발사비가 바뀌면 우주가 바뀐다 — 스타십 상용화 ①

우주 뉴스를 보면 늘 같은 말이 따라붙는다. 망원경은 접어서 실어야 했고, 탐사선은 무게를 줄이느라 장비를 덜어 냈고, 계획은 예산 때문에 미뤄졌다. 이유를 거슬러 올라가면 대개 한 가지에 닿는다. 물건을 지구 궤도까지 올리는 값이 너무 비싸다는 것이다. 스타십 상용화가 큰 뉴스로 다뤄지는 것도 결국 이 값을 바꾸겠다는 계획이기 때문이다.

2026년 9월 28일 스타십 14차 비행이 처음으로 궤도에 올라 스타링크 V3 위성을 펼쳤다. 시험비행의 긴 역사는 따로 정리되어 있으니, 이 글은 그다음 질문을 다룬다. 1kg을 궤도에 올리는 값은 지금까지 어떻게 내려왔고, 스타십은 어디까지 낮추려 하는가. 완전 재사용과 궤도 급유는 무엇이고, 9m 화물칸은 무엇을 가능하게 하는가. 다 읽고 나면 ‘발사비’라는 숫자 하나가 우주에서 할 수 있는 일의 크기를 어떻게 정하는지 감이 잡힌다.

1kg을 궤도에 올리는 값은 어떻게 내려왔나

발사비를 비교할 때는 보통 ‘지구 저궤도(지표에서 수백 km 높이의 궤도)까지 1kg을 올리는 값’을 쓴다. 로켓마다 싣는 무게가 달라서, 한 번 쏘는 값만으로는 비교가 안 되기 때문이다. 다만 이 숫자는 계산 방식에 따라 크게 달라진다. 개발비를 넣는지, 공시 가격인지 실제 계약가인지, 몇 년 기준 달러인지에 따라 몇 배씩 차이가 난다. 아래 표는 NASA 에임스 연구소 해리 존스의 2018년 논문 등에서 널리 인용되는 대략적인 추정치다.

우주왕복선은 ‘다시 쓰는 우주선’을 처음 내세웠지만 값은 오히려 비쌌다. 저궤도에 약 27.5톤을 올릴 수 있었는데, 한 번 비행하는 데 드는 비용만 약 4억 5천만 달러(2011년 기준)로 잡아도 1kg당 1만 6천 달러 남짓이다. 30년 동안의 프로그램 전체 비용 약 2,110억 달러를 135회 비행으로 나누면 회당 15억 달러 안팎이 되고, 1kg당 5만 달러를 넘는다. 궤도선은 다시 썼지만 엔진을 떼어 정비하고, 바다에서 건진 고체 부스터를 분해해 다시 채우고, 거대한 외부 연료 탱크는 매번 버렸다. 재사용이라기보다 ‘수리해서 다시 쓰기’에 가까웠다.

팰컨 9는 1단 부스터를 착륙시켜 다시 쓰는 방식을 일상으로 만들었다. 2018년 공시가 6,200만 달러로 최대 22.8톤을 싣는다고 계산하면 1kg당 약 2,700달러, 우주왕복선보다 스무 배쯤 싸다. 2026년 공시가는 7,400만 달러이고, 부스터를 회수하는 비행에서는 싣는 무게가 17톤 남짓으로 줄어 1kg당 4천 달러 안팎이 된다. 한 부스터가 37번까지 날았을 만큼 재사용은 이미 익숙한 일이 되었다. 팰컨 9 세 개를 묶은 팰컨 헤비는 최대 탑재 기준으로 1kg당 약 1,400달러까지 내려간다.

완전 재사용, 무엇을 다시 쓰는가

팰컨 9가 다시 쓰는 것은 1단 부스터와 화물 덮개(페어링)다. 위로 올라가는 2단은 매번 버린다. 스타십은 이 마지막 조각까지 다시 쓰려는 설계다. 아래쪽 부스터 ‘슈퍼 헤비’와 위쪽 우주선 ‘스타십’이 모두 돌아와 다시 나는 것, 이것이 완전 재사용이다.

• 슈퍼 헤비: 랩터 엔진 33기를 단 1단. 발사탑의 로봇 팔이 공중에서 붙잡는 방식으로 회수한다. 2024년 10월 처음 성공했다.
• 스타십 우주선: 엔진 6기를 단 2단이자 화물칸. 대기권에 다시 들어와 열 방패로 버티고, 역시 발사탑으로 돌아오는 것이 목표다.
• 연료: 액체 메탄과 액체 산소. 엔진 안에 그을음이 덜 끼어 여러 번 쓰기 좋고, 화성에서 현지 자원으로 만들 수 있다는 점도 고려되었다.

블록 3 기준으로 쌓아 올린 높이는 약 124m, 지름은 9m다. 달 착륙에 썼던 새턴 V(약 110m)보다 크다.

비행기는 한 번 날고 버리지 않는다. 기름을 넣고 점검한 뒤 다시 뜬다. 로켓도 그렇게 되면 비용의 대부분을 차지하던 기체 값이 여러 비행에 나뉜다. 일론 머스크는 2022년 스타십 한 번 발사 비용이 1천만 달러보다 낮을 것이라고 자신했고, 100톤 안팎을 싣는다면 1kg당 100달러 수준이 된다. 이것은 모두 목표이고 아직 달성한 값이 아니다. 2026년 10월 현재 스타십은 궤도에 막 처음 올랐고, 우주선 회수와 빠른 재비행은 앞으로 보여 줘야 할 단계다.

스타십 상용화의 열쇠, 궤도 급유

완전 재사용만으로는 반쪽이다. 로켓의 연료 대부분은 지상에서 저궤도까지 올라가는 데 쓰인다. 무거운 짐을 싣고 저궤도에 오른 스타십은 탱크가 거의 비어 있어서, 그대로는 달이나 더 먼 곳으로 갈 수 없다. 그래서 나온 생각이 궤도 급유다. 연료만 실은 ‘탱커’ 스타십을 여러 번 쏘아 올려, 궤도에서 기다리는 우주선에 연료를 옮겨 담는 것이다.

그림 가운데가 지구, 오른쪽 아래의 작은 점이 약 38만 km 떨어진 달이다(점선은 태양을 도는 지구의 공전 궤도). 저궤도는 지구 표면에서 고작 수백 km 위라 이 축척에서는 지구에 붙어 있어 따로 보이지도 않는다. 지상에서 이 얇은 껍질까지 오르는 데 연료를 가장 많이 쓰고, 그다음 38만 km는 상대적으로 적은 연료로 간다. 저궤도에 ‘주유소’를 두면 먼 곳까지 무거운 짐을 보낼 수 있는 이유다.

몇 번을 쏘아야 하는지는 추정이 엇갈린다.

영하 160~180도의 액체 산소와 메탄은 시간이 지나면 끓어 날아간다. 그래서 탱커를 짧은 간격으로 연달아 쏘아야 하고, 이것 자체가 빠른 재사용 없이는 불가능하다. 연료를 탱크 안에서 옮기는 시험은 2024년 3차 비행에서 이루어졌지만, 우주선 두 대가 궤도에서 연료를 주고받는 시험은 2026년 9월까지 이루어지지 않았다. 14차 비행 뒤 다음 단계로 바로 이 시험이 꼽힌다. 궤도 급유는 아직 계획이고, 싼 발사가 먼 우주 탐사까지 이어질지를 가르는 가장 큰 고비다.

9m 화물칸과 싼 발사가 여는 일

발사비와 함께 중요한 것이 화물칸의 크기다. 우주왕복선 화물칸의 폭은 4.6m, 팰컨 9의 페어링 지름은 5.2m다. 스타십의 화물칸은 바깥지름 9m, 안쪽으로 약 8m 폭의 물건을 실을 수 있도록 설계되었고, 높이 22m까지 늘린 칸도 구상되어 있다. 이 차이는 단순히 ‘더 크다’가 아니라, 무엇을 설계할 수 있는지를 바꾼다.

• 큰 우주망원경: 허블의 주거울은 지름 2.4m다. 제임스 웹은 6.5m 거울을 18조각으로 나눠 접고, 테니스장만 한 햇빛 가리개를 여러 겹으로 접어, 안쪽 폭 약 4.57m인 아리안 5 페어링에 넣었다. 접고 펴는 과정 하나하나가 고장 위험이었다. NASA가 2040년대 발사를 구상하는 ‘생명 거주 가능 세계 관측선(HWO)’은 6~8m급 거울을 검토하고 있고, 후보 발사체에 스타십이 들어가 있다. 덜 접어도 되는 망원경은 더 단순하고 튼튼하게 만들 수 있다.
• 큰 우주 정거장: 국제우주정거장은 약 420톤으로, 1998년부터 13년 넘게 여러 번의 비행으로 조립했다. 한 번에 100톤을 올리는 발사가 싸지면, 넓은 모듈을 통째로 올리거나 적은 횟수로 큰 정거장을 지을 수 있다.
• 많은 위성: 스타링크 V3는 스타십으로 올리도록 설계된 더 큰 위성이다. 한 번에 수십 기를 올리는 발사가 싸지면 통신·지구 관측 위성망을 빠르게 갖추고 교체할 수 있다.

가장 큰 변화는 설계 철학일 수 있다. 지금까지 우주 장비는 ‘1g이라도 가볍게’가 첫째 원칙이었고, 그래서 비싼 소재와 긴 시험이 필요했다. 발사비가 충분히 내려가면 조금 무겁더라도 싸고 튼튼하게 만드는 쪽이 오히려 합리적이 된다. 실패해도 다시 쏠 수 있다는 여유가 생기는 것이다.

자주 묻는 질문

스타십 발사비는 지금 얼마인가?

공개된 공식 가격은 없다. 1회 1천만 달러 이하, 1kg당 100달러 수준은 머스크가 밝힌 목표이고, 우주선까지 회수해 다시 쓰는 비행이 자리 잡아야 다가갈 수 있는 숫자다. 지금 실제 비용은 외부 분석마다 추정이 크게 다르다.

재사용 로켓은 정말 더 쌀까?

팰컨 9가 한 부스터를 수십 번 날리며 그렇다는 것을 보여 주었다. 다만 우주왕복선처럼 다시 쓰기 전에 정비가 많이 필요하면 오히려 비싸진다. 핵심은 ‘다시 쓴다’가 아니라 ‘손을 덜 대고 빨리 다시 쓴다’이다.

궤도 급유는 왜 그렇게 어려운가?

극저온 연료가 계속 증발하고, 무중력에서는 액체가 탱크 안에서 떠다녀 펌프로 빨아들이기 어렵다. 두 우주선이 정밀하게 붙어 있는 동안 많은 양을 옮겨야 하고, 탱커도 짧은 간격으로 여러 번 쏘아야 한다.

마치며

1kg을 궤도에 올리는 값은 우주왕복선 시절 수만 달러에서 팰컨 9로 수천 달러까지 내려왔고, 스타십은 완전 재사용과 궤도 급유로 이를 다시 한 자릿수 이상 낮추려 한다. 스타십 상용화가 목표대로 된다면 망원경을 덜 접고, 정거장을 크게 짓고, 위성을 넉넉히 올리는 일이 가능해진다. 아직 많은 것이 계획 단계지만, 우주에서 할 수 있는 일의 크기를 정해 온 것이 늘 발사비였다는 점을 생각하면 이 숫자의 변화는 지켜볼 만하다.

다음 ②편에서는 이 발사비로 달과 화성에 무엇을 하려는지, ③편에서는 외행성까지의 가능성과 남은 과제를 다룬다.