우주 데이터센터 특집 - (2) 우주에 데이터센터를 지으려면 도대체 돈이 얼마나 들까?

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지난 편에서 우리는 우주 데이터센터 구상이 이미 구체적인 단계에 들어섰다는 사실을 확인했다. 그러나 지난 편에서 다루지 않은 질문이 하나 남아 있었다. 바로 비용이다.

이번 2편에서는 바로 그 계산을 함께 따라가보려 한다. 우주 데이터센터 구상을 둘러싼 논의는 대부분 개념적인 장점이나 기술 가능성에 머물러 있다. 구축 비용, 발사 비용, 위성 질량, 전력 생산량, 열 관리 비용 같은 요소를 모두 올려놓고 실제로 계산기를 두들겨본 사례는 많지 않다.

우주 데이터센터를 짓는 데는 실제로 돈이 얼마나 들까?

비용 비교를 시작하기 전에 기준을 먼저 정해야 한다. 이번 편에서는 1기가와트(GW), 즉 중소 도시 하나에 전력을 공급할 수 있는 규모의 데이터센터를 기준으로 잡는다. 이미 이 규모의 시설이 미국에서 실제로 지어지고 있고 메타는 5GW짜리 시설 건설 계획을 공개한 상태다. 현실적인 비교를 위해 가장 현실적인 규모를 택했다.

지상부터 보자. 미국 부동산 컨설팅 회사 터너앤타운센드에 따르면 2025년 기준 데이터센터 건설 비용은 메가와트당 평균 약 1,070만 달러다. 1GW 규모로 환산하면 건설비만 약 107억 달러다. 

여기에 AI 특화 장비와 전력 설비를 추가하면 비용은 메가와트당 2,000만 달러를 넘어서기도 한다. 5년치 전력 운영비까지 포함한 총비용은 약 148억 달러 수준으로 추산된다.

우주는 어떨까. 항공우주 엔지니어 앤드루 맥컬립이 공개한 독립 분석 모델은 현재 이 분야에서 가장 정밀한 수치로 평가받는다. 그의 계산에 따르면 1GW짜리 궤도 데이터센터를 구축하는 데 위성 하드웨어 비용 90억 달러, 발사 비용 222억 달러, 5년 운영비 31억 달러, 개발 및 교체 비용 10억 달러가 든다. 합계는 약 312억 달러로 지상의 두 배가 넘는다.

IEEE 스펙트럼이 별도로 분석한 수치는 격차를 더 크게 잡는다. 이 분석에서는 1GW를 달성하기 위해 위성 약 4,300기가 필요하며, 5년 운영비를 포함한 총비용이 511억 달러에 이른다고 봤다. 지상 데이터센터의 같은 조건 비용과 비교하면 약 3.2배다.

두 분석의 수치 차이는 위성 1기당 발전 용량과 발사 비용 가정에서 나온다. 맥컬립은 스타링크 V2 미니 위성 기반으로 기당 27킬로와트 발전을 가정했고 IEEE 분석은 기당 250킬로와트짜리 대형 위성을 상정했다. 

어느 가정을 쓰느냐에 따라 필요한 위성 수와 총발사 비용이 크게 달라진다. 그러나 두 분석 모두 현재 기준으로 우주가 지상보다 2배에서 3배 이상 비싸다는 결론에서는 일치한다.

비용 구조의 핵심은 발사 비용이 전체의 절반 이상을 차지한다는 점이다. 맥컬립의 모델에서 발사 비용은 총비용의 71%를 넘는다. 위성 하드웨어를 아무리 싸게 만들어도 발사 비용이 내려가지 않으면 전체 구조는 바뀌지 않는다.

발사 비용이 얼마나 떨어져야 경제성이 생길까?

지금은 우주 데이터센터 비용의 70% 이상이 발사 비용에서 나온다는 것이 매우 중요한 부분이다. 발사 비용이 내려가지 않으면 나머지 모든 기술적 개선은 의미가 없다.

현재 우주 저궤도까지 화물을 보내는 비용은 로켓 종류에 따라 킬로그램당 1,400달러에서 2,700달러 수준이다. 

스페이스X의 팔콘9이 현재 가장 많이 쓰이는 로켓이고 재사용 방식을 적용해도 킬로그램당 2,700달러 안팎이다. 1GW 데이터센터에 필요한 위성의 총질량이 약 2,200만 킬로그램이라는 점을 감안하면 현재 발사 비용만으로도 약 600억 달러가 넘는 계산이 나온다.

스페이스X가 개발 중인 스타십은 이 구조를 바꿀 수 있는 유일한 변수로 꼽힌다. 스타십은 1회 발사당 최대 100~150톤을 저궤도에 올릴 수 있도록 설계됐다. 현재 초기 상업 발사 계약 기준으로는 1회 발사 비용이 약 9,000만 달러 수준으로 추산되며, 이를 탑재 능력으로 나누면 킬로그램당 약 1,200달러다. 아직 팔콘9보다 크게 싸지 않다.

그러나 재사용 횟수가 늘어날수록 비용은 급격히 내려간다. 스페이스X 내부 목표치를 기반으로 한 추산에 따르면 스타십을 6회 재사용할 경우 킬로그램당 약 78~94달러, 20회 이상 재사용하면 킬로그램당 13~32달러까지 낮아질 수 있다는 분석이 나온다. 이 수준이 되면 발사 비용의 구조 자체가 달라진다.

구글은 자체 분석에서 킬로그램당 200달러 이하가 되는 시점을 경제성의 임계점으로 제시했다. 이 기준에서는 우주 데이터센터의 전력 생산 비용이 지상 전력 단가와 경쟁 가능한 수준에 들어온다는 계산이다. 

구글은 스타십이 연간 180회 이상 발사되는 체제가 갖춰지는 2035년 전후에 이 임계점이 열릴 것으로 봤다. 스타클라우드는 킬로그램당 500달러를 자체 손익분기 기준으로 제시했다. 더 보수적인 수치지만 구글보다 빠른 시점을 상정한다.

문제는 스타십의 재사용 횟수가 아직 실전에서 검증되지 않았다는 점이다. 현재까지 스타십은 시험 발사 단계에 있으며, 상업 운용에서 수십 회 재사용이 가능하다는 것은 아직 이론값이다. 발사 빈도 역시 연간 180회는 현재 스페이스X 전체 발사 횟수를 훌쩍 넘는 목표치다. 

그래서 낙관적인 시나리오가 실현되려면 발사 기술뿐 아니라 생산·운용 체계 전반이 지금과는 전혀 다른 규모로 올라서야 한다.

발사 비용이 지상 데이터센터와 경쟁 가능한 수준으로 내려오려면 수직 계열화가 필수다. 로켓, 위성 버스, 전력 시스템, 배치까지 한 회사가 모두 쥐고 있어야 각 단계에서 발생하는 마진과 비용을 줄일 수 있다. 현재 이 조건을 충족하는 곳은 사실상 스페이스X 하나뿐이다.

천신만고 끝에 우주에 데이터센터를 만들었다고 가정하자. 우주에서 전력은 정말 지상보다 싼가?

우주 데이터센터 구상에서 가장 자주 등장하는 논리가 전력이다. 지상에서는 발전소와 송전망에 의존해야 하지만 우주에서는 태양광을 직접 활용할 수 있다는 것이다. 스타클라우드는 우주의 에너지 비용이 지상보다 10배 저렴하다고 주장했다. 실제로 그런지 따져볼 필요가 있다.

우주에서 태양광이 유리한 이유는 지구 대기권 밖에서 받는 태양 에너지가 지상보다 36~40% 높기 때문이다. 대기가 햇빛을 흡수하고 반사하는 손실이 없으니 당연한 일이다. 

여기에 태양동기궤도, 즉 지구 그림자에 거의 들어가지 않는 특정 궤도에 위성을 배치하면 일조율이 95~98%까지 올라간다. 지상 태양광 발전소의 평균 가동률이 미국 기준 24%, 유럽 온대 지역에서는 10% 미만인 것과 비교하면 압도적인 차이다.

이 조건만 놓고 보면 우주 태양광은 지상보다 훨씬 효율적이다. 그러나 전력 비용은 발전 효율만으로 결정되지 않는다. 태양광 패널을 우주로 가져가는 데 드는 비용이 전력 단가 계산에 포함되어야 한다.

맥컬립의 모델에서 1GW 궤도 데이터센터의 와트당 비용은 31.2달러, LCOE(균등화 발전 비용, 즉 발전 설비의 전체 수명 동안 1메가와트시의 전력을 생산하는 데 드는 평균 비용)는 메가와트시당 891달러로 계산됐다. 지상 데이터센터의 LCOE는 같은 기준으로 메가와트시당 398달러다. 우주의 발전 단가가 지상의 두 배를 넘는다는 뜻이다.

태양광 패널 자체가 무겁기 때문이다. 현재 스타링크 V2 미니 위성 기준으로 태양광 패널의 출력 대비 질량은 킬로그램당 약 36.5와트 수준이다. 1GW를 생산하려면 패널 질량만 약 2,740만 킬로그램에 이른다. 이 무게를 궤도에 올리는 발사 비용이 전력 단가를 끌어올리는 핵심 원인이다.

발사 비용이 내려가면 이 구조는 바뀐다. 구글이 경제성 임계점으로 제시한 킬로그램당 200달러 수준에서는 우주 발전 단가가 지상 전력망 단가와 경쟁 가능한 범위에 들어온다는 계산이 나온다. 반대로 현재처럼 킬로그램당 1,000달러 이상인 상황에서는 우주의 높은 일조율이 발사 비용을 상쇄하지 못한다.

전력 문제에서 우주가 진짜로 유리해지는 조건은 하나다. 발사 비용이 충분히 낮아진 상태에서 지상에서 전력망 확보 자체가 불가능한 상황이 겹칠 때다. 미국의 전력망 부족 문제는 실제로 심각해지고 있다. 

미국 최대 전력망 운영사 PJM은 2027년까지 6GW의 전력 공급 부족이 발생할 것으로 전망했고 시장조사기관 가트너는 같은 해 AI 데이터센터의 40%가 전력 부족으로 운영에 차질을 빚을 것이라고 내다봤다. 지상에서 전력을 구하지 못하는 상황이 현실화된다면 우주 전력의 절대적인 단가보다 전력 확보 가능성 자체가 더 중요한 변수가 된다.

열 관리와 방사선 대응 비용도 무시할 수 없을 것으로 생각된다.

우주의 데이터센터에서는 예상하지 못한 문제가 두 가지 나타날 가능성이 높다. 열 관리와 방사선이다. 지상 데이터센터는 공기나 물로 서버 열을 식힌다. 우주에서는 이 두 가지가 모두 불가능하다. 

진공 상태에서 열을 없애는 방법은 복사, 즉 열을 빛의 형태로 우주 공간에 방출하는 것뿐이다. 방열판이 필요한 이유다. H100 GPU 하나는 약 700와트의 열을 발생시킨다. 이를 복사 방식으로 처리하려면 45도 기준으로 GPU 1개당 약 1.1제곱미터의 방열판이 필요하다. GPU 8개짜리 서버 랙 하나에만 16제곱미터다. 

2메가와트 규모 데이터센터로 확장하면 방열판 면적이 약 3,950제곱미터에 이르고, 이 구조물의 질량만 약 2만 킬로그램에 달한다. 위성 자체보다 방열판이 더 무거워지는 상황이 벌어진다. 여기에 궤도상에서는 90분마다 영하 100도에서 영상 120도를 오가는 극단적인 온도 변화까지 견뎌야 한다.

방사선 문제 역시 비용으로 직결된다. 지상의 대기와 지구 자기장은 우주 방사선을 대부분 차단하지만 저궤도에서는 고에너지 입자에 지속적으로 노출된다. 일반 상업용 반도체의 내구 한도는 5~10킬로래드 수준으로, 저궤도에서 2~5년이면 한계에 도달한다. 

방사선에 견디도록 설계된 하드웨어를 쓰면 비용이 30~50% 올라가고 성능은 20~30% 떨어진다. 구글은 TPU v6 칩을 미국 UC데이비스 양성자빔 시설에서 저궤도 5년치에 해당하는 방사선량의 3배까지 노출하는 실험을 진행했고 물리적 고장 없이 생존했다고 밝혔다. 

하지만 이는 실험실 결과이며 실제 궤도 환경에서 수만 개 단위로 운용했을 때의 고장률은 아직 검증된 데이터가 없다. 메타의 지상 데이터센터 GPU 연간 고장률이 약 9%라는 점을 감안하면 방사선 환경에서의 고장률은 이를 훨씬 웃돌 가능성이 높다.

두 문제의 공통점은 해결할수록 위성이 무거워진다는 것이다. 무거워질수록 발사 비용이 올라가고, 발사 비용이 올라갈수록 전체 경제성은 다시 멀어진다.

종합하면 우주 데이터센터는 갈 길이 멀어 보인다. 결국 언제쯤 경제성이 생길 수 있을지 의문이다.

앞서 살펴본 네 가지 질문의 답을 종합하면 우주 데이터센터에서는 발사 비용, 열 관리 기술, 방사선 대응 비용, 위성 질량이 동시에 개선되어야 경제성이 생긴다. 문제는 이 변수들이 서로 연결되어 있다는 점이다. 열 관리를 강화하면 무게가 늘고, 무게가 늘면 발사 비용이 올라간다.

따라서 현재 수치를 기준으로 낙관, 중립, 비관이라는 세 가지 시나리오를 놓고 미래를 살펴보아야 한다.

낙관 시나리오는 스타십이 2030년 전후로 연간 100회 이상 재사용 발사 체제를 갖추고 킬로그램당 발사 비용이 200달러 이하로 떨어지는 경우다. 구글과 스페이스X가 상정하는 그림이 이것이다. 

이 조건이 충족되면 1GW 기준 우주 데이터센터의 총비용이 지상과 유사한 수준에 근접할 수 있다는 계산이 나온다. 구글은 이 시점을 2035년 전후로 봤다.

중립 시나리오는 발사 비용이 킬로그램당 500달러 수준까지만 내려오는 경우다. 스타클라우드가 자체 손익분기점으로 제시한 수치다. 이 경우 우주 데이터센터는 지상보다 여전히 비싸지만, 지상에서 전력망 확보 자체가 불가능한 상황이 겹친다면 대안으로서 의미를 가질 수 있다. 시점은 2032~2035년으로 추산된다.

비관 시나리오는 스타십 재사용이 예상보다 지연되고 발사 비용이 킬로그램당 1,000달러 아래로 내려오지 못하는 경우다. 이 경우 우주 데이터센터는 지상 대비 3배 이상 비싼 상태가 유지되며 적어도 2040년 이전에는 경제성이 열리지 않는다. 

AWS 최고경영자 맷 가먼은 서버 랙의 무게만 봐도 현재로서는 실현이 불가능하다고 잘라 말했고, 오픈AI의 샘 올트먼은 이번 10년 안에 의미 있는 규모를 달성하기 어렵다고 평가했다.

숫자만 놓고 보면 지금 당장의 답은 No다. 그러나 조건부 Yes가 열리는 창은 분명히 존재한다. 발사 비용이 킬로그램당 200달러 수준으로 내려오고 지상 전력망 부족이 현실화되는 시점이 겹친다면 우주 데이터센터는 실제 대안이 될 수 있다. 그 시점을 낙관론자들은 2035년으로, 중립적인 분석가들은 2035~2040년 사이로 본다.

다만 비용과 기술만이 이 구상의 전부가 아니다. 현재 지구 저궤도에는 이미 수만 개의 위성과 수십만 개의 우주 파편이 존재한다. 100만 기 규모의 데이터센터 위성이 실제로 배치된다면 충돌 위험과 우주 쓰레기 문제는 지금과는 차원이 다른 수준으로 커진다. 

특정 기업이 궤도 인프라를 독점하는 구조가 만들어질 경우 발생하는 문제, 그리고 각국 규제 당국이 이 구상에 어떻게 대응할지도 아직 답이 없다. 다음 편에서는 바로 이 비기술적 장벽들을 들여다본다.