일론 머스크 화성행 번번이 좌절시킨 스타십 폭발 원인은 처음 사용하는 메탄이 문제

로켓 개발사상 처음 사용 "경험 부족"

지난달 30일(현지시간) 미국 텍사스주 보카치카 발사장에서 이륙한 스페이스X의 화성 우주선 스타십의 프로토타입인 ‘SN11’이 착륙 과정에서 폭발했다. 유튜브 캡처

스페이스X 최고경영자(CEO)인 일론 머스크의 화성을 향한 꿈을 번번이 좌초시켰던 ‘스타십(starship)’의 최근 폭발 원인이 5일(현지시간) 공개됐다. 스페이스X가 개발 중인 화성 이주용 우주선 스타십의 프로토타입인 ‘SN11’은 지난달 30일(현지시간) 미국 텍사스주 보카치카 발사장에서 이륙해 10km 고도까지 올라갔다가 다시 착륙하는 과정에서 폭발했다. 

머스크는 5일 자신의 트위터에 “(상대적으로) 소량의 메탄(CH₄)이 새어 나와 두 번째 주 엔진에 불이 붙었고, 그 결과 폭발성 시도가 일어나며 메탄 터보펌프가 폭발했다”고 밝혔다. 머스크는 “수직 이륙, 수평 전환, 착륙 제어는 좋았다”며 우주선의 다른 부분에는 문제가 없었음을 시사했다. 

일론 머스크가 트위터에 스타십의 프로토타입이 폭발한 이유로 추진제로 사용하는 메탄 누출을 지목했다. 트위터 캡처

스타십은 스페이스X가 인류의 화성 이주를 목표로 개발 중인 대형 우주선이다. 지름 9m, 높이 120m로 탑승객 100명과 화물 100t을 싣고 달과 화성에 보낼 목적으로 설계됐다. 

이번에 폭발 원인으로 지목된 메탄은 스타십의 차세대 엔진인 랩터 엔진의 추진제다. 랩터 엔진은 극저온의 액체 메탄과 액체 산소를 섞어 추진제로 사용하는데, 스페이스X의 팰컨 9에 들어가는 멀린 1D 엔진보다 추력을 2배 이상 내는 것으로 알려졌다. 

발사체 역사상 로켓 엔진의 추진제로 메탄을 사용한 것은 스타십의 랩터 엔진이 처음이며, 비록 비행 시험이지만 실제 비행에 사용된 것도 스타십이 처음이다. 메탄은 기존 액체엔진 로켓에 주로 사용되는 연료인 케로신(등유)처럼 침전물이 쌓이는 코킹 문제도 없고 비용도 저렴해 경제적이다. 아마존의 제프 베조스가 이끄는 블루오리진도 액체 메탄 엔진인 ‘블루엔진 4(BE-4)’를 개발하고 있다. 

스페이스X는 스타십의 프로토타입을 하나씩 만들 때마다 설계를 계속 업그레이드해왔다. 처음 스타십의 개념이 공개됐을 때는 랩터 엔진 31기가 달려 있었지만, 지난해 8월 머스크는 설계를 변경해 엔진을 28기로 줄였다고 밝혔다. 프로토타입 비행에서는 달이나 화성까지 가는 게 아닌 만큼 엔진 수를 줄였다. SN11에는 랩터 엔진 3기를 클러스터링했다.

지난주 시험 비행에 나섰다가 폭발한 SN11은 고도 10km 이상 고고도 비행으로는 네 번째 발사였다. 지난해 8월 ‘SN5’가 랩턴 엔진 1기를 달고 처음으로 150m 고도까지 비행하는 데 성공한 이후 지난해 12월 ‘SN8’이 랩터 엔진 3기를 달고 처음으로 고도 12.5km까지 올라가며 최초의 고고도 비행에 성공했다. 하지만 SN8은 비행 과정에서 엔진 2기가 멈췄고, 착륙 시 속도 제어가 안 돼 결국 지면과 부딪혀 폭발하고 말았다.

이후 올해 2월 진행된 ‘SN9’ 발사도 10km 비행 후 착륙 시도 과정에서 지상 충돌로 폭발했고, 지난달 3일 ‘SN10’도 성공한 듯 보였지만 착륙 8분 뒤 폭발했다. 당시에도 랩터 엔진에서 메탄 유출이 일차적인 원인으로 지목됐다. 

다음 스타십 발사는 ‘SN12’가 아니라 ‘SN15’가 될 전망이다. 스페이스X가 폭발 원인을 포함해 스타십의 여러 부위를 기술적으로 개선한 SN15 모델을 만들었기 때문이다. 머스크는 ‘SN11’ 폭발 직후 트위터에 “SN15가 며칠 안에 발사대에 데뷔할 것”이라며 “구조, 항공전자공학, 소프트웨어 및 엔진 전반에 걸쳐 수백 가지가 기술적으로 개선됐다”고 밝힌 바 있다. 

[이현경 기자 uneasy75@donga.com]