오리온(Ōriōn)은 그리스 신화에 나오는 거인으로, 미남 사냥꾼이다. 하지만 항공 우주에서 오리온은 별자리 뿐만 아니라 다른 의미로 받아들여진다. 바로 오리온 우주선때문이다. 오리온 다목적 유인 우주선(Orion Multi-Purpose Crew Vehicle)은 현재 미국 항공우주국이 개발 중인 우주선이다.

현재는 퇴역한 우주왕복선의 뒤를 이어 미국의 차세대 유인우주선으로 사용될 예정이다. 최대 4명의 승무원을 탑승시킬 수 있고, 차후 진행될 미국의 유인 화성 탐사에 사용될 수 있는 심우주 탐사 능력을 갖추고 있어 주목받고 있다.

지난해에는 최초로 무인 시험 비행을 실시하였는데, 첫 유인 비행은 2021년으로 예정되어 있다. 첫 유인 비행을 앞두고 오리온 우주선은 다양한 실험을 하고 있다. 현지시간으로 지난 12월 5일, 오리온을 발사하였으며 임무를 마친 뒤 4시간 24분만에 지구로 다시 착륙하기도 했다.

이 날 오전 7시 5분 플로리다주 케이프 커내버럴 공군기지에서 발사된 오리온 우주선은 지구궤도 두 바퀴를 도는 임무를 마친 뒤, 발사 후 4시간 24분 만인 오전 11시 29분 멕시코 서부 바하 칼리포르니아 해변에서 600마일 떨어진 태평양에 안착했다.

이번 발사의 성공은 인류의 화성 탐사를 이끄는 그 시작이 될 것으로 평가받고 있다. 오리온 우주선은 1972년 마지막으로 달에 착륙한 아폴로 17호 이후 42년 만에 지상에서 최대 2000킬로미터(km)인 지구저궤도를 넘어 비행하도록 고안된 유인 우주선이기 때문이다.

물론 이번 시험 비행에서 우주인은 탑승하지 않았다. 미국은 이미 2003년 지구로 귀환하던 우주왕복선 컬럼비아호의 공중 폭발로 인해 승무원 7명이 사망하는 참사를 겪은바 있다. 따라서 이번 유인 우주선의 개발에 더욱 신경을 쓰고 있다.

2021년 첫 유인 비행 목표 실현을 위해 학자들은 많은 노력을 기울이고 있다. 오리온의 이번 발사 성공은 미국항공우주국의 우주왕복선 프로젝트의 재개를 알리는 신호탄으로 볼 수 있다. 오리온 우주선의 개발은 곧 컬럼비아 호의 사고와 그에 대한 미국의 우주 계획에 대한 재검토의 결과이기도 하다.

두 개의 모듈로 구성되어 있는 오리온 우주선

오리온 우주선은 유인 우주선 답게 원뿔형의 승무원 모듈(Crew module)과 원통형의 서비스 모듈(Service Module)로 구성되어 있다. 승무원이 탑승하는 곳이 바로 승무원 모듈이며, 서비스 모듈에는 우주선의 추진장치 및 추가 장비들을 탑재하게 된다.

아폴로 사령선 및 기계선에 기초하고 있으나, 내부적으로는 우주왕복선 계획을 통해 얻어진 성과의 결과물을 포함하고 있다. 검증된 기술과 해결책을 이용함으로써 위험성을 낮출 수 있다는 것이 미국항공우주국의 오리온 우주선에 대한 입장이다.

보다 진보된 항공전자 장비를 도입했으며, 진보된 생명 유지 및 폐기물 처리 장비가 설치될 것이다. 발사 중단 시스템과 발전된 전력 및 열 차폐 시스템도 있으며, 자동 랑데부 및 도킹 시스템도 존재하고 있다. 흥미로운 것은 지구로 귀환할 때는 서비스 모듈을 버리고 승무원 모듈만 귀환한다는 것이다.

여러 기술 중 논란이 되는 것은 발사 중단 시스템(Launch Abort System; LAS)이다. 발사 도중 긴급히 탈출하여야 하는 상황에 대비하여 만들어진 시스템인데, 오리온의 상단에 결합되며 비상시에는 승무원 모듈을 끌고 안전한 거리까지 날아가게 된다.

이후 낙하산을 펼칠 수 있도록 승무원 모듈과 분리되면 임무는 시스템은 종료된다. 만약 정상적으로 발사가 성공할 경우에는 사출모터가 작동하여 본체로부터 분리된다. 발사 중단 시스템은 사실 아폴로 우주선에도 있었다. 하지만 우주왕복선에서는 삭제되었으며, 이로 인해서 안전성에 대해 의문이 제기된 바 있다.

'우주비행사의 눈'으로 관찰할 수 있어

지난 12월에 있었던 발사는 앞서 이야기 했듯 사람이 타지 않았다. 하지만 '만약' 사람이 탔다면, 승무원들은 어떤 광경을 볼 수 있을까. 미국항공우주국에서는 오리온 우주선이 착륙 전 10분 동안 기록한 내용을 공개했다. 이른바 '우주비행사의 눈'(Astronaut's-Eye View)이다. (관련링크)

지구에 착륙하기 10분 전에는 오리온 우주선이 지구 대기권에 재진입하게 된다. 이때, 주변에 엄청난 온도의 플라즈마가 발생하게 된다. 이 과정에서는 지상과 교신이 모두 단절되는 이른바 '통신두절'(Blackout)상태가 된다. 실시간 통신이 불가능하다.

이때, 어떤 현상이 일어나는지 보기 위해 미국항공우주국에서는 오리온 우주선 승무원 모듈 안에 비디오 촬영 장치를 설치했다. 만약 사람이 탔다면 촬영된 당시의 모습을 그대로 보고 있었다는 가정이 성립될 수 있다. 오리온 우주선은 발사된 이후 지상의 통제센터와 실시간으로 자료를 주고 받았다.

오리온 우주선이 대기권에 진입하는 시점에서 이 영상은 시작되었는데, 오리온의 열 차폐 장치에 엄청난 온도가 전해지면서 색깔이 변했다. 하얀색으로 시작해서 마찰 온도가 올라갈 수록 노란색, 엷은 자줏빛에서 다시 심홍색으로 저점 색깔이 짙어진 것이다. (관련링크)

이번 데이터는 통신 두절 상태가 되는 착륙 전 10분 동안의 비디오 기록으로, 오리온이 지상에 안전하게 착륙했다는 것을 의미하기도 한다. 이 비디오를 판독한 결과, 극한의 조건이 지구 대기권에 재진입할 때 일어난 것으로 확인됐다.