전기로 바꿔 전력망에 넣는다. 개념은 단순하다. 문제는 언제나 현실에 있었다.
"지상에서 날씨가 아무리 나빠도, 우주의 태양광 발전소는 멈추지 않는다."
80년 동안 이 아이디어가 실험실 밖으로 나오지 못했던 이유는 분명하다. 가장 두꺼운 벽이 흔들리고 있다.
소재도 달라졌다. 초경량 박막 갈륨비소(GaAs) 태양전지는 무게 대비 발전 효율이 기존 실리콘 패널을 압도한다. 구조물 전체를 수십 퍼센트 가볍게 만드는 것이 가능해졌고, 그것은 다시 발사 비용 절감으로 이어진다.
그리고 AI가 끼어들었다. 데이터센터의 전력 소비가 폭발하면서 24시간 끊기지 않는 전력원에 대한 수요가 어느 때보다 커졌다. 구글은 2025년 '프로젝트 선캐쳐'를 공개했다. 태양광 위성 군집으로 AI 데이터센터를 우주에 올리겠다는 청사진이었다. 에너지 문제와 우주 기술이 AI라는 교차로에서 만난 것이다.
킹스칼리지 런던 연구(2025년): 영국 킹스칼리지 런던 연구팀이 국제학술지 줄(Joule)에 발표한 시뮬레이션에 따르면, SBSP는 2050년까지 유럽 전력망 비용을 최대 15% 절감하고, 지상 풍력·태양광 발전 필요량을 최대 80%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
일본은 이 분야의 오랜 선두 주자다. JAXA는 수십 년에 걸쳐 기술을 축적해왔고, 정부는 약 2km² 규모의 태양광 패널을 우주로 올리는 계획을 뒷받침하고 있다. 미국은 캘리포니아공과대학이 소형 SBSP 시스템으로 무선 전력 전송 실험을 성공시키며 기술 검증에서 한발 앞섰다. 스타트업 Aetherflux는 2025년 말 2,000만 달러 투자를 유치해 2030년 상업화를 목표로 달리고 있다.
그런데 속도로 따지면 중국이 가장 눈에 띈다. 2028년까지 1km 규모의 태양광 어레이를 실제로 궤도에 올리겠다는 계획을 공식화했다. 유럽은 ESA의 솔라리스 프로그램으로 상용화 타당성을 검토하고, 영국 스타트업과 손잡고 저궤도 실험도 진행 중이다. 아폴로 시대 이후 한동안 잠잠했던 우주 경쟁이, 이번엔 에너지라는 이름을 달고 다시 뜨거워지고 있다.
가능성이 아무리 빛나도 벽은 여전히 두껍다. 가장 큰 것은 역시 초기 비용이다. 킹스칼리지 런던 연구는 세기 중반까지는 비용 효율적이지 않을 것이라고 봤다. 킬로미터 단위의 구조물을 우주로 올리고, 조립하고, 수십 년간 유지하는 비용은 어떤 기업도 혼자 감당하기 어렵다.
무선 에너지 전송을 둘러싼 안전성 논란도 넘어야 할 산이다. 마이크로파 빔이 항공기, 새, 사람에게 어떤 영향을 미치는지에 대한 국제 규제 기준이 아직 마련되지 않았다. 킹스칼리지 런던의 웨이 허 교수는 "우주에 위성이 너무 많아질 경우 충돌을 일으키거나 우주 잔해에 의해 손상될 수 있다"고 지적하기도 했다.
그럼에도 전문가들은 발사 비용이 1kg당 500달러 이하로 떨어지고 초경량 소재 혁신이 맞물리는 순간, SBSP의 전력 단가가 원자력 발전보다 낮아질 수 있다고 전망한다. 넘기 어려운 벽이지만, 그 벽이 조금씩 낮아지고 있다는 것은 분명하다.
시장조사업체 글로벌마켓인사이트는 2024년 31억 달러 규모인 SBSP 시장이 2034년까지 66억 달러로 성장할 것으로 내다봤다. 아직은 작은 숫자다. 하지만 재사용 발사체와 소재 기술이 어느 한 임계점을 넘는 순간, 성장 속도는 지금과 비교할 수 없을 만큼 빨라질 수 있다.
이 기술은 지구에서만 끝나지 않는다. 달이나 화성에 기지를 세울 때 가장 먼저 해결해야 할 문제 중 하나가 에너지다. 우주 태양광 발전은 그 기지들의 전력원이 될 수도 있다. 에너지 문제와 우주 탐사의 미래가, 바로 이 기술 위에서 겹쳐 있다.
아시모프의 소설 속 우주 발전소는 황당한 공상이 아니었다. 80년 뒤의 세계를 내다본 예언이었다. 물론 아직 갈 길은 멀다. 비용의 벽, 기술의 벽, 규제의 벽. 그 어느 것도 하루아침에 무너지지 않는다.
그러나 방향은 이미 정해졌다. 기후 위기가 재생에너지 전환을 불가피하게 만들었고, AI 혁명이 에너지 수요를 폭발시켰다. 그 둘이 만나는 교차점에서 우주 태양광 발전이 유일한 답은 아닐지 몰라도, 가장 매혹적인 선택지 중 하나임은 분명하다.
구름도 밤도 없는 우주. 태양이 지지 않는 그곳에 인류의 다음 발전소가 세워지는 날이, 생각보다 멀지 않을지도 모른다.
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