[사이언스프리즘] 스타십 비행 성공과 머스크의 항공우주계획

바지선이 아닌 ‘젓가락 팔’로 회수
추진체 재사용 계획 착착 진행돼
트럼프 전폭 지지에 걸림돌 제거
4년간 우주 사업 승승장구 예고

2024년 10월13일은 세계 우주개발 역사에 새로운 장을 연 뜻깊은 날이다. 왜냐하면 스페이스X의 ‘스타십(Starship)’ 우주 비행기의 1단 부스터가 발사된 후 2단 우주선인 스타십을 분리하고 재사용하기 위해 이륙했던 발사대로 되돌아오는 역사적인 비행에 성공했기 때문이다.

스타십은 길이 121m, 지름 9m, 무게 4800t의 2단 우주 비행기이다. 1단 부스터 로켓의 명칭은 ‘슈퍼헤비’로 지름 9m, 길이 71m, 무게 3600t의 초대형 로켓인데, 이륙할 때 추력 230tf의 랩터엔진 33개로 7590tf의 추력을 만든다. 1단 로켓은 161초 동안 2단 로켓 겸 우주선인 ‘스타십’을 73km까지 밀어 올리고 분리되어 발사대로 되돌아와 재사용할 수 있도록 설계되었다. 4차 비행시험에서 ‘슈퍼헤비’는 멕시코만의 바다에 연착륙했는데 이번의 5차 비행시험에서는 재사용할 수 있도록 발사했던 발사대로 되돌아와 발사대 윗부분에 설치된 양팔 사이로 천천히 하강하였고 양팔이 1단 로켓의 윗부분을 붙잡는 데 성공하였다.

채연석 전 항공우주연구원장

그동안 스페이스X의 펠콘 9 우주발사체의 1단 로켓도 2단 로켓과 분리된 후 발사장이나 대서양에 있는 바지선에 착륙한 후 재사용하였다. 그러나 펠콘 9의 1단 로켓의 경우 착륙할 때의 무게가 23t 정도여서 3개의 다리를 펼치고 착륙하였다. 그러나 스타십의 1단 ‘슈퍼헤비’ 로켓은 빈 무게만도 200t 이상으로 8배 이상 무거워서 다리를 펼치고 착륙하기가 어려우므로 발사대 윗부분에 수평으로 긴 팔을 2개 설치하고, 두 개의 팔 사이로 천천히 하강하는 1단 로켓을 잡은 것이다. 마치 젓가락으로 물건을 잡듯이 천천히 하강하는 로켓을 붙잡은 것이다. 스타십과 같은 초대형 우주발사체의 1단 로켓을 재사용하기 위해 발사대에 연착륙시키는 기상천외한 방법에 처음으로 성공한 것이다.

2단 로켓인 ‘스타십’은 직경 9m, 길이는 50m, 빈무게 120t, 발사무게 1200t이다. 지구 저궤도에 무게 150t의 위성을 올리는 것을 목표로 하고 있으며, 우주왕복선처럼 지구로 되돌아와 재사용할 수 있게 설계되었다. 4차 비행시험에서는 대기권에 재진입하며 하강할 때 대기와의 마찰로 발생하는 고열 때문에 몸통과 날개에 붙인 방열 타일 녹는 문제가 발생하였는데 5차 비행시험에서는 이 문제도 잘 해결되었다. 스타십 5호기는 이륙 후 2분 54초에 73km 상공에서 3개 엔진을 점화한 후 1단 ‘슈퍼헤비’와 분리하고 속력을 계속 높여 발사한 지 8분 28초 만에 시속 2만6497km(초속 7.36km)의 속력으로 149km의 지구궤도에 진입하였다. 그리고 이륙 후 24분경에는 213km까지 비행고도를 높였다. 발사 50분 후에 84km 상공의 대기권에 진입 후 계속 하강, 발사 1시간 6분 10초에 3개의 엔진을 재점화하여 역추진으로 시속 9km로 낙하속도를 줄이며 인도양에 성공적으로 착수하였다. 11월 19일에 예정된 6차 비행시험에서는 스타십을 낮에 착수하도록 해 착수광경도 볼 수 있을 것으로 예상한다. 스타십을 재사용할 수 있도록 착륙하는 문제만 해결되면 내년부터는 지구궤도에 위성을 발사하는 상업용 발사를 시작할 것이다.

현재 스페이스X에서 위성발사체로 사용하고 있는 펠콘 9은 지구 저궤도에 무게 22.8t의 위성을 발사하고 있다. 그런데 스타십은 완전히 재사용하며 지구 저궤도에 150t을 올릴 수 있다고 하니 6.5배나 무거운 위성을 더욱 값싸게 발사할 수 있을 것이다. 머스크는 우주에 건설 중인 제궤도 우주통신망인 스타링크 위성도 25년까지 3만개의 위성을 더 발사할 계획이라고 발표한 바 있다. 물론 미국 정부의 허락을 받아야 가능하다. 그러나 트럼프 정부에서 머스크는 정부효율부 수장에 내정됨으로써 앞으로 4년간 스페이스X의 우주사업에 걸림돌은 없을 것이다.

그뿐만 아니라 미 항공우주국(NASA·나사)의 신임 국장도 스페이스X에서 활동 중인 간부를 임명하게 되면 머스크의 계획이 바로 나사의 계획이 되는 것이다. 나사는 그동안 에르테미스 달탐사계획을 위해 우주발사시템(SLS)을 개발했는데, 발사비용도 비싼 데다 첫 발사에서부터 많은 문제를 일으켜 모든 달탐사계획을 1~2년씩 연기되어 비난을 받아왔다. 에르테미스 계획도 스타십을 더 많이 이용하여 빨리 진행되도록 대폭 수정될 것으로 보인다. 서두르다가 큰 인명 사고만 발생하지 않는다면, 앞으로 4년간 미국의 우주개발계획은 머스크의 계획대로 진행될 것이다.

채연석 전 항공우주연구원장