[화성 골드러시 서막] 보잉 여객기를 꿈꾼 스타십, 마침내 화성 정복에 나서다

※한 데이터 사이언티스트가 10년 가까운 시간 동안 일론 머스크의 회사들의 데이터를 분석했다. 그러자 서로 무관해 보이던 사업들이 ‘화성’이라는 하나의 설계도 위에서 움직이는 것을 발견했다. 그는 이 현상을 책 ‘화성 골드러시’에서 소개하고 5회에 걸친 기고를 통해 우리나라 산업의 현재와 미래를 점검하고, 함께 활로를 찾으려 한다.

[IT동아]

여객기처럼 재활용하는 우주선, 한국 우주 산업의 미래는 어디에 있나

10월 15일 테슬라가 공개한 자동차 ‘로드스터 2세대’는 냉가스 추진기로 공중에 날아올랐다. 로켓이 우주에서 자세를 잡을 때 쓰는 장치다. 그보다 2주 남짓 앞선 9월 28일, 스타십은 14차 시험비행에서 처음 우주 궤도에 올라 고도 약 275km에 스타링크 위성 26기를 올려놓았다. 스페이스X는 이 비행을 스타십의 첫 매출 비행이라고 불렀다. 한쪽에서는 로켓 장치가 자동차에 들어갔고, 다른 한쪽에서는 화성을 겨냥한 로켓이 지구 궤도에 통신위성을 실어 날랐다. 두 장면은 같은 구조에서 나왔다.

연재를 시작하며: 화성이 설계하는 지구산업의 혁신

이 연재는 머스크의 비즈니스를 ‘화성 골드러시’로 읽는다. 19세기 캘리포니아 골드러시 때 돈을 번 사람은 금을 캔 광부가 아니라, 그들에게 작업복을 판매한 리바이 스트라우스다. 화성도 아직 아무도 금을 캐지 못한 금광이다. 그런데, 화성으로 가는 길을 닦으며 만든 기술은 지구에서 먼저 돈을 벌고 있다.

필자는 이 방식을 ‘마스 드리븐 이노베이션(Mars-Driven Innovation)’이라고 부른다. 화성이라는 극한의 목표 달성을 위해 기술의 기준으로 삼고, 그렇게 만든 기술로 지구 시장에서 경쟁력을 얻는 방식이다. 순서는 이렇다.

① 화성에 필요한 기술 목표를 세운다.
② 실패를 거듭하며 그 기술을 실증한다.
③ 실증된 기술을 지구의 서비스와 제품으로 만든다.
④ 극한 조건에 맞춘 기술로 지구 시장에서 원가와 성능 우위를 차지한다.
⑤ 번 돈을 다시 기술 개발에 투자해서 비교우위의 서비스와 제품을 만든다.

이 순환이 한 번 돌 때마다 원가가 내려가고 다음 순환은 더 빨라진다. 필자는 이를 화성 플라이휠이라고 부른다. 연재는 다섯 회에 걸쳐 이 순환을 차례로 따라간다.

(1회) 보잉 여객기를 꿈꾼 스타십, 마침내 화성 정복에 나서다 (2회) 로켓이 되어 우주를 날고 싶던 스포츠카, 마침내 꿈을 이루다 (3회) AI 옵티머스가 공장을 걷기 시작했다, 데이터로 돌아가는 머스크의 AI 제국 (4회) 자동차의 진화론, 모빌리티·에너지·제조의 플랫폼으로 거듭나다 (5회) 화성에 세워질 제국이 지구의 산업 지도를 다시 그린다

매 회마다 같은 질문을 던진다.

머스크의 생태계에서 이들 단계는 어떻게 작동하는가, 한국 산업의 현재와 미래를 조망하고, 한국 기업은 어디에서 활로를 찾을 수 있는지 알아보자.

이번에는 1·2번째 단계인 화성 도달에 필요한 기술목표를 세우고 실패를 거듭하며, 그 기술을 실증하는 스페이스X의 우주산업 도전기와 한국 우주산업의 미래를 이야기하려 한다.

로켓은 화성으로 가는 인프라다

머스크는 로켓을 화성으로 가는 운송 인프라로 본다. 철도가 깔리면 그 위로 화물과 승객이 오가고, 도로가 생기면 길을 따라 물류와 상권이 들어선다. 로켓을 저렴하게 운용하면서 자주 띄워야 그 위에 위성망과 우주 정거장, 달 기지, 화성 도시를 올릴 수 있다.

인프라가 되려면 반복해서 쓸 수 있어야 한다. 스페이스X가 로켓 전체를 보잉747 비행기처럼 다시 쓰려는 이유다. 지금까지는 1단 부스터만 발사탑의 메카질라 로봇 팔로 붙잡아 회수했다. 머스크는 10월 20일 실적 발표에서 11월로 예정된 15차 비행 때 1단 부스터와 2단 스타십 우주선을 모두 발사탑으로 회수하겠다고 밝혔다. 성공하면 로켓 전체를 회수하는 첫 사례가 된다. 회수한 2단 우주선을 다시 띄우는 시험은 내년 초가 목표다.

그러나 화성탐사의 일정은 계속 밀렸다. 머스크는 2016년에 2018년 무인 화성 우주선 발사를 말했고, 지난해에는 2026년 말 무인 화성행 가능성을 “반반”이라고 했다. 다만 화성행이 늦어지는 동안에도 이 인프라는 지구에서 쓰였다. 스페이스X는 저렴한 비용으로 스타링크 통신위성을 1만 기 이상 우주궤도에 올려놓았다.

이리듐이 남긴 교훈

위성발사 원가가 위성 사업의 성패를 가른 사례가 이리듐이다. 모토로라가 주도한 이리듐은 1998년 위성 66기로 전 세계 어디서나 통화할 수 있는 위성 전화망을 열었다. 위성을 만들고 쏘는 데 수십억 달러가 들어갔고, 단말기와 통화료도 비쌌다. 가입자가 늘지 않자 이리듐은 서비스를 시작한 이듬해인 1999년 파산했다.

이리듐은 새 주인을 만나 살아남았고, 2017년부터 2019년까지 차세대 위성 75기를 스페이스X의 팰컨 9으로 여덟 차례에 나눠 올렸다. 스페이스X 재사용 로켓의 초기 주요 고객이 이리듐이었던 셈이다.

스페이스X는 여기서 멈추지 않았다. 고객의 위성을 올려 주는 데서 그치지 않고 자기 로켓으로 자기 위성망을 깔았다. 그것이 스타링크다. 이리듐을 무너뜨린 발사 원가 문제를 재사용 로켓으로 풀고, 그 위에 통신 사업을 올린 것이다.

과거의 관습을 버리고 우주산업을 혁신하다

재사용을 위해 스페이스X는 우주 산업이 오래 지켜 온 관습을 버렸다. 팰컨 9의 등유 계열 연료(케로신)는 엔진에 그을음을 남긴다. 스타십의 랩터 엔진은 그을음이 적고 화성에서 현지 생산도 가능한 메탄을 쓴다. 안정적인 재진입을 통제하던 그리드핀은 접이식 힌지를 제거하여 고정형으로 바꿔서 고장 확률을 낮추고, 비용과 단가를 낮춘다. 스타십의 1단 로켓인 슈퍼헤비에서는 그리드핀 수를 넷에서 셋으로 줄였다. 머스크는 말한다. “최고의 부품은 없는 부품이고, 최고의 공정은 없는 공정이다. 없는 부품은 무게도 없고, 비용도 들지 않고, 고장 날 일도 없다.”

또한 스타십 동체는 탄소섬유 복합재 대신, 더 싸고 극저온과 고온을 모두 견디는 스테인리스강으로 만든다. 이런 결정을 빨리 내릴 수 있었던 데는 구조의 힘이 컸다. 스페이스X는 엔진과 기체, 발사장, 위성, 통신 서비스를 한 회사 안에서 만든다. 스페이스X 상장 신고서는 이를 ‘극단적 수직통합’이라고 표현했다. 팰컨 1은 세 번 연속 실패한 뒤에야 궤도에 올랐고, 1단 착륙 시도도 여러 번 폭발했다. 스페이스X는 실패한 비행의 데이터를 다음 설계에 보완해서 다시 쐈다.

발사 비용이 내려가자 우주시장이 바뀌었다

우주왕복선 시절 저궤도에 화물 1kg을 올리는 데는 5만 달러(약 6704만 원)가 넘게 들었다. 팰컨 9에서는 이 비용이 3000달러(약 402만 원) 안팎으로 내려갔다. 같은 위성을 20분의 1 가격으로 올릴 수 있게 된 것이다.

비용이 내려가자 우주를 쓰는 주체가 달라졌다. 예전에는 정부와 대형 통신사 정도만 위성을 쏠 수 있었다. 지금은 스타트업과 대학도 여러 위성을 한 로켓에 함께 싣는 공유 발사로 소형 위성을 올린다. 지금 지구 궤도에서 작동하는 위성의 3분의 2가량이 스타링크 위성이다. 미국 우주재단은 2024년 세계 우주경제 규모를 약 6130억 달러(약 821조 9104억 원)로 추산했고, 이 가운데 4분의 3 가량이 민간 부문에서 나왔다.

스페이스X 자신이 그 결과를 보여 준다. 2025년 궤도 발사 횟수는 165회로 2.2일에 한 번꼴이다. 이미 전 세계 궤도 발사 횟수의 절반 이상을 차지한다. 1단 로켓 하나가 37회까지 다시 날았다. 스타링크가 속한 커넥티비티 부문은 올해 3분기에만 영업이익 23억 7000만 달러(약 3조 1776억 원)를 냈다. 정부 발주에 기대던 우주 산업이 위성 통신이라는 민간 시장을 중심으로 다시 짜인 것이다.

한국 우주산업은 어디까지 왔나

이달 7일 누리호가 다섯 번째 발사에 성공해 누적 성공률 80%를 기록했다. 민간 기업이 발사 운용의 중심에 선 첫 발사이기도 했다. 한국 발사체 산업은 국가 주도에서 민간 주도로 넘어가는 중이다. 한화에어로스페이스는 지난해 7월 누리호 개발 기술을 이전받아 2032년까지 누리호를 직접 만들고 쏠 수 있게 됐다. 국내에서 유일하게 75톤급 엔진을 만들고, 내년 6차 발사에서는 발사 운용 대부분을 맡는다. 전남 순천에는 발사체 제작센터를 짓고 있고, 2030년대 중반까지 1단 재사용 기술을 확보하겠다는 계획도 세웠다. 발사대는 HD현대중공업이, 1단 추진기관과 위성은 KAI가 맡았다.

한화 그룹에는 발사체를 만드는 한화에어로스페이스와 위성 제조사 쎄트렉아이, 위성통신 사업을 하는 한화시스템이 함께 있다. 발사체와 위성, 통신을 한 그룹 안에 둔 구조로는 국내에서 스페이스X에 가장 가깝다.

그러나 차이도 분명하다. 누리호의 kg당 발사 비용은 약 2만 6485달러(약 3551만 원)로 팰컨 9의 9배가 넘는다. 누리호는 한 번 쓰고 버리는 발사체이고, 연구기관이 설계한 것을 약 300개 기업이 나눠 만드는 구조라 설계를 고쳐 시험하는데 많은 시간과 비용이 발생한다. 2021년 첫 발사 이후 5년 동안 다섯 번 발사를 했을 뿐이다.

가장 큰 차이는 발사 이후에 있다. 스페이스X의 발사를 받쳐 준 최대 고객은 자기 위성망인 스타링크였다. 한국에는 자기 로켓으로 올릴 자기 위성망이 없어서, 지난해 12월 국내에 들어온 스타링크를 국내 통신사가 재판매하고 있다. 발사 수요는 공공 위성에 머물고 자금은 국가 예산에서 나온다. 우주항공청은 메탄 엔진 재사용 발사체 개발에 2032년까지 2조 2920억 원을 쓸 계획인데, 스타링크가 지난 한 분기에 번 영업이익이 이보다 많다.

아르테미스가 가져올 우주산업의 미래

아르테미스는 미국의 유인 달 탐사 계획이다. 올해 4월 아르테미스 2호가 우주비행사 4명을 태우고 달 근처를 돌아 귀환했다. 사람이 달까지 간 것은 반세기만이다. NASA는 지난 2월 계획을 고쳐 2027년 중반 3호로 지구 저궤도에서의 착륙선을 시험하고, 첫 유인 달 착륙은 2028년까지 4호가 맡도록 했다. 착륙선은 스페이스X와 블루오리진이 개발한다. 화성을 겨냥해 만든 스타십이 화성보다 먼저 달 착륙선으로 쓰이게 된다.

아르테미스의 의미는 세 가지로 볼 수 있다. 우선 달은 화성으로 가는 기술의 시험장이다. 궤도 급유와 착륙, 극한 환경에서의 장기 체류를 지구에서 사흘 거리인 달에서 먼저 검증한다. 다음으로 아르테미스는 우주 질서를 정하는 틀이다. 미국은 아르테미스 약정으로 달 자원 이용과 활동 원칙을 정하고 있고, 75개가 넘는 나라가 서명했다. 이 틀 안에 있느냐가 앞으로 달 경제에 참여할 자격을 가른다.

마지막으로 아르테미스는 정부가 돈을 쓰는 방식을 바꿨다. NASA는 로켓과 착륙선을 직접 만들지 않고 민간 기업의 우주서비스를 이용한다. 스페이스X의 팰컨 1이 네 번째 시도 만에 성공한 2008년, NASA는 국제우주정거장 화물 수송 12회를 스페이스X에 맡기는 16억 달러(약 2조 1443억 원) 규모 계약을 맺었다. 2021년에는 달 착륙선 개발을 28억 9000만 달러(약 3조 8731억 원)에 맡겼다. 정부가 고객이 되자 기업은 그 수요로 발사 횟수를 늘려 원가를 낮췄고, 낮아진 원가로 상업 시장과 자기 위성망까지 손에 넣었다.

한국도 2021년 아르테미스 약정에 서명했고, 2022년 발사한 달 궤도선 다누리에는 NASA의 카메라 섀도캠이 실렸다. 섀도캠은 햇빛이 들지 않는 달 극지방의 영구 음영 지역을 촬영해 유인 착륙 후보지 연구에 쓰이며, 다누리 임무는 2027년 말까지 연장됐다. 다음 목표는 2032년 독자 달 착륙선이다. 정부는 약 1.8톤급 착륙선을 국내에서 개발해 영상 기반 항법으로 착륙을 실증하고, 달 자원을 조사할 AI 기반 로버도 함께 보낼 계획이다.

대한민국 우주 산업이 가야 할 길

스페이스X와 아르테미스가 보여 준 방식에 비춰 보면 방향은 네 가지다.

먼저 정부가 발사와 착륙을 민간기업의 우주 서비스를 이용하는 방법이다. 달 착륙선 발사와 달 궤도 통신 중계, 착륙지 데이터 분석을 우주항공청이 장기 계약으로 구매하면 기업은 그 물량을 바탕으로 발사 횟수를 늘리고 원가를 낮출 수 있다. 공공기관과 대기업이 국내 스타트업 발사의 첫 고객이 되는 것도 같은 이치다. 민간 발사체 기업 이노스페이스는 지난해 12월 첫 상업 발사에서 이륙 후 약 30초 만에 임무를 멈췄지만, 발사 서비스 수주액이 325억원에 달한다. 수요는 이미 있으니 그 수요를 안정적인 물량으로 보장하도록 한다.

둘째로 로켓과 위성, 통신을 통합 제공하도록 한다. 2029년 달 궤도용 통신위성 등 범용적인 우주 통신서비스를 제공하면, 아르테미스에 참여하는 여러 나라의 착륙선, 로버, 통신 등 상업 우주서비스가 활용할 것이다. 스타링크가 지구 궤도에서 한 일을 달 궤도에서 작은 규모로 먼저 해 볼 수 있다. 발사체와 위성, 통신 계열사를 수직계열화한 기업이 이 사업을 맡기에 가장 유리하다.

셋째로 극한 환경용 부품을 수출 상품으로 키워야 한다. 한국은 세계 고대역메모리(HBM) 시장의 80% 이상을 공급한다. 우주 방사선을 견디는 메모리와 전력 반도체, 배터리는 달 착륙선과 궤도 데이터센터, 저궤도 위성망 어디에나 들어간다. K-라드큐브에서 끝내지 못한 시험부터 다시 시작해야 한다.

넷째로 재사용과 착륙에 필요한 산업을 설계 단계부터 연결해야 한다. 2034년으로 잡힌 재사용 발사체 회수에는 회수 플랫폼이 필요하고, 여기에는 조선 산업이 들어갈 수 있다. 달 로버에는 자동차와 로봇 기술이, 달 기지에는 건설과 에너지 기술이 쓰인다. 이 기업들이 처음부터 함께 설계해야 분업 구조의 긴 수정 주기를 줄일 수 있다.

달은 한국에 화성과 같은 설계 기준이 될 수 있다. 혼자서는 닿기 어려운 목표를 세우고, 그 목표를 위해 만든 기술을 지구에서 먼저 팔고, 번 돈을 다음 목표에 다시 넣는 방식이다. 마스 드리븐 이노베이션을 한국 상황에 맞게 옮기면 ‘문 드리븐 이노베이션’이라 부를 수 있을 것이다.

다음 회: 로켓 기술이 자동차가 되는 과정

이번 회에서는 화성이 정한 기술 목표인 로켓 재활용과 그 실증을 다뤘다. 로켓은 화성으로 가는 인프라이고, 그 인프라는 지구에서 먼저 돈을 벌고 있다. 다음 회에서는 플라이휠의 다음 단계로 넘어간다. 로켓에서 검증된 기술이 지구의 서비스와 제품이 되는 과정을 로드스터 2세대로 살펴본다. 냉가스 추진기 같은 부품과 스테인리스강 같은 소재, 대량 생산 공정이 로켓과 자동차 산업 사이를 어떻게 오가는지를 ‘기술 크로스오버’라는 개념으로 정리할 생각이다. 한국에는 로켓 기술도 자동차 기술도 있는데 두 기술은 왜 만나지 못하는지도 함께 묻는다.

글 / 전성기 데이터 사이언티스트

전성기 데이터 사이언티스트는 AX 기획자로도 일하며 여러 국가 AI·데이터 프로젝트를 기획부터 확산까지 총괄했다. AX·DX 전환, 데이터 기반 문제 해결, 데이터 거래, 일론 머스크의 비즈니스 생태계를 주제로 100회 이상 강연했다. 저서로 『화성 골드러시』(에이콘출판, 2026)가 있다.

정리 / IT동아 차주경 기자 (racingcar@itdonga.com)