태양광이 지구에 도달하기 까지는 햇빛을 막는 대기 가스, 구름, 먼지, 날씨 등 영향을 받는다.

한국항공우주연구원에 따르면 1m² 태양전지 기준 발전량은 지상에선 0.4kW이다. 그렇지만, 지구 3만6000km 상공의 정지궤도에선 1.36kW에 달하며 우주 태양광 발전은 하루의 99%를 모두 발전에 쓸 수 있어 지상에 비해 효율이 무려 7배 이상이 될 것이라고 전망하고 있다.

이렇게 높은 효율로 모인 에너지를 우주 태양광 발전 과정의 ‘무선송전’ 기술을 활용해 필요한 지역에 필요한 만큼 빠르고 고르게 분배할 수 있다고 한다.

이렇게 되면 송배전 비용도 들지 않고 지상처럼 부지도 필요하지 않아 많은 장점을 갖게 될 것이다.

우주태양광사업은 우주로 발사되는 인공위성의 날개에 태양광 패널을 부착, 태양광 발전을 통해 전기를 생산하고, 생산된 전기를 마이크로파로 변환해 무선으로 지상에 내려 보낸다는 것이다. 그리고 마지막으로 지상에 설치된 안테나를 통해 마이크로파를 다시 전기에너지로 바꾸면 일반 전기로 사용할 수 있게 된다는 것이다.

많은 장점을 갖고 있는 우주 태양광 발전이지만 2020년 기준 정지궤도에 5톤 규모의 인공위성을 올리는데 1억~2억 달러가 들기 때문에 최근 일론 머스크가 이끄는 스페이스X가 '로켓 재활용' 신기록을 세우며 비용 절감 대책 방안이 주목받고 있다.

실제로 미 항공우주국(NASA)에 따르면, 발사 비용은 지난 10년 동안 20분의 1로 줄어들었고

앞으로 지속적으로 감소추세에 있어 우주 태양광 개발에 한발짝 가까워지게 됐다고 한다.

현재 태양광 발전 위성을 우주로 올리는 비용은 1㎏당 평균 1만달러 수준으로 추산되고 있는데, 과학자들은 1㎏당 600달러 정도까지 낮아져야 실용화될 수 있을 것이라 보고 있다.

이를 해결하기 위해 다방면에서 기술 개발이 한창이고 초경량 태양전지 판을 개발하고, 돛을 펴고 태양 궤도를 돌 수 있는 ‘솔라 세일(solar sail)’을 이전보다 가볍게 조립하기 위한 방안을 모색하는 등 세계 각국의 노력이 이어지고 있다.

많은 우주 선진국들이 우주 태양광 발전에 재빠르게 도전하고 있다. 미 해군 연구소는 2020년 5월 ‘태양광 무선 전송 안테나 모듈(PRAM)’이 실린 소형 위성을 무인 우주비행체 ‘X-37B’에 실어 발사했다. PRAM 장치는 10W의 전기를 전송하는 능력이 있는데, 이는 태블릿을 충분히 작동할 수 있는 전력량이라고 한다. 그리고 2021년 3월에는 태양광으로 만든 전기에너지를 마이크로파로 바꾸는 에너지 변환 실험에 성공하여 우주 태양광 발전의 현실화에 한 발짝 다가섰다고 한다.

일본과 유럽에서도 무선으로 전력에너지를 전송하는 기술 개발에 힘쓰고 있다. 2015년 당시 일본은 무선으로 1.8kW의 전력을 마이크로파로 55m 떨어진 안테나에 보내는 실험에 성공하였다. 그리고, 현재는 2050년 우주 태양광을 상용화 목표를 실현하기 위해 기술 개발에 한참이다.

유럽우주국(ESA) 역시, 우주 태양광 실험을 위해 소형 위성을 발사할 계획을 밝혔다. 이 외에도 러시아, 중국 등 많은 국가에서 우주 태양광에 굉장히 큰 관심을 보이며 개발에 적극적으로 참여하고 있다.

지난해 7월 18일, 한국항공우주산업(KAI)은 스페이스X와 차세대 중형위성 4호 발사체 계약을 맺었다고 발표했다. 두 회사는 발사체 외에도 향후 항공우주 분야에서 전략적 제휴를 맺는 방안도 검토하고 있다.

테슬라 창업주 일론 머스크가 설립한 스페이스X와 손잡고 차세대 중형위성 발사체 개발에 나선다. 발사 성공률이 높으면서도 비용이 싼 스페이스X의 장점을 활용하기 위한 포석이다. 국내에서도 발사체 등 항공우주 사업에서 민간이 주도하는 ‘뉴 스페이스’ 시대가 본격화되고 있다는 분석이 나온다.

올해 테슬라의 창업자이자 최고경영자(CEO)인 일론 머스크의 야심작이자 세계 우주산업의 ‘게임 체인저’가 될 초대형 로켓 스타십의 첫 우주 궤도 비행이 예정되어 있다.

스타십은 한번 발사에 최대 150t(소형위성 400~500개 무게)을 지구 저궤도에 올릴 수 있도록 설계되었고 이는 인류가 지금껏 개발한 어떤 로켓보다 강한 성능이다. 게다가 스타십은 100% 재사용이 가능하다. 스타십이 우주 비행을 성공적으로 마치고 실전배치가 된다면 머스크의 또 다른 야심작인 우주 인터넷 ‘스타링크’의 구축에도 엄청난 속도가 붙을 것이다.

스페이스X는 현재 팰컨9 로켓을 사용해 한번 발사에 평균 48~53개 스타링크 위성을 지구 저궤도에 올리고 있다. 1월 1일 기준 1994개가 궤도에 올라갔다.

스타십의 발사 능력은 팰컨9의 10배로 한번 발사에 스타링크 위성 400~500개를 우주에 올릴 수 있다. 이런 스타십을 80~100회만 발사하면 머스크가 목표로 하는 스타링크 위성 4만2000개 발사를 완료할 수 있다. 머스크에게 스타링크 프로젝트가 중요한 이유는 이것이 그가 꿈꾸는 유인 달 기지 건설과 화성 이주 프로젝트의 주요 자금줄이기 때문이다.

머스크는 현재 스페이스X 산하에 있는 스타링크를 분사해 미국 주식시장에 상장하겠다는 계획을 수차례 공개적으로 밝혔다.

한화그룹은 올해 3월 한화그룹 내 여러 계열사에 흩어져 있던 우주 사업을 한데 모아 ‘스페이스 허브’를 출범하였다. 국내 대기업 중 유일하게 항공우주 사업을 전개하게 된 것인데, 한화그룹은 우주 산업을 신성장동력으로 삼으며 차근차근 개발에 힘쓰고 있다.

지난해 10월, 한화그룹의 우주사업이 신호탄을 알리게 됐는데. 최초의 한국 기술로 만들어진 한국형 발사체인 누리호에 한화그룹의 기술역량이 반영된 것이라고 한다.

누리호에는 한화그룹 방산 계열사 한화에어로스페이스가 순수 제작한 75톤급 액체엔진이 탑재되었다.

이 엔진은 누리호를 쏘아 올리는 핵심 부품으로 발사체의 심장과 마찬가지로 발사체가 중력을 극복하고 우주에 진입하기 위해서는 고온, 고압 등 극한 조건을 모두 견뎌 내는 강력한 추력이 필요하다.

한화에어로스페이스의 75톤급 액체엔진은 이를 견뎌낼 수 있도록 제작된 최첨단 기술의 집약체라고 한다.

한화그룹은 이외에도 우주 태양광 발전, 우주자원탐사, 우주 수송 셔틀 등 다양한 우주사업 모델을 개발할 예정이며 ‘태양광’ 산업에서 최강자로 나아갈 한화그룹의 우주 태양광사업에도 관심을 갖고 있다고 한다.