Beyond the Space

                              <국제우주정거장과 지구>
대중적인 우주관광…

아마도 이것은 많은 사람들이 어릴 적에 한번쯤은 생각해 봤을 법한 생각이다.

나 또한 어렴풋이 21세기에는 하늘을 나는 자동차가 생기고

누구나 편하게 달에 세워진 도시로 갈 수 있다는 어린이용 과학 잡지의 미래 생활에 대한 기사가 떠오른다.

하지만 21세기에 돌입한지도 8년이 흐른 지금 달 기지는 고사하고 하늘을 나는 자동차 조차 구경할 수 없다.

과연 누구나 손쉽게 우주로 나가고 달 기지로 갈 수 있기 위해서는 앞으로 무엇이 어떻게 변해야만 하는 것일까?




대중적인 우주관광이라는 것은 많은 사람들이 자유롭고 비교적 손쉽게 우주관광을 할 수 있어야 한다는 것을 전제로 한다.

그러기 위해서는 가격이 비교적 저렴해야 하고 특별한 훈련을 받지 않아도 되며

쾌적한 환경에서 순수하게 관광, 즉 우주를 구경할 수 있어야 한다.

지난 포스트에서 지금과 같이 우주관광상품의 가격이 비싸게 된 이유를 몇 가지 들었다.

따라서 그 원인을 하나씩 극복하기 위해서는 현재 사용되고 있는 우주선(우주발사체)의 개념이 변화되어야 할 필요가 있다.


먼저 우주발사체의 일회성을 없애고 재사용이 가능하게 설계해야 할 것이다.

재사용 발사체의 가장 이상적인 케이스는 여타 SF 영화나 만화에 등장하는 것과 같이

추가 장비의 장착 없는 하나의 우주비행체를 통한 발사와 귀환의 완료이다.

쉽게 생각한다면 연료 탱크와 일체형으로 제작된 미국 Space Shuttle일 것이다.




                 <NASA 우주왕복선의 발사 순간>

상상만으로도 문제점이 떠오르지 않는가? 그렇다,

지상에서부터 액체로켓엔진을 사용하여 발사를 하게 되면 엄청난 양의 추진제가 필요하다.

Space Shuttle의 경우에는 외부 연료 탱크 용량이 200만 리터이며 탱크 자체의 무게만도 36톤에 달한다.

즉, 귀환시에 너무 무거워진다는 것이다.

이것은 재진입을 위한 역추진 엔진에 더 높은 추력이나 점화 시간을 요구하고

필연적으로 역추진 엔진의 추진제 또한 더 많이 요구하게 되어 상당히 비효율적인 설계가 될 것이다.

뿐만 아니라 거대한 탱크 때문에 비행체의 부피가 커져 표면적이 넓어진다.

넓은 표면적을 대기권 재진입시의 열로부터 보호하기 위해 추가적인 단열 타일이 필요하고

재진입시 단열 타일의 많은 부분이 손실된다는 것을 생각 할 때

가격 상승과 더불어 유지보수에 들어가는 노력 또한 더 많이 필요할 것이다.

이러한 문제들을 해결하기 위해서는 첫째, 밀도가 획기적으로 높은 추진제를 개발하거나 둘째, 일체화 설계를 포기해야 한다.

하지만 새로운 추진제의 개발은 너무 요원한 것이기 때문에 아무래도 두 번째 안과 같이 일체화 설계를 포기해야만 할 것이다.

즉, 거대한 외부 탱크에도 비행 시스템과 재진입 시스템을 탑재하여 회수하는 것이다.

비록 개발과 생산에는 많은 비용이 들어가겠지만 유지보수 비용만 적게 들어가고

충분한 설계 수명을 확보할 수 있다면 문제가 되지는 않을 것이다.

현재까지 고려되고 있는 차세대 우주왕복선의 개념에서는 위에서 설명한 것처럼

발사체의 보조 부스터뿐만 아니라 주 연료 탱크 및 엔진도 재진입을 감수하고

회수하는 것으로 완전한 재사용 우주발사체의 목적을 이루려고 하고 있다.

(거기에 무인 비행을 통해 회수하는 Fly Back 개념까지 포함되어있다.)



                  <차세대 우주왕복선 개념도>

이 방법이 가장 직관적으로 확실하긴 하지만 가능하다면 외부 연료 탱크와 같은

거대한 물체의 재진입은 피하는 것이 올바른 선택일 것이다.
 

p.s.

연구가 진행중인 새로운 우주발사체 개념을 잠깐 소개하고자 한다.

이 방법은 최대한 추진제의 양을 줄여서 일체화 설계를 포기하지 않는 것이며

아직 기술적으로 증명되지는 않았지만 충분히 시도해 볼만할 것이다.

이 방법은 바로 관성을 이용하는 것이다.

대기권 내에서 충분한 가속을 통해 높은 속도를 얻을 수 있다면 우주를 향해 말 그대로 ‘쏘아 보낼’ 수 있을 것이다.

가장 추진제의 소모가 심한 낮은 고도에서의 이탈을 대기권 내에서 사용 가능한

추진 시스템으로 이룰 수 있다면 많은 부분에서 질량과 부피를 감소시킬 수 있을 것이다.

자세한 내용은 차후에 다른 포스트에서 다루기로 하겠다.