[고든 정의 TECH+] 美정부도 ‘재사용’ 우주 발사체 XS-1 개발한다

최근 억만장자들의 우주를 향한 도전이 화제가 되고 있습니다. 일론 머스크가 세운 스페이스 X는 팔콘 9 R(Reusable) 1단을 바다에서 회수하는 데 성공했고, 아마존 CEO인 제프 베조스의 블루 오리진 역시 아직 궤도에 위성을 발사할 순 없지만, 프로토타입 우주 로켓을 재착륙 시키는 데 성공했습니다.

여기에 상대적으로 덜 알려졌기는 하지만, 마이크로소프트의 공동 창업자 가운데 하나인 폴 앨런 역시 스트라토런치 시스템이라는 거대한 항공기 기반 우주 발사체를 개발하고 있습니다.

이들의 목표는 모두 하나로 수렴됩니다. 즉, 재활용이 가능해서 상대적으로 저렴한 발사체를 만드는 것이죠. 값비싼 로켓을 한 번 쓰고 버렸기 때문에 우주 발사 비용은 매우 비쌀 수밖에 없었습니다. 이를 경제적으로 만들기 위해서는 비행기나 자동차처럼 여러 번 재사용이 가능한 우주 발사체가 필요합니다.

사실 이들의 목표는 과거 미 항공우주국(NASA)과 미 방위고등연구계획국(DARPA)의 목표와 일치합니다. 유명한 NASA의 우주 왕복선 역시 일회용이 아니라 100회 이상 재사용이 가능한 우주 발사체를 목표로 개발된 것입니다.

하지만 1970년대 미국의 경제가 어려워지면서 개발 예산이 축소되었고, 우주 왕복선은 여러 차례 설계를 변경해 최종적으로는 거대한 연료 탱크를 한 번 쓰고 버리는 타협안을 채택할 수밖에 없었습니다. 그런데 이 과정에서 구조가 복잡해져 비용이 크게 상승했고 사고까지 나는 바람에 결국 퇴역하는 운명을 맞게 되었습니다.

사실 NASA는 10여 년 전 우주 왕복선을 대체하기 위해서 SSTO(단단식 궤도 발사체)라는 재사용 우주 발사체를 개발했으나 프로토타입 제작 도중 취소되어 시험 비행 한 번 못해보고 프로젝트가 종료됩니다.

이후 NASA는 아레스 I이라는 새로운 로켓을 이용해서 1단을 재사용하는 방식을 개발했습니다.(낙하산으로 바다에서 회수하는 방식) 그러나 한번 시험 발사가 성공한 후 당시 금융위기로 미국 정부의 재정 적자가 급격히 커지면서 역시 예산이 삭감되어 개발이 취소되는 비운을 겪습니다.



이렇듯 정부 주도하의 개발은 아무리 엔지니어들이 획기적인 아이디어를 내놓는다고 해도 예산권을 쥔 정부 관료와 의회에서 예산을 배정받지 못하거나 삭감되면 쉽게 취소되는 운명을 맞이하곤 했습니다. 그래서 오히려 이런 변덕(?)에 좌우되지 않는 스페이스 X 같은 민간 기업이 앞으로 우주 분야에서 혁신을 주도할 것이라는 예상도 나오고 있습니다.

하지만 DARPA는 다시 한 번 재사용 우주 발사체 개발을 시도하고 있습니다. 전투기에서 소형 위성을 발사하는 계획은 잠정 보류지만, 비즈니스 제트기 만한 크기의 소형 발사체를 만드는 XS-1 프로젝트는 1단계를 넘어 실제 크기 프로토타입을 제작하는 2단계로 진행할 계획입니다.

- 저렴한 재사용 우주 발사체 XS-1

XS-1은 과거 우주 왕복선의 소형화 버전으로 저렴한 위성 발사를 목표로 하고 있습니다. 위성 발사는 군사 목적으로 매우 중요하기 때문이죠. 동시에 적에 의해 GPS 및 정찰 위성이 파괴되었을 때 위성 시스템을 긴급 복구하기 위해서 재발사 시간이 매우 빨라야 한다는 것도 목표입니다.

현재 DARPA는 보잉, 노스럽 그루먼, 마스턴 우주 시스템의 3개 회사를 1차 대상자로 선정해 각각의 디자인을 경쟁시키고 있습니다. XS-1의 프로토타입은 음속의 10배까지 속도를 높인 다음 작은 로켓을 발사해 위성을 저지구궤도(LEO)에 올리는 2단 로켓 구성입니다. 1단에 해당하는 로켓은 항공기 구조로 재사용이 가능하며 위성을 발사하는 2단은 일회용입니다.

XS-1의 1회 발사 비용은 500만 달러 이하로 저렴해야 하며 프로토타입에서 페이로드는 900~500파운드(408kg~80kg) 정도입니다. 그리고 10일 내로 10회라는 아주 빠른 재발사 시간을 지녀야 합니다.

달성이 쉽지 않아 보이는 목표지만, XS-1은 이전의 우주 왕복선과 큰 차이가 있습니다. 우주 왕복선은 화물 포함 100t에 달하는 거대한 우주선을 궤도에 올리기 위해서 엄청난 연료가 필요했습니다. 이는 100t에 달하는 우주선을 음속의 25배로 가속해야 가능한 일입니다.

반면 XS-1은 음속의 10배 정도라는 훨씬 쉬운 목표를 달성하고 다시 귀환하는 준궤도(sub orbital) 로켓입니다. 무인 로켓으로 사람이 타는 부분도 필요없고 연료도 훨씬 적게 실어도 문제없습니다. 그래서 비용이 낮아질 수 있는 것입니다.

물론 최종 성공 여부는 지켜봐야 알 수 있습니다. 이번에도 역시 비용을 초과하거나 기술적 어려움에 직면하면 취소될 가능성은 얼마든지 있습니다. 이 역시 정부 개발 사업이니까요.

솔직히 앞서 NASA가 계획했던 프로젝트 중 하나라도 성공했다면 머스크나 베조스 모두 우주 로켓 대신 다른 사업을 알아봐야 했을지 모릅니다. 의도한 바는 아니겠지만, NASA의 실패 덕분에 이들의 성공이 있었던 것이죠.

그런데 그 실패는 앞서 말했듯이 관료제의 산물일 수 있습니다. 어쩌면 일각에서 제기하는 것처럼 진정한 혁신은 이제 민간 주도로 진행되는 것이 맞을지도 모릅니다. XS-1이 실패한다면 이와 같은 주장은 더 설득력을 얻게 될 것입니다.

반면 XS-1이 성공한다면 재사용 발사체 개발 사업은 또 다른 전환점을 맞이할 수도 있습니다. 여기서 기술력을 확보한 보잉이나 록히드 마틴같은 전통적 대기업이 이 분야에 끼어들어 민간 기업과 경쟁을 할지 모릅니다.

어느 쪽이 옳은지는 아직 결론을 내리기는 이르지만, 한동안 침체기를 겪었던 저렴한 우주 발사체 개발이 민간과 정부의 투자로 다시 치열해지는 것 같습니다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com