[사이언스프리즘] 스타십 비행시험 성공과 머스크의 리더십

개인자산 1000억원 들여 창업
재사용 우주발사체 최초 개발
상장 땐 기업 몸값 ‘천정부지’
주식 받은 직원들의 열정 유도

2023년 4월20일, 스페이스X의 스타십이 미국 텍사스주 남부 보카치카 해변의 스타베이스에서 발사되어 첫 비행시험을 한 이후 지난 6월6일 밤 9시48분(한국시간) 네 번째 비행시험에서는 괄목할 만한 성공을 이루었다. 스타십은 2단 로켓으로 구성되어 있다. 1단 부스터 로켓은 ‘슈퍼헤비’ 로켓으로 직경 9m, 길이 71m, 무게가 3600톤의 초대형 로켓인데 추력 230톤f의 랩터엔진 33개로 7590톤f의 추력을 발생한다. 1단 로켓은 161초 동안 2단 로켓인 스타십을 73km까지 올리고 분리되어 지구로 되돌아와 재사용할 수 있도록 설계되었다.

2단 로켓은 스타십(Starship)으로 직경은 9m, 길이는 50m, 빈무게 120톤, 발사무게 1200톤이다. 지구궤도에 무게 150톤의 위성을 올리는 것을 목표로 하고 있으며, 우주왕복선처럼 지구로 되돌아와 재사용할 수 있게 설계되었다. 1단 로켓과 2단 우주선을 합한 전체 길이는 121m, 이륙 무게는 4800톤으로 인류가 지금까지 개발한 우주발사체 중에서 가장 큰 것이다.

채연석 전 항공우주연구원장

그동안 스타십의 비행시험을 보면, 첫 발사에서는 이륙에 성공한 정도였다. 작년 11월의 두 번째 발사에서는 1단과 2단의 단분리에 성공하였다. 지난 3월의 세 번째 발사시험에서는 1단과 2단 우주선의 분리에 성공하고, 1단 로켓은 멕시코만에 낙하했다. 2단 스타십 우주선은 지구궤도 진입에 성공했지만 대기권에 재돌입 중 통신이 끊어졌다.

이번의 4차 비행시험에서는 이륙 후 2분54초에 73km 상공에서 2단 스타십 우주선과 분리를 하였다. 1단 부스터 로켓인 슈퍼헤비는 2단 스타십과 분리 후 1분50초 동안 관성으로 108km까지 상승한 후 내려오면서 1km 상공에서 엔진 12개를 역분사하여 낙하속도를 줄이고, 마지막으로 엔진 3개만 분사하여 시속 9km의 속력으로 발사대를 떠난 지 7분31초, 멕시코만의 바다 위에 연착륙하는 데 성공하였다.

한편 스타십은 1단 슈퍼헤비 부스터와 분리 직전인 2분53초, 72km 상공에서 엔진을 점화한 후 속력을 계속 높여서 발사한 지 8분37초 만에 시속 2만6496km(초속 7.36km)의 속력으로 151km의 지구궤도에 진입하였다. 그리고 39분간 지구궤도를 비행한 후인 발사 47분44초에는 84km 상공의 대기권에 진입 후 계속 하강하여 발사 1시간6분10초에 3개의 엔진을 역추진하여 낙하속도를 시속 9km로 줄이며 인도양에 착수하였다. 물론 56km 상공부터는 스타십의 작은 날개에 붙인 내열 타일이 녹아서 떨어져 내리긴 했지만, 고열을 견디며 바다에 착륙하는 데 성공하였다.

다음 5차 시험발사에서는 부스터 로켓인 슈퍼헤비와 스타십이 모두 바다가 아닌 육지의 발사장에 재사용을 위한 연착륙 시험을 실시할 것으로 예상된다. 앞으로 1, 2회 더 발사해서 문제점이 해결되면 올해 안으로 지구궤도에 위성을 발사하는 상업용 발사를 시작할 것으로 예상된다.

스타십은 전체 높이가 121m로 지금까지 가장 큰 달 로켓인 새턴-5보다 10m 더 높고, 이륙할 때 무게도 1859톤 더 무겁고, 추력은 4140톤f 더 커서 지구궤도에 150톤의 우주선을 올릴 수 있는 성능이며 완벽하게 재사용이 가능한 첫 우주발사체이다.

일론 머스크는 개인 재산 1000여억원을 투자해 스페이스X를 창업, 발사비용이 저렴한 재사용 우주발사체를 개발하여 현재 세계 상업위성 발사 시장을 휩쓸고 있으며, 달이나 화성의 유인 탐사 등 미래 우주 시장을 겨냥하여 발 빠르게 차세대 우주발사체인 스타십을 선제적으로 개발하는 것이다. NASA(미국 항공우주국)로서는 산업체가 독자적으로 개발하는 성능과 안전성이 입증된 스타십 우주선을 달이나 화성 유인 탐사에 이용하지 않을 이유가 없다. 이렇게 머스크의 스페이스X가 도전적으로 앞서 나가니 다른 우주 산업체와는 갈수록 차이가 크게 벌어질 수밖에 없다.

스페이스X는 아직 주식을 상장하지 않았다. 스타십의 개발에 성공한 직후 몸값을 최고로 높인 뒤 상장하려고 준비할 것이다. 스페이스X 연구원들의 봉급은 다른 관련 회사에 비하여 적지만 대신 주식을 주었다. 스타십의 개발에 성공하고 주식을 상장하면 주식값도 엄청나게 올라갈 것이니 모든 연구원이 성공을 위하여 혼신의 노력을 할 수밖에 없는 구조이다. 1단 슈퍼헤비 로켓과 2단 스타십이 착수에 성공할 때마다 광신도처럼 열광적으로 환호하던 스페이스X 연구원들의 모습을 이해할 수 있을 것 같다.

채연석 전 항공우주연구원장