인류를 화성으로 보낼 스페이스X의 차세대 우주선 ‘스타십’과 미 항공우주국(NASA, 이하 나사)이 50년만에 재개하는 유인 달탐사의 ‘우주발사시스템(SLS)’이 궤도 발사 준비에 들어갔다.
정확히 말하면 스타십과 SLS는 각각 유인 우주선(캡슐)과 로켓의 이름이다. 다만 당초 달 탐사를 시험대 삼아 궁극적으로 인류를 화성으로 보내기 위해 고안된 초대형 발사체라는 공통점 때문에 결합되는 로켓과 캡슐을 묶어 비교되고 있다.
나사와 일론 머스크 스페이스X 창업자가 모두 이르면 궤도 내달 발사를 시도한다고 예고한 만큼 두 우주선을 비교해 봤다.
◇ 나사의 달 탐사 임무 ‘아르테미스’
먼저 나사는 달 궤도에 우주 정거장을 만들고, 달의 남극에 영구적인 탐사 기지를 건설하기 위한 아르테미스 임무를 진행하고 있다.
무인 비행 ‘아르테미스 1호’가 그 첫 단추다. 앞서 1·2차 발사 시도는 로켓 엔진의 온도 센서 결함, 수소연료 누출 문제 때문에 연기됐으며, 3차 발사 시도는 허리케인 이언의 북상으로 취소됐다. 이어 현지 시각으로 내달 14일 다시 발사에 도전한다.
이 임무에 투입된 강력한 로켓이 나사의 우주발사시스템(SLS)이다. 지난 10년간 예산 230억 달러(약 33조원)가 투입된 SLS는 1972년 아폴로 미션 이후 반세기만에 다시 인류를 달로 보내기 위해 설계됐다.
예상보다 프로젝트가 지지부진해지면서 예산이 천문학적으로 늘어났을 뿐만 아니라 재사용이 불가능해 회당 발사 비용이 41억 달러(약 5조 9000억원)에 달해 ‘돈먹는 하마’라는 오명이 붙었지만 SLS가 현존하는 최고 성능의 발사체라는 사실은 여전하다.
SLS 로켓의 높이는 건물 32층 높이인 98m, 무게는 2500톤에 육박한다. 다만 현재까지 개발된 가장 큰 로켓은 아니다. 아폴로 임무에 사용된 ‘새턴V’ 로켓이 SLS보다 12m 더 크다.
그러나 추력에서는 SLS가 새턴V를 압도한다. 아르테미스-1호에 사용하는 블록1 기준 3990톤으로 새턴V보다 15% 더 강력하며, 추력대비 중량비는 25% 더 높다.
SLS 로켓의 심장인 RS-25 엔진은 1단에 230톤짜리 4개가 장착됐다. 과거 우주왕복선(스페이스셔틀)에 쓰였던 엔진 재고에서 엔진 컨트롤러와 노즐 단열재 등을 업그레이드시켜 SLS에 장착한 것이다. 액체산소와 액체수소를 연료로 한다.
3단으로 구성된 새턴V와 달리 2단으로 구성된 SLS 로켓은 양옆에 고체 부스터를 장착한다. 이 고체 부스터는 발사 후 약 2분 동안 로켓 추력의 75%를 담당한다.
여기에 탑재되는 유인 우주선은 ‘오리온’. 4명의 승무원이 탑승할 수 있다. 아르테미스 1호 발사에서는 마네킹 3개가 자리하며, 2024년부터 본격적으로 인간이 탑승한다. 페이로드(화물 수송능력)는 지구 저궤도 기준 95톤, 달 궤도까지 최대 27톤이다.
SLS은 개발 단계에 따라 점진적으로 성능이 좋아지는 형태다. 무인 비행인 아르테미스 1호에 사용하는 것은 SLS 블록1. 이후 성능을 향상시킨 블록 1B와 블록2를 개발해 차세대 우주 탐사에 활용할 계획이다.
◇ 머스크의 최종 목표 ‘다행성 인류’…화성 테라포밍
현재 민간 우주기업 가운데 가장 앞서고 있는 업체가 일론 머스크의 스페이스X다.
머스크가 ‘화성 테라포밍’(식민지화), ‘다행성 인류’ 등 목표로 내세우며 2002년 설립한 스페이스X는 상용 우주선, 재활용 로켓 등 선진 기술을 바탕으로 민간 우주개발을 주도하고 있다.
2019년 9월에는 달·화성 탐사용 우주선 ‘스타십’과 ‘슈퍼 헤비 로켓(부스터7)’ 개발에 돌입했다고 밝혔다. 머스크의 숙원인 화성 이주를 실현시켜줄 우주선으로 주목받았다.
최대 100명이 탑승할 수 있으며, 최대 33개의 랩터 엔진을 탑재해 엄청난 추력을 내게 만들겠다는 설명이다. 이미 다회용 로켓을 선보였던 스페이스X가 향후에는 로켓을 발사타워인 ‘캐치타워’로 회수해 충전시키는 재사용 방법까지 제안해 기대가 집중됐다.
스페이스X는 스타십과 부스터7의 점화 시도를 계속하고 있다. 시험 발사 도중 하단부가 폭발하는 등 시행착오를 겪었으나 이달 다시 텍사스 보카치카의 발사장에 완전체를 선보이며 순차적으로 개발이 진행되고 있음을 보였다.
부스터7과 결합한 스타십의 높이는 120m, 무게 5000톤으로 현재까지 개발된 우주발사체 중 가장 크다. 머스크가 예고한 성능을 갖춘다면 추력은 SLS를 훌쩍 뛰어넘는 7200톤에 달한다.
엔진은 2세대 랩터 엔진으로 최종적으로 스타십에 9개, 부스터7에 33개 장착될 예정이다. 고체 연료는 사용하지 않고, 발사체 역사상 최초로 추진체로 메탄을 사용한다.
승무원이 최대 100명까지 탑승할 수 있으며, 페이로드는 지구 저궤도에서 100~150톤, 달까지 100톤이 될 것으로 보인다.
엄청난 크기와 추력과 페이로드를 제외하고도 가장 큰 강점은 역시 경제성이다.
아르테미스 임무를 위해 개발된 SLS와 달리 스타십의 부스터7은 팰컨1~9, 팰컨 헤비 등 수년에 걸쳐 업그레이드했기 때문에 전체 개발비를 산정하기 어렵다. 다만 스타십만 놓고 보면 약 2억 2000만 달러() 정도 들었다.
특히 회수타워로 회수한 뒤 추진체를 충전하는 것으로 발사 준비를 끝낸다는 구상으로 회당 발사가격이 뚝 떨어졌다. 머스크는 최종적으로 회당 발사 가격을 약 200만 달러(약 29억)까지 낮출 계획이다.
전자신문인터넷 서희원 기자 (shw@etnews.com)
