기획·칼럼

현존하는 가장 강력한 로켓 – 우주 발사 시스템

[인류는 다시 달에 갈 수 있을까] 우주 발사 시스템(Space Launch System) VS. 새턴 5호

우주 발사 시스템의 임무

우주 발사 시스템은 우주비행사와 우주선을 지구 가까이 있는 소행성, 달, 화성 그리고 대부분 지구-태양 라그랑주점에 수송할 수 있는 능력을 목표로 개발되고 있다. 또한, 필요한 경우 국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)으로의 수송도 가능해야 한다. 우주 발사 시스템 계획은 미항공우주국의 오리온 우주선과 통합되어, 네 명의 우주비행사가 캡슐형의 승무원 모듈로 지구에 귀환함을 목표로 하는 아르테미스 임무에 첫 번째로 이용된다. 우주 발사 시스템은 플로리다에 있는 미항공우주국의 케네디 우주 센터의 시설을 사용하기로 예정되어 있다. (관련 기사 바로 보기 – “인류는 다시 달에 갈 수 있을까?”)

참고로 우주 발사 시스템 Block 1 발사체는 처음 세 개의 아르테미스 임무를 담당하며, 이후 5개의 후속 비행은 Block 1B 발사체를 사용할 계획이며, 그 후 모든 비행은 Block 2 발사체를 이용할 계획이다.

지난 8월 18일 발사를 점검하고 있는 우주 발사 시스템 Block 1 발사체 © NASA/Joel Kowsky

 

우주 발사 시스템의 개발 역사

우주 발사 시스템(SLS: Space Launch System)은 미항공우주국(NASA)이 개발 중인 대형 우주발사체로, 본래 2000년대 후반부터 계획하던 달과 화성을 넘어서는 유인 탐사를 수행하려던 컨스텔레이션 계획(Project Constellation)을 기반으로 개발되던 로켓이다. 2010년 예산 문제로 잠시 주춤했지만, 위 발사체는 시간이 지나면서 더 강력한 우주발사체를 개발하는 계획으로 업그레이드되었다. 초기에는 대략 70톤을 지구 저궤도에 수송할 수 있는 계획으로 추진되었지만, 현재는 지구 저궤도까지 최소 130톤 이상의 하중을 수송하는 계획(Block 1의 경우 95톤, Block 1 B의 경우 105톤, 그리고 Block 2의 경우 130톤)으로 추진되고 있다.

본 계획은 2011년 처음 공개되었지만, 실제 개발은 지금으로부터 8년 전에 시작되었다. 즉, 1967년 11월에 첫 비행을 시작하였고 6년 만에 개발이 완료되었던 새턴 5호 로켓(Saturn V)과 비교하면 지난 55년 동안 수많은 기술 발전이 있었음에도 불구하고 훨씬 더 오래 걸리는 개발 속도를 보여주고 있다. 이는 기본적으로 위 로켓이 아르테미스 프로그램(Artemis)과 함께 진행될 예정이기에 우주복 및 인간 착륙선 시스템 개발 문제 등 크고 작은 문제들이 겹쳤기 때문이다. 참고로 새턴 5호는 로켓 공학의 아버지라고 불리는 독일 태생의 엔지니어인 베르너 폰 브라운 (Dr. Wernher von Braun) 박사가 설계했다.

1969년 케네디 우주 센터의 발사대에서 아폴로 12호의 우주선과 함께 발사를 준비 중인 새턴 5호 로켓 (왼쪽) 그리고 2022년 3월 18일 플로리다주 케이프 커내버럴의 케네디 우주 센터에서 오리온 우주선을 싣고 아르테미스 프로그램을 준비 중인 우주 발사 시스템의 모습 (오른쪽) © AP Photo

 

현존하는 가장 강력한 로켓 – 우주 발사 시스템, 새턴 로켓과의 비교

앞선 설명처럼 미항공우주국은 우주 발사 시스템을 이용하여 오리온 우주선을 2024년까지 달에 착륙시킬 계획이다. 그렇다면 위 발사 시스템은 과거 강력한 로켓들과 비교하여 어떻게 하면 다를까?

먼저 우주 발사 시스템은 현존하는 가장 강력한 로켓이다. 예를 들어서 1967년 새턴 5호(Saturn V)가 118톤급의 운반 능력을 보인 반면, 1981년 콜롬비아 우주왕복선이 24.5톤, 1987년 에네르기아 우주왕복선이 100톤을 운반 능력을 보유하고 있다. 우주 발사 시스템은 이들보다 훨씬 대형인 130톤 운반 능력이 있는 로켓이다. 우주 발사 시스템의 운반 능력이 지나치게 강한 탓에 쓸게 없이 추진력이 강한 것은 낭비라는 의견이 존재할 정도이다.

새턴 5호 로켓 © AP Photo

우주 발사 시스템의 총 길이는 약 98m로 대략 23층 높이를 자랑한다. 물론 110m의 거대한 높이를 자랑하는 새턴 V 로켓만큼 길지는 않다.(Block 1의 경우, Block 2는 새턴 5호보다 더 김) 무게는 250만kg으로 무거운 새턴 5호(대략 280만kg)보다 가볍다. 우주 발사 시스템 로켓의 지름 역시 대략 8.4m로 대략 10m의 지름을 자랑하는 새턴 5호 로켓보다 작다.

우주 발사 시스템의 4개의 RS-25 엔진의 추력 용량은 총 39.1메가 뉴턴 정도로 새턴 V의 34.5메가 뉴턴보다 대략 15% 더 높다. 우주 발사 시스템의 최고 속도는 시속 39,500km인 반면, 새턴 V의 최고 속도는 시속 28,000km이다. 우주 발사 시스템의 최대 탑재량은 대형 SUV 11대에 해당하는 27톤 정도이며 새턴 5호는 41톤까지 탑재할 수 있다. 마지막으로 우주 발사 시스템은 측면에 부착된 고체 연료 로켓 부스터에 의존하는 반면 새턴 5호 로켓은 단일 스택 추진 시스템을 이용한다.

스페이스 엑스, 러시아, 중국 등의 로켓, 그리고 새턴 5호 로켓과 비교한 우주 발사 시스템의 로켓들 © Thorenn

 

개발 비용 및 시간

강력한 성능 덕분에 비싸게 느껴지는 우주 발사 시스템의 개발 및 구축에 지출된 돈은 대략 230억 달러(한화로 대략 30조 원) 정도이다. 하지만 위 개발 비용은 인플레이션을 고려한다면 새턴 5호의 개발과 구축에 지출된 금액 절반에도 미치지 못하는 저렴한 금액이다. 1960년대에 개발된 새턴 5호의 투자 비용은 약 64억 달러(한화로 대략 9조 원)인데 이를 오늘날 가치로 환산하면 대략 70조 정도이다.

하지만 발사 비용은 다르다. 새턴 5호의 개발 및 구축 비용이 더 비싸지만, 발사 비용은 더 적게 든다. 새턴 5호의 발사 비용은 대략 오늘날 가치로 1조 7천억원 정도지만, 우주 발사 시스템의 발사 비용은 대략 5조 6천억원에 근접할 것으로 예상된다.

우주 발사 시스템의 Block2 로켓은 우주 왕복선과 비교하여 대략 2배의 크기를 자랑한다. © NASA, Space X, Bob Haslett, Financial Times

미항공우주국이 우주 발사 시스템을 사용하는 이유는?

우주 발사 시스템은 아르테미스 미션을 통하여 지구 저궤도에서 국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)과 비교하여 대략 1,000배 이상 더 멀리 떨어진 달까지 오리온 우주선 캡슐 및 기타 화물을 운송할 예정이다. 이는 무엇보다도 미래의 심우주 미션에 대한 여러 가지 점검 및 필요한 구체적인 사항들을 충족하기 위한 미션이며 아르테미스 미션을 기반으로 미래에는 점점 더 강력한 구성으로 진화할 것이다. 즉, 우주 발사 시스템은 앞으로의 미래와 직결되는 미래의 소중한 자산인 셈이다.

 

일론 머스크의 스타십은 우주 발사 시스템과 어떻게 다를까?

우주 발사 시스템은 현재 86톤의 탑재량을 지구 저궤도까지 운반하는 능력을 갖추고 있는 반면, 높이가 약 122m에 이르는 스페이스 엑스(SpaceX)의 스타십(Starship) 로켓은 대략 150톤의 운반 능력을 지니고 있다. 또한 재사용이 불가능한 우주 발사 시스템(새턴 5호도 마찬가지로 재사용이 불가능)과 다르게 스타십 로켓은 재사용이 가능한 장점이 있다. 현재 시험 발사 중인 스타십 로켓은 기본적으로 미항공우주국의 우주 비행사들을 달에 보내기 위해서 설계되었지만, 궁극적인 목표는 인류의 화성 정착과 목성의 화산 위성인 이오의 탐사이다.

 

“인류는 다시 달에 갈 수 있을까” 시리즈 안내

아르테미스 미션 안내
아르테미스 1 미션에 대하여
현존하는 가장 강력한 로켓 – 우주 발사 시스템 (SLS: Space Launch System)

아르테미스 미션 발사 안내
아르테미스 1 미션, 엔진 이상으로 발사 연기
아르테미스 1 미션의 발사, 같은 이유로 또 연기하다

(845)

태그(Tag)

전체 댓글 (0)

과학백과사전