NASA가 우주선용 ‘우산형 쉴드’를 개발하는 이유는?　

지구나 화성처럼 대기를 지닌 행성은 나갈 때나 들어갈 때 모두 힘들다. 우주선이 행성에서 나갈 때는 강한 중력 때문에 많은 연료가 필요하고 착륙하기 위해서 대기권에 진입할 때는 강한 마찰과 열을 견뎌야 한다. 특히 대기권 진입 시 발생하는 열은 섭씨 3,000도에 달해 일반적인 금속 소재로는 버틸 재간이 없다. 그래서 미 항공우주국(NASA)의 과학자들은 여러 가지 방법을 개발했다. 가장 대표적인 방법은 증발하는 소재를 이용한 히트 실드(heat shield)로 부피가 크고 무겁지만, 이 기술 덕분에 우주 시대를 열었다고 할 수 있다.

하지만 NASA는 히트 실드의 무게와 부피를 획기적으로 줄일 방법을 연구 중이다. 무거운 히트 실드 때문에 정작 우주선의 무게를 줄여야 하는 불편함이 있기 때문이다. 예를 들어 화성까지 탐사선을 보내는 경우 1kg당 비용이 엄청난데, 한 번 쓰고 버리는 히트 실드에 너무 많은 비용을 투자하고 있다. 재사용까지는 필요 없지만, 무게와 부피를 획기적으로 줄일 방법이 필요하다. 현재 개발 중인 대안적 기술은 풍선식으로 팽창하는 방식과 내열성이 우수한 소재를 접이식 우산처럼 펼치는 방법이다.

최근 NASA는 접이식 히트 실드의 첫 비행 테스트를 진행했다.(사진) 대기권 진입 시 발생하는 강한 열과 마찰을 우산으로 막는다고 하면 약간 의외지만, 이 우산은 최첨단 소재 기술이 적용되어 있다. 매트 형식의 탄소 섬유가 섭씨 수천 도가 넘는 높은 열과 마찰을 견딘다. 일단 실험실 조건에서 테스트는 성공적인 것으로 나타났다. 로켓을 이용한 첫 비행 테스트는 음속의 3배가 넘는 시속 3,700km 속도에서 성공적으로 이뤄졌다. 다만 이는 프로토타입의 비행 특성을 검증하기 위한 테스트이며 실제 대기권 진입 시 마찰과 열을 견딜 수 있는지는 음속의 22배에 달하는 시속 2만 7000km의 속도에서 이뤄질 것이다.

접이식 히트 실드 개발에 성공하면 앞으로 크고 무거운 히트 실드 대신 가볍고 쉽게 접을 수 있는 히트 실드를 탑재할 수 있어 우주선 개발이 한결 쉬워지고 비용도 낮아질 것으로 기대된다. 다만 대기권 진입 시에는 높은 열은 물론 강한 물리적 충격 및 압력도 견뎌야 하는 만큼 개발이 가능하다고 하더라도 최종 개발까지는 시간이 걸릴 것으로 예상된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com