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[MIT테크리뷰] 우주를 향한 로켓 비용 절감 5대 프로젝트

2019-08-03김지현 인턴기자

MIT테크놀로지리뷰가 소개한 5가지 실험사례와 선례. 사진제공 MIT테크놀로지리뷰

올해는 인류가 달에 간 지 50주년이 되는 해다. 하늘을 날기 전부터 시작한 우주를 향한 인류의 도전이 계속되고 있다.

하지만 우주로 가는 데는 많은 어려움이 있다. 무엇보다 로켓 발사에 많은 비용이 든다. 최근에 세계 각 나라에서 민간 기업을 중심으로 발사 비용을 줄이기에 나서고 있다.

대표적인 예로 아마존 CEO이자 민간 우주탐사기업 블루오리진 창립자인 베이조스와 테슬라 CEO이자 우주탐사업체 스페이스X를 이끄는 일론 머스크 같은 거물들이 3D 프린팅을 이용한 부품 만들기, 우주 로켓 재활용 등이 있다. 기존과 다른 새로운 전략으로 비용 최소화에 도전하고 있는 셈이다. MIT테크놀로지리뷰는 7,8월호에서 로켓 발사와 관련한 비용 절감 노력 중 5대 프로젝트를 소개했다.

현재 로켓을 포함한 발사체를 우주로 발사하기 위해서는 1kg당 평균 1만달러(약 1180만원)가 든다. 1톤을 쏜다고 하면 비용은 1000만달러(약 118억)다. 세계의 전문가들은 발사 비용이 아직도 높다며, 로켓 발사 비용을 1㎏당 6백달러 수준까지 낮춰야 우주 태양광 발전을 실행할 수 있다고 전망했다.

MIT테크놀로지리뷰가 첫 번째로 소개한 프로젝트는 XS-1이다. XS-1은 미국 국방부와 민간기업 보잉(Boeing)이 팀을 이뤄 2020년 발사를 목표로 개발하고 있는 극초음속 우주비행기다. 무게는 최대 5000파운드(2268kg)에 달한다. 이 비행기는 500만달러(약 59억원) 이하로 정해진 궤도를 10일 동안 10회 비행할 수 있도록 설계했다. 현재와 비교하면 매우 적은 비용이 사용된다. XS-1의 시험 비행은 2020년으로 계획돼 있다.

두 번째는 스타홉퍼(Starhopper)다. 스타홉퍼는 미국 민간 우주탐사기업 스페이스X가 기획한 빅 팔콘 로켓의 첫 단계인 BFR의 원형이다. 이 우주선은 민간인을 관광객으로서 달과 화성으로 실어 보낼 유인우주선이기도 하다. BFR의 페이로드 용량은 1420톤에 달하는 팔콘 헤비의 3배에 달한다. 일론 머스크는 이렇게 무거운 발사체가 오히려 비용 감소 효과를 낼 수 있다고 주장했다. 스타홉퍼의 초기 버전은 올해 4월에 텍사스에서 테더드 시험 비행을 성공적으로 마쳤다. 7월 26일(현지시간)에는 일론 머스크가 전날 텍사스주 보카치카비치에서 진행된 실험에 대해 “스타홉퍼의 발사 테스트가 성공적”이라고 밝히기도 했다.

세 번째는 뉴 글렌이다. 제프 베이조스가 이끄는 블루오리진의 초중량 재활용 로켓 개발 프로젝트다. 이 로켓은 팔콘 헤비와 비슷한 무게로 탑재 용량을 갖췄다. 하지만 지름이 7m로 훨씬 넓다. 조만간 재사용 가능성을 실험하기 위해 발사될 예정이다. 실험에 성공해 재사용할 수 있다면 자연스럽게 발사체 투자 비용을 줄일 수 있다. 시험 비행 날짜는 아직 미정이다.

네 번째는 미국 테더스 언리미티드가 개발한 ‘터미네이터 테더’ 기술이다. 이 기술은 새로 제작되는 모든 인공위성에 ‘터미네이터 테더’라는 전기력 와이어 장치를 부착하는 기술이다. 테더스는 두 가지 방법으로 비용을 줄이려고 한다. 첫 번째 접근법은 밧줄을 휘두르는 것과 같이 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 운동량을 전달하는 방법이다. 이 기술이 성공적으로 적용된다면 궤도 진입 시 필요한 에너지가 부족한 위성에 에너지를 실어줄 수 있다. 또 다른 방법으로는 지구의 자기장을 이용하는 것이다. 자기장을 활용한다면 양쪽 끝에 부착된 위성의 궤도를 높여줄 수 있다. 로켓을 재사용하고 규모의 경제를 달성할 수 있다고 해도 여전히 높은 연료비용은 큰 부담이다.

다섯 번째는 스텔스 스타트업 형태로 시작했던 우주산업 관련 기업 '스핀런치' 프로젝트다. 새로운 로켓 발사 형태를 목표로 하고 있다. 기존에는 로켓 추진체와 연료가 로켓의 무게 대부분을 차지했다. 하지만 스핀런치는 소형 로켓에 강력한 터빈을 활용해 로켓 무게 대비 연료나 추진체가 차지하는 비용을 줄일 계획이다. 스핀런치는 지난 5월 뉴멕시코에 발사시설을 만들기 시작했다. 2022년에 첫 인공위성을 발사할 계획이다.

이 같은 로켓 발사 비용을 줄이기 위한 노력은 실제 구현 과정에서 다양한 어려움에 처한다. MIT테크놀로지리뷰는 이어서 5가지 실패 사례를 소개했다. 첫 번째는 델타클립퍼 DC-X다. 맥도넬 더글라스의 소형 DC-X는 궤도 가능 버전을 만들기 전에 취소됐다. 현재 델타 클리퍼 엔지니어 일부가 블루오리진에서 일하고 있다. 블루오리진의 뉴 셰퍼드 로켓은 DC-X에서 영감을 받았다.

두 번째는 벤처스타 X-33다. 미항공우주국(NASA)는 X-33에 10억달러(약 1조1800억원)가 넘는 돈을 투자했다. 이 우주선은 우주왕복선에 비견될 만한 크기였을 것으로 추정된다. NASA는 캘리포니아의 에드워즈 공군기지에 3200만달러(약 378억원)를 들여 전용 '우주 포트'를 건설하기까지 했다. 그러나 X-33을 만든 미항공우주국과 록히드 마틴은 설계 과정에서 많은 불일치를 겪으며, 결국 로켓이 날기도 전에 취소됐다.

세 번째는 바이칼(Baikal)다. 1990년대에 러시아 앙가라 로켓을 재사용하는 첫 단계로 고안한 것이 바이칼 부스터다. 스페이스X 팔콘 로켓의 첫 단계처럼 바이칼은 로켓 재사용을 실험하기 위해 날아오기로 예정돼 있었다. 그러나 바이칼은 이륙할 때와 같은 로켓을 이용해 착륙하는 팔콘 1단과 달리 착륙을 위한 제트엔진이 추가로 장착되면서, 무게와 복잡성이 더해져 진행이 어렵게 됐다.

네 번째는 HL-20/HL-42다. 1986년 우주왕복선 챌린저호가 폭발한 뒤, HL-20은 승객들을 우주정거장 ‘프리덤’으로 안전하고 저렴한 비용으로 이동할 수 있게 설계했다. 그러나 후계자이자 한층 향상됐다고 평가받은 HL-42와 같이 우주에는 도달하지 못했다. 다만 최근 HL-20 설계에 바탕을 둔 시에라 네바다의 드림 체이서 우주선이 2020년 말부터 국제우주정거장에 화물을 실어 나를 예정이다.

다섯 번째는 로톤(Roton)이다. 로터리 로켓에서 만든 로톤은 우주 개척자들에게 경고와 영감을 주기 위해 현재 모하비 우주 항구에 배치돼 있다. 당시 로켓을 빠르게 회전시킴으로써 비용을 절감시키고 복잡한 펌프를 제거하려 했다. 1999년에 시제품으로 3번이나 시험 비행에 나섰지만 통제가 어려워 결국 실패했다.

 

김지현 테크엠 인턴기자 jihyunsports@techm.kr