[사이언스프리즘] 스타십의 첫 비행시험

이륙 무게 4800t 초대형 로켓
첫 비행 실패했지만 가능성 줘
우리도 亞·중동국과 기구 창설
재사용 우주발사체 개발나서야

지난달 20일 드디어 스타십이 미국 텍사스 발사장에서 첫 비행시험을 진행하였다. 스타십은 2단 로켓으로 구성되어 있다. 1단부 로켓 ‘슈퍼헤비‘와 2단부 로켓 ‘스타십’이다. 1단 부스터 로켓은 직경 9m, 길이 69m, 무게가 3600t의 초대형 로켓이다. 2단 로켓 스타십의 직경은 9m, 길이는 50m, 발사무게는 1200t, 추진제 무게는 1050t이다. 지구 궤도에 150t 무게의 위성을 올리는 것을 목표로 한다. 1단과 2단을 합한 전체 길이는 119m, 이륙 무게는 4800t으로 인류가 지금까지 개발한 우주로켓 중 가장 큰 것이다.

지금까지 가장 큰 우주로켓은 1969년 아폴로 11호를 달로 보냈던 새턴 5 달로켓이다. 4단으로 이뤄진 새턴 5 달로켓은 전체 길이가 111m로, 이륙할 때 무게는 2941t이며 3450tf(톤포스)의 추력을 발생한다. 스타십 부스터는 이륙할 때 1단 로켓의 엔진에서 만드는 추력도 새턴 5 달로켓의 2배가 넘는다.

채연석 전 항공우주연구원장

민간기업이 이렇게 거대한 우주 로켓을 독자적으로 개발하여 발사한다는 것은 과거에는 생각도 할 수 없던 일이다. 거대한 우주로켓 개발에는 막대한 예산이 필요하기에 독자적으로 개발에 성공하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 스페이스X가 독자적으로 이런 일을 추진할 수 있는 원동력은 그동안 1단 로켓을 재사용할 수 있는 팰컨 9 우주발사체를 개발해 성공적으로 운용하여 전 세계 위성 발사시장을 선점하였고 유인우주선도 발사하여 우주인을 안전하게 우주정거장에 보내는 성공적인 경험과 실적이 쌓여 있기 때문인 것이다.

스타십은 1, 2단 모두 우주왕복선처럼 지구로 돌아와 재사용할 수 있게 설계돼 1단 로켓만 재사용하는 팰콘 9 로켓보다도 훨씬 더 값싸게 위성을 우주로 발사할 수 있다. 현재는 펠콘 9으로 한번에 50여개의 스타링크 위성을 발사하고 있지만 스타십으로는 한번에 400개의 위성을 발사할 수 있도록 한다는 설명이다. 이렇게 되면 위성발사 가격은 저렴해질 수밖에 없을 것이다.

첫 스타십 시험 발사의 비행계획은 다음과 같았다. 이륙 2분49초 후 1단 부스터의 엔진을 멈추고 2분52초 스타십과 분리한다. 그리고 2분57초 스타십의 엔진을 점화해 포물선 비행을 시작한다. 분리된 1단 부스터는 착륙을 위한 로켓엔진을 점화해서 속도를 줄이며 멕시코만 바다에 착수한다. 스타십은 이륙 후 9분20초에 엔진 가동을 멈추고 1시간8분 동안 우주에서 관성비행을 한 뒤 대기권에 재진입하고 태평양에 착수시킨다. 그러나 계획과는 달리 발사하면서 엔진 3개가 멈추었고 40초 뒤에는 엔진 한 개가 추가로 멈추었다. 이륙 1분40초에는 6개의 엔진이 고장나면서 추력 17%가 감소했다. 속도가 계획보다 느려져 상승고도도 낮게 되었고 1단 엔진 작동도 멈추지 않았다. 결국 1단 부스터 분리에 실패하면서 비행제어가 제대로 이루어지지 않아 결국 이륙 3분59초 만에 폭발했다.

스타십의 성능과 기능을 시험하는 데는 부족한 면이 많았다는 평가다. 그러나 길이 119m에 무게 4800t짜리 우주발사체를 이륙시켜 40㎞ 상공에서 최고 속도를 시속 2100㎞까지 올린 것만으로도 성공적인 첫 시험이었다고 볼 수 있다. 다만 발사대 부분에 많은 투자를 하지 않아 그런지 발사할 때 발사대가 고열에 녹아내리고 암석과 콘크리트 파편이 날아가 주변 시설물을 파손한 것에 대한 대책이 필요하다. 부실한 발사대가 이륙할 때 엔진을 손상시켰을 것이라는 추정도 가능하다. 이러한 부분이 해결되지 않으면 미국 연방항공청(FAA)에서 다음 발사를 허가하지 않을 수도 있을 것이지만 1~2년 안에 달을 비행하는 것은 어렵겠지만 지구 저궤도에 위성을 발사하는 것은 가능할 것이다.

지난해 미국은 78회 인공위성을 발사했다. 61회 인공위성을 발사한 중국도 미국의 스타십 개발에 자극받았는지 지구 저궤도에 150t의 위성을 올릴 수 있고 달에 54t의 위성을 보낼 수 있는 재사용형 창정 9호의 개발 계획을 발표하였다. 유럽우주기구가 했던 것처럼 우리도 이제 아시아와 중동 몇몇 나라와 우주기구를 만들고 재사용형 우주발사체를 개발하는 등 공동으로 우주개발을 추진할 시기가 되었다고 생각한다.

채연석 전 항공우주연구원장