스타십 플라이트 13 심층 기획 / 반도체 접점 한계 재측정 - 2026.07.16

스타십 플라이트 13 심층 기획 — 두 번의 이상 징후는 어떻게 설계도가 됐나

오늘 밤 미국 텍사스 스타베이스에서는 스페이스X의 차세대 로켓 스타십(Starship) V3의 두 번째 통합 비행시험, 플라이트 13이 발사를 앞두고 있다. 발사 창은 미국 동부시각 7월 16일 오후 6시 45분(한국시간 17일 오전)에 90분간 열리며, 슈퍼헤비 부스터와 스타십 상단부를 합쳐 높이 120미터가 넘는 이 거대한 로켓은 오빗 발사대 2번(OLP-2)에서 이륙한다. 이번 비행이 주목받는 이유는 단순히 "또 한 번의 시험비행"이어서가 아니라, 두 달 전 있었던 플라이트 12의 이상 징후들을 스페이스X가 정확히 무엇으로 진단했고 그 진단을 어떤 하드웨어와 소프트웨어 변경으로 옮겼는지가 이번 발사 하나에 고스란히 응축되어 있기 때문이다.

발사 전 스페이스X가 공개한 내용을 보면, 플라이트 12에서는 크게 세 가지 문제가 있었다. 부스터가 상단부와 분리된 뒤 자세를 뒤집는 "플립" 기동 과정에서 궤도를 벗어나는 현상이 있었고, 그 뒤 지상으로 돌아오기 위한 부스트백 연소 때 슈퍼헤비의 랩터 엔진 일부가 재점화에 실패했다. 스타십 상단부에서도 추진 단계에서 엔진 한 기가 예정보다 일찍 꺼지는 엔진아웃 상황이 발생했다. 셋 다 임무 실패로 이어지지는 않았지만, 스페이스X가 지향하는 "완전하고 신속한 재사용"이라는 목표에는 반드시 짚고 넘어가야 할 구멍들이었다.

이 문제들에 대한 스페이스X의 대응은 땜질이 아니라 설계 단계로 거슬러 올라간 재작업에 가까웠다. 부스터의 단분리 플립 시퀀스는 자세가 흐트러지지 않도록 전면적으로 다시 짰고, 랩터 엔진의 재점화 신뢰성을 끌어올리기 위한 하드웨어 변경과 함께 다중 엔진 운용에 맞춘 엔진 경보·중단 로직도 새로 반영했다. 스타십 상단부는 추진계 이중화를 강화해 엔진 이상이 발생하더라도 임무 지속 가능성을 높이는 쪽으로 손을 봤다. 이번 발사에 쓰이는 부스터 20호기는 지난 9일 33개 랩터3 엔진 전체를 동시에 점화하는 정적 연소 시험을 무사히 마쳤는데, 이는 단순한 통과의례가 아니라 방금 언급한 개선 사항들이 실제로 작동하는지를 실증하는 마지막 관문이었던 셈이다.

이번 비행에서 가장 야심 찬 부분은 사실 엔진이 아니라 열차폐 시스템과 화물에 있다. 스타십의 재사용을 가로막아 온 가장 큰 난제는 대기권 재진입 때 기체 표면 전체를 뒤덮는 세라믹 타일이 열과 진동을 버텨내지 못하고 떨어져 나가는 문제였는데, 플라이트 13에서는 타일의 설계와 부착 방식을 바꾸고 후미 플랩과 스커트 부분까지 내구성을 시험한다. 특히 일부 타일에는 재진입 중 실시간 응력을 측정하는 "하중 감지 타일"을 심어 놓았고, 몇몇 타일은 일부러 흰색으로 칠해 "타일이 빠졌을 때"를 시뮬레이션하는 영상 촬영 기준점으로 삼았다. 화물칸에는 처음으로 차세대 스타링크 V3 위성 20기가 실려 궤도에 오르는데, 이 중 6기에는 별도의 카메라가 달려 있어 스타십의 열차폐 상태를 촬영해 지상으로 전송하는 임무까지 겸한다. 위성들은 태양전지판과 안테나를 펼친 뒤 레이저 통신으로 남아공 지상국 및 스타링크 위성군과 접속을 시도하며, 이번 비행은 재진입 시 열차폐 시스템에 걸리는 부하를 키우기 위해 일부러 동압을 높인 상승 궤적과 우주공간에서의 랩터 엔진 재점화 시연까지 포함하는 다목적 임무로 짜여 있다.

이 모든 변화를 관통하는 것은 스페이스X가 반복해서 말해 온 "빠르게 실패하고 더 빠르게 배운다"는 철학이다. 플라이트 12가 실패로 끝났다면 오히려 개선 방향이 이렇게 명확하게 잡히지 않았을 수도 있다. 완전한 성공도, 완전한 실패도 아닌 애매한 결과 속에서 정확히 무엇이 한계선에 있었는지를 데이터로 짚어내고, 그것을 두 달이라는 짧은 기간 안에 다음 기체의 설계 변경으로 옮겨낸 속도 자체가 이번 플라이트 13의 진짜 관전 포인트라고 할 수 있다. 스타십의 완전 재사용이 현실화되어야 아르테미스 프로그램의 유인 착륙선이나 대규모 스타링크 확장 같은 스페이스X의 후속 계획들이 발을 맞출 수 있는 만큼, 이번 비행에서 열차폐 타일이 얼마나 버텨내는지, 그리고 부스터가 자세를 잃지 않고 부스트백 연소를 마칠 수 있는지가 향후 몇 차례의 비행 일정 전체를 좌우할 것으로 보인다.

반도체 접점의 한계선, 2나노로 다시 그리다 — AI 반도체는 왜 원자 단위 측정에 주목하는가

AI 모델을 학습시키고 구동하는 데 필요한 연산량이 기하급수적으로 늘어나면서, 반도체 업계는 실리콘 트랜지스터를 얼마나 더 작게 만들 수 있는지의 물리적 한계에 점점 가까워지고 있다. 이런 상황에서 국립대만대학교 추야핑(Ya-Ping Chiu) 교수 연구팀이 국제학술지 네이처에 발표한 연구가 업계의 눈길을 끌고 있다. 이 연구는 차세대 트랜지스터 후보로 꼽히는 2차원(2D) 반도체 소재에서, 금속 전극과 반도체 채널이 맞닿는 접점 부분이 실제로 얼마나 더 작아질 수 있는지를 원자 단위에서 직접 측정해 보여줬다.

지금의 실리콘 기반 트랜지스터는 채널의 두께를 계속 줄여 나가는 방식으로 미세화를 이어 왔지만, 어느 지점을 넘어서면 전류가 새어 나가는 누설 현상이 심해지며 성능이 무너진다. 그 대안으로 주목받는 것이 원자 한 층 두께의 2차원 소재로 채널을 만드는 방식인데, 이런 소재는 두께가 극도로 얇은 만큼 전하의 흐름을 훨씬 정밀하게 통제할 수 있다는 장점이 있다. 문제는 채널 자체보다도 오히려 "접점"에 있었다. 금속 전극이 2D 반도체와 맞닿는 지점에서 전류가 실제로 이동하는 유효 거리, 이른바 전이 길이(transfer length)를 얼마나 줄일 수 있는지가 불분명했고, 기존 이론적 추정치는 수십 나노미터에서 최대 170나노미터에 이를 정도로 편차가 컸다. 접점이 이렇게 넓은 면적을 필요로 한다면 아무리 채널을 얇게 만들어도 칩 전체의 소형화에는 한계가 생긴다.

추 교수팀은 이 불확실성을 없애기 위해 이론적 추정이 아니라 직접적인 관측에 나섰다. 비스무트(Bi) 금속을 전극으로 쓴 단원자층 이황화몰리브덴(MoS2) 트랜지스터를 만든 뒤, 그 접점 단면을 주사터널링현미경(scanning tunnelling microscopy)으로 원자 단위까지 들여다보는 방식이다. 이렇게 얻은 결과는 예상을 크게 벗어났다. 실제 측정된 전이 길이는 2~3나노미터에 불과했는데, 이는 기존 이론이 추정해 온 값의 수십 분의 1에서 많게는 100분의 1 수준이다. 다시 말해 접점에서 전류가 실제로 흐르는 유효 영역이 그동안 생각했던 것보다 훨씬 좁은 영역에 집중돼 있었다는 뜻이고, 이는 곧 접점 역시 채널만큼 공격적으로 줄여도 소자 성능에 큰 문제가 없다는 의미로 이어진다.

이 발견이 갖는 무게는 숫자 하나를 새로 알아냈다는 데 그치지 않는다. 반도체 설계자들이 다음 세대 칩의 구조를 그릴 때 가장 큰 걸림돌 중 하나가 "접점을 어디까지 줄일 수 있는지 확신이 없다"는 점이었는데, 이번 연구는 그 불확실성을 원자 단위의 실측값으로 대체했다. 업계 전문가들은 이를 두고 2D 반도체 기반 소자가 10나노미터 이하 영역에서도 접점 병목 없이 채널 스케일링을 이어갈 수 있다는 물리적 근거를 확보한 것으로 평가한다. AI 반도체 로드맵에서 논의돼 온 극자외선(EUV) 노광 기술의 미세화나 3차원 적층 구조 같은 다른 접근들과 마찬가지로, 이번 성과 역시 실리콘의 물리적 한계 이후를 대비하는 여러 갈래의 연구 중 하나이며, 그중에서도 접점이라는 구체적이고 실용적인 병목 지점을 정면으로 다뤘다는 차별점이 있다.

다만 이 연구가 곧바로 상용 칩으로 이어지는 것은 아니라는 점은 분명히 짚어야 한다. 이번 실측은 비스무트 전극과 단원자층 MoS2라는 특정 소재 조합 하나에서 이뤄진 결과이며, 실제 반도체 공정에 쓰이는 다양한 금속·반도체 조합 전반에 그대로 적용되는지는 추가 검증이 필요하다. 또 실험실 수준의 소자 하나를 정밀 측정한 것과, 이를 웨이퍼 단위로 균일하게 양산하는 것 사이에는 상당한 공정 개발 거리가 남아 있다. 그럼에도 AI 인프라를 향한 연산 수요가 반도체 미세화의 물리적 한계를 밀어붙이고 있는 지금, "접점도 채널만큼 줄일 수 있다"는 이번 실측 결과는 2D 반도체를 차세대 로직 소자의 유력한 후보로 한 단계 더 끌어올리는 근거가 될 것으로 보인다.

참고 자료

- SpaceX comes with a slew of changes for Starship Flight 13 (Teslarati)

- SpaceX ignites all 33 engines on Starship booster ahead of Flight 13 (Space.com)

- Chiu, Y.-P. et al. "Directly probing the carrier transfer length in 2D-material transistors." Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10707-0

- Scientists just measured the smallest possible contacts for future computer chips (Phys.org)