스타십, 스페이스X
호기심과 가능성으로 가득 차 있는, 별 너머로 떠나는 여행. 그것이 우리 인간의 미래입니다.
- 일론 머스크, 2019년 9월 28일 스타십 최신 발표회에서
스페이스X에서 개발 중인 다목적 초대형 우주발사체. 단기적으로는 팰컨 9과 팰컨 헤비를 대체하며, 나아가 발전된 재사용으로부터 우주 수송 산업의 새로운 경제적 접근을 구축, 확립하고, 달과 화성 탐사, 그리고 장차 먼 미래에 있을 화성보다 더 멀리 위치한 천체들에 대한 탐사 계획까지 고려해 설계된 기체이다.
스타십(Starship, 2단부)과 부스터(Booster, 1단부), 그리고 재사용 시스템으로서 발사, 정비, 급유, 회수 장비인 OLT/OLM(OLIT)으로 구성된다. 전장 119m, 직경이 9m로, 전장 110.6m인 전대의 세계 최대 크기 및 최고 성능 로켓이였던 새턴 V 로켓을 제치고 인류 역사상 최대 크기, 최고 성능의 로켓 자리를 차지하였다. 일론 머스크에 따르면 사실상 지구에서만 필요한 부스터보다는 스타십이 메인이기 때문에, 로켓과 그 발사를 위한 재사용 설비 전체를 통틀어 스타십 발사 시스템(Starship Launch System)으로 칭한다고 한다.
공학사에 길이 남아” 스페이스X 스타십 추진체 귀환
발사 비용 획기적으로 줄여
일론 머스크가 이끄는 미국의 우주기업 스페이스엑스가 우주선 스타십(Starship)의 1단계 추진체(부스터)를 발사한 자리로 되돌아오게 하는 데 성공했다. 스타십은 스페이스엑스가 화성 탐사를 목표로 개발 중인 우주선이다. 이제껏 스페이스엑스가 회수한 로켓들은 발사대에서 멀리 떨어진 곳으로 되돌아왔는데, 부스터가 발사대로 귀환하게 되면 더 빠른 재사용이 가능해 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.
스페이스엑스는 13일 오전 8시25분께(현지시각·동부표준시) 시작한 스타십의 다섯번째 지구궤도 시험 비행에서 1단계 추진체인 ‘슈퍼 헤비' 부스터를 발사대로 귀환시키는 데 성공했다. 발사 7분 만에 우주로 나갔던 부스터가 발사대로 접근하자 발사대의 ‘ 젓가락 팔’이 이를 잡아냈다. 스페이스엑스 직원들은 “마법과 같다”며 환호성을 질렀고, 머스크는 엑스에 “타워가 로켓을 잡았다”고 적었다. 스페이스엑스의 케이트 타이스 엔지니어는 “공학 역사에 길이 남을 날”이라고 말했다.
스페이스엑스는 지난 9년 동안 소형 팰컨 9 로켓의 1단계 부스터를 지구로 회수해 재활용해왔다. 덕분에 발사 속도가 빨라졌고, 스페이스엑스는 발사비용 수백만 달러를 아낄 수 있었다. 그러나 이들 부스터들은 발사대에서 몇 마일 떨어진 바다위 바지선 등으로 되돌아왔다. 그나마 부분 파괴되기도 해 일부만 재사용됐다.
스페이스엑스는 스타십의 두 가지 주요 부분을 온전히 회수하는 것을 목표로 삼고 있다. 위성이나 승객을 실어 나를 스타십 우주선과 이를 밀어 올린 부스터를 모두 회수하는 것이다. 이날 성공한 것처럼 부스터가 발사했던 자리로 되돌아오면 신속한 재사용이 가능해져 우주 비행 비용을 크게 절감할 수 있다. 에이피(AP) 통신은 “30분 만에 재발사가 가능할 수도 있다”고 내다봤다. 스타십이 하루에 여러차례 비행을 할 수 있게 된다는 뜻이다. 이날 시험 비행에서 부스터는 발사대로, 우주선은 인도양의 예정된 위치로 회수됐다.
이번 시험 비행은 지난 6월 6일 네 번째 시험 발사 이후 4개월여만에 시행됐다. 머스크는 화성을 개척해 인류가 이주할 수 있게 한다는 목표로 스타십을 개발해 왔다. 이 우주선은 미 항공우 주국(NASA)이 반세기 만에 인류를 달에 보내려고 추진하는 ‘아르테미스' 프로젝트 3단계 임무에도 사용될 예정이다.
스타십은 길이 50ｍ·직경 9ｍ 규모로 내부에 150t까지 적재할 수 있도록 만들어졌다. 이 우주선을 쏘아 올리는 역대 최대 로켓인 슈퍼 헤비(길이 71ｍ)까지 더하면 발사체 총길이는 121ｍ에 달한다.
발사대에 ‘안긴’ 1단 추진체…스페이스X, 로켓 회수 기술 신기원
일론 머스크가 이끄는 미국의 우주기업 스페이스엑스가 로켓 기술의 신기원을 열었다. 로켓의 1단 추진체를 발사대로 돌아오게 하는 데 성공했다.
2단 추진체 겸 우주선도 목표 지점으로 돌아오도록 하는 데 성공함으로써 우주발사체 전체를 재사용할 수 있는 핵심 기술을 시연했다.
스페이스엑스는 13일 오전 7시25분(한국시각 오후 9시25분) 미국 텍사스 남부 보카치카 해변에 있는 스타베이스 발사장에서 화성 여행을 목표로 개발 중인 스타십의 다섯번째 시험발사에 나섰다. 이날 발사는 미 연방항공청(FAA)이 발사를 승인한 지 하루도 안돼 이뤄졌다.
머스크가 화성 여행을 목표로 개발 중인 스타십은 역대 최강 우주로켓 슈퍼헤비(71m)와 2단 추진체 겸 우주선 스타십(50m)으로 구성돼 있다. 건물로 치면 40층 높이에 해당한다. 1960년대에 아폴로 우주선을 달에 보냈던 새턴5 로켓보다 10m가 더 높다.
이날 발사대를 떠난 슈퍼헤비는 이륙 3분 후 2단 스타십과 분리된 뒤 지상으로 방향을 바꿔 7분 후 발사대로 돌아왔다. 발사대에 설치된 로봇팔 ‘메카질라’가 마치 젓가락으로 집듯 슈퍼헤비를 잡아 발사대에 고정시켰다.
뉴욕타임스는 슈퍼헤비가 지면에 가까워진 시점에 하강 속도를 늦추기 위해 엔진 일부를 다시 점화해 바닥이 훤히 빛나자, 이를 거대한 담배가 떨어지는 모습에 비유했다.
스페이스엑스의 엔지니어링 매니저인 케이트 타이스는 생방송 해설에서 “첫 시도에서 슈퍼헤비 부스터를 발사대에 붙잡는 데 성공했다”며 “오늘은 공학 역사에 기록될 날”이라고 말했다
스타십은 1단과 2단을 모두 회수해 재사용할 수 있는 구조로 설계됐으나 회수 기술을 시도한 건 이번이 처음이다.
스페이스엑스는 이미 2015년부터 주력 로켓인 팰컨9의 1단계 추진체를 회수하는 기술을 사용하고 있다. 그러나 발사대에서 멀리 떨어진 해상 바지선으로 회수했기 때문에 재사용을 위해서는 로켓을 다시 가져와야 했다. 이번처럼 발사대로 직접 로켓을 회수하면 재사용 비용과 기간을 훨씬 더 줄일 수 있다
2단 회수는 아직 시도하지 않았다. 이날 2단 스타십은 고도 212km까지 올라가 최고 시속 2만6천km의 궤도비행을 하며 지구를 거의 한 바퀴 돌았다. 이후 다시 대기권에 진입한 스타십은 1400도 이상의 마찰열을 견뎌내면서 이륙 1시간6분 후 오스트레일리아 서쪽 인도양 해상 목표 지점에 정확히 착수했다. 6월 4차 시험발사에선 재진입 도중 방열판 일부가 떨어져나간 바 있다. 이에 따라 스페이스엑스는 방열판을 재설계했다. 스타십은 바다로 착수한 후 폭발했다. 스타십은 시험비행에서는 재사용을 위한 해상 바지선 회수 프로그램을 가동하지 않기 때문에, 폭발은 성공 여부에 영향을 끼치지는 않는다.
머스크는 비행이 끝난 직후 엑스(옛 트위터)에 “스타십의 두가지 목표가 모두 달성됐다”며 “오늘 다행성족을 향한 큰 발걸음을 내디뎠다”고 말했다.
이륙과 재진입시 엄청난 굉음…“지진 일어난 줄
뉴욕타임스는 그러나 슈퍼헤비가 초음속으로 하강하면서 내는 굉음(소닉붐)에 사람들이 깜짝 놀라고 일부 주민들은 불만을 터뜨렸다고 전했다. 스페이스엑스 발사를 모니터링하고 있는 야생생물학자 저스틴 르클레어는 뉴욕타임스에 “40마일(64km) 거리의 내 집도 이륙과 재진입시 흔들렸다”며 “로켓이 발사된다는 걸 몰랐다면 정말 작은 지진이 일어난 줄 알았을 것”이라고 말했다.
스페이스엑스는 발사를 거듭할수록 향상된 기술력을 선보이고 있다. 2023년 4월 1차 발사에선 2단 로켓이 분리되지 않은 채 발사 몇분만에 공중 폭발했으나 11월 2차 발사에선 2단 로켓 분리와 33개 엔진을 전부 점화하는 데까지 성공했다. 이어 올해 3월 3차 발사에선 처음으로 대기권 재진입 단계까지 이뤄냈고, 6월 4차 발사에선 궤도 왕복비행에 성공했다.
2026년 달 유인 착륙에 사용할 우주선
5차 시험발사 성공으로 2026년 9월로 잠정 예정된 미 항공우주국(나사) 아르테미스 3호의 유인 달 착륙 비행에 대한 기대감도 커졌다. 나사는 스타십을 달 착륙선으로 사용할 예정이다.
스페이스엑스는 스타십이 달까지 가려면 약 10번의 우주 급유가 필요할 것으로 보고 있다. 머스크는 이르면 올해 안에 궤도에서의 우주 급유 시험도 실시할 계획이다.
머스크는 지난 9월 소셜미디어 엑스에서 스타십으로 2년 후 화성 무인 착륙, 4년 후 화성 유인 착륙을 시도할 수 있을 것으로 내다봤다.
역대 최강 우주발사체인 슈퍼헤비는 추력 7500톤으로 최대 150톤(재사용 기준)의 화물을 지구 저궤도에 올려놓을 수 있다. 나사가 달 유인 착륙 프로그램 아르테미스를 위해 개발한 에스엘에스(SLS)의 거의 두배다. 재사용하지 않을 경우엔 최대 250톤까지도 탑재할 수 있다.
스타십은 엔진 수는 1단 슈퍼헤비에 33개, 2단 스타십에 6개를 합쳐 모두 39개다. 이는 현재 이 회사의 주력 로켓인 팰컨9의 4배에 이른다. 연료를 모두 주입한 스타십의 총 중량은 4900톤(건조중량 300톤)이다.
스타십 우려, 회의적 시선
스타십에 대해 회의적인 시선을 가진 이들은 로켓 재사용, 급유 등의 아이디어보다 100명 이상을 태운다는 점이 비현실적이라고 주장한다. 화성을 개척하고 그곳에서 관광업 외의 수익을 뽑아내려면 적어도 화성 개척이 수십 년 이상 지속해야 할테니, 화성 식민지 유지 비용과 스타십 발사 비용은 이 100명의 승객들이 지불하는 스타십 표 값을 통해 조달할 수밖에 없다. 즉 탑승 인원과 발사 횟수를 늘려 규모의 경제를 통해 사업을 유지한다는 것인데, 과거 냉전기 정부 지원으로 진행되던 우주 개발이 정부의 지원이 끊기자 발전이 정체된 것과 같은 사태를 자본주의 경제 논리의 힘으로 막겠다는 것이다. 문제는 이 말은 스타십이 충분한 승객을 확보하지 못하거나 어떤 이유로 발사를 못 하게 된다면 화성 식민지 개척이 망한다는 말이 된다.
화성으로 스타십을 발사할 수 있는 주기는 26개월에 한 번씩만 돌아오므로 스타십은 이때에 몰아서 최대한 여러 대를 동시에 발사해야 한다. 스페이스X의 구상에 따르면 한 번에 1000대의 스타십이 동시에 화성으로 향할 것이라고 하는데, 이 말은 약 10만여 명의 지원자들에게 우주비행사 훈련을 시켜서 탑승 조건을 충족시켜야 한다는 말이 된다. 2021년까지 우주에 나가본 모든 우주비행사의 수가 고작 569명밖에 되지 않는데, 단순 탑승객들에게 전문 우주비행사 수준의 훈련을 시킬 필요는 없다 쳐도 2년마다 10만 명을 훈련시켜야 한다. 그리고 우주비행사 훈련이라는 것이 호락호락한 것이 아니기에 우주 관광을 하려고 수천만 달러를 지불해놓고도 훈련을 통과하지 못하거나 건강 문제가 있어 우주에 가지 못한 사람도 많다. 스페이스X가 이 문제를 해결하려면 2년마다 10만명을 훈련시킬 인프라를 마련하고 건강에 심각하지 않은 문제가 있거나 능력이 다소 떨어지는 탑승객도 스타십에 탑승시켜야 할 것이다.
또한 안전 문제에 대한 우려도 있다. 우주 비행의 특성상 지구 중력권을 벗어난 뒤 사고가 터지면 탑승객들이 몰살당할 것은 기정사실이다. 만일 스타십이 화성 이주에 지원한 민간인 탑승객 100여 명을 태운 채로 폭발하여 이들이 전멸한다면 이후 스페이스X의 화성 개척 계획은 심각한 차질을 빚는다. 과거 STS-51-L, STS-107 참사 당시 원인 규명과 재발 방지 대책 마련으로 NASA의 우주 계획은 몇 년씩이나 정체되었고, 강화된 안전 규정으로 발사 비용은 치솟았다. 스타십에서 사고가 발생해서 사고 조사를 하느라 26개월마다 찾아오는 발사 기회를 놓친다면 당장 이주민을 계속 실어나르지 않으면 망하는 화성 식민지는 큰 위기를 맞을 것이다. 스페이스X가 발사를 강행하려 해도 정부에서 규제를 강화할 수도 있고, 안전에 대한 우려로 탑승객의 숫자가 급감할 수도 있다. 일론 머스크 본인이 사업 초기엔 탑승자가 꽤 죽을 수 있다#라고 발언한 것을 보면 머스크 본인도 안전 문제에 대해 인식은 하고 있는 것으로 보인다. 그러나 머스크는 '위험하지만 위험을 감수할 만한 멋진 모험이다' 수준의 낙관적인 태도를 취하고 있다. 물론 이 발언은 대중을 상대로 하는 인터뷰지만 실제로 사고가 발생했을 때 사업이 무너지지 않고 지속할 방안이 있을지는 의문이다.
역사상의 비슷한 사례라고 볼 수 있는 대항해시대 당시의 신대륙 식민지 개척의 경우, 신대륙을 오가는 범선을 타는 것은 해난사고, 해적, 질병 등의 위험으로 사망할 위험이 매우 높은 오늘날의 우주여행 이상으로 위험한 여행길이었다. 하지만 당시는 인권과 안전에 대한 인식이 지금보다 훨씬 낮았고, 항해의 성공률이 낮더라도 낮은 확률로 신대륙의 향신료나 귀중품을 싣고 돌아온다면 그 이상의 이득을 얻을 수 있었기에 안전에 대한 우려로 탐험이 중단되는 일은 없었다. 그러나 이런 현상이 우주 개척에도 동일하게 적용되려면 사망자가 생기더라도 우주개척을 해야한다는 사회적 공감대가 형성되고 우주 개척을 통해서 위험을 능가하는 큰 이득을 얻을 수 있는 경제적 동기도 있어야만 한다.
나아가 비슷한 맥락으로, 현재 실체적으로 계획되는 스타십의 준궤도 민간 수송에 대한 비판도 어느 정도 존재한다.
발사대 위치 선정 문제
우선 로켓은 소음이 어마어마하다. 공항도 소음문제 때문에 거주지역 근처에 짓지 않으려고 하는 판에 로켓이라면 사람들이 사는 중심지에서 멀리 떨어질 수밖에 없다. 그러나 사람들이 많이 있는 곳에 지어야만 한다는 모순에 도달한다. 거기다가 도시 근처는 이미 건물들이 빼곡하게 있어 남은 곳은 바다다. 이는 컨셉영상에서도 로켓을 타기 위해 배를 타고 나가는 점에서 볼 수 있다. 바다는 육지와 또 다른 문제들이 많은데, 모든 도시가 바다를 끼고 있는 것도 아니기 때문에 건설 가능한 곳이 한정적이고 이 로켓 발사대는 연안이 아닌 먼 바다여야만 한다는 것이다. 케네디 우주센터에서 로켓 발사대와 가장 가까운 야외 전망대가 로켓 발사대와 8km 정도 떨어져 있다. 하지만 이곳은 어쩌다 한번 로켓을 쏘고, 사람이 매일 사는 것도 아닌 데다가, 여기 온 사람은 로켓 발사를 보고 싶어서 왔으니 소음을 참을 수 있다 하지만, 스타십이 쓰는 발사대는 이보다 훨씬 더 멀어야 한다는 것이다. 일론 머스크 본인도 2019년에 발사대는 20마일(약 32km) 떨어져 있어야 할 것이라고 인정한 바 있다. 문제는 먼 바다는 육지보다 날씨 예측이 힘들고, 로켓은 날씨에 굉장히 민감하다.
발사대까지 이동수단 문제
그렇게 바다로 나가야 한다면 영상과 같이 배 한 척으로 발사대까지 이동한다고 가정하고, 여객기가 보통 500~800명의 사람을 태우고 가는데 스타십도 마찬가지라 하자. 쾌속선이 최고속도 100km/h로 운행하고, 모든 사람을 다 태워서 간다고 했을 때 32km를 가는 것은 약 19분이 소요되나, 쾌속선이 출발하자마자 100km로 달리고 100km에서 갑자기 정지하는 것도 아니니 25분 걸린다는 예측이 어긋난 것은 아니다. 그럼 그 사람들이 스타십을 타고, 목적지에 도착해서 다시 또 쾌속선을 타야 한다. 도착하는 발사대도 먼 바다에 있을 것이기 때문이다. 그럼 발사대까지 왔다 갔다 하는 데에만 약 50분이 걸린다. 여기다가 사람이 타고 내리고 짐도 같이 타고 내려야 하니 공항에 있는 비행기 탑승보다 훨씬 더 걸리는 건 당연한 수순이다.
시간
과거 성층권을 통해서 초고속 운행을 하던 아에로스파시알-BAC 콩코드 여객기 사업이 실패한 이유는 대서양 횡단을 일반 비행기보다 4시간이나 빨리 해줄 수 있음에도 불구하고, 그 비용과 소음을 만회할 수 없었기 때문이다. 여객 스타십도 위에 내용을 봤을 때 이를 극복할 수 있을 것 같지는 않다. 모든 게 정상적으로 돌아간다고 하고 시간을 예측해 보면.
발사대로 이동할 쾌속정 탑승(10분)
쾌속정으로 발사대까지 이동(25분)
탑승, 이륙준비, 안전교육, 쾌속정의 수하물 로캣으로 이송(15~20분)
이륙, 이동, 착륙(39분)
항구로 이동할 쾌속정 탑승 및 수하물 적재(20분)
발사대에서 항구로 이동(25분)
이러면 약 2시간 14분 걸린다. 물론 애초에 장거리 노선을 타겟으로 상정한 채 수요를 공급하는 요소 중 하나로 구성했지만, 어느 정도 들어간 사업비에 비해 사용 가능한 노선이 한정적이고, 단거리 노선도 추가시키자니 안정성과 비용 때문에 수요가 낮아서 타는 사람이 없게 되고, 그래도 운행을 해야 하니 콩코드처럼 몇 년간 돌아가다가 결국 중단할 거란 회의론이 대두하고 있다.
보카치카에 스타십 전용 우주센터를 짓기까지 많은 문제가 있었으나 그 중 특히 문제가 되었던 것은 주변에 사는 주민들을 설득하는 것이었다. 이는 아직 진행형이며 문제는 아직까지 해결되지 않았다.
보카치카 상황을 전달하는 NASASpaceFlight 유튜브 채널에 매일같이 올라가는 동영상을 찍는 사람도 보카치카 주민중 한 사람이며 매일 트위터와 유튜브로 우주센터에서 일어나는 일들을 전세계 사람들에게 전해주고 있다. 이러한 문제에 대해 주민들과 직접 인터뷰한 매체가 있으며 내용을 보면 이들이 현재 가지고 있는 고민과 고통을 잘 설명해주고 있다
2021년 텍사스 대한파 및 정전 사태 당시 급격한 기온 하강으로 기절한 바다거북들 중 일부를 보카치카의 시설에 수용하고 난방 설비를 공급한 바 있다.
2021년 4월 중국이 스타십을 거의 그대로 배낀 듯한 새로운 로켓 콘셉트를 공개했다.
2021년 8월 25일 제작 밎 발사를 소재로 한 보드게임이 만들어졌다.
2023년 4월 기준 시험 발사를 거친 발사체 중 가장 뛰어난 성능을 가졌다. 상용화에 성공한다면 의심의 여지 없이 가장 강력한 발사체가 될 예정이다.
시험발사중 로켓이 연달아 덤블링을 하다 폭발하자, 꼭 Kerbal Space Program에서 부품간 연결 문제로 휘어져 돌다 폭발한 것 같아 관련 게이머 사이에서 화제가 되었다.
대륙간 이동이 자유롭고 탑승 인원과 화물 무게 제한이 상당히 높기에 일각에선 이를 이용해 군용으로 이용할 수 있지 않겠냐는 의견이 나온다.