[저멀리 우주로: 민간 우주개발] 로켓 재사용, 더 싸게 우주로 가자

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https://www.youtube.com/watch?v=Ntlr0LWdTXM

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• 더 저렴하게 우주로 가자

지구 중력을 이겨내고 우주로 가기 위해서는 천문학적 단위의 에너지가 필요하다

지구의 중력은 1G로 지구에 사는 생명체인 우리는 지구 중력에 익숙하지만 지구 중력은 꽤나 강력한 힘입니다. 그래서 우리는 한번 뛰어 오른다고 해서 막 1m 이상을 비상하지 못하죠. 하늘을 날아다니는 새들 역시 신체기관의 많은 걸 포기하고 가슴근육만 키워 날개짓으로 겨우 하늘을 날고요. 그만큼 지구에 있는 생명체와 물건들은 지구 중력에서 벗어나기 정말 어렵습니다. 그리고 이는 우주로 나아가려는 우주 개발을 발목잡는 가장 큰 요소이죠.

델타 로켓 하나를 만드는데 엄청난 비용이 든다

인류는 지구에서 벗어나 우주로 가기 위한 수단으로 막강한 에너지를 순간적으로 한 방향에 집중 발휘하는 로켓을 선택했습니다. 그러나 우주로 유의미한 인공물이나 사람을 보내기 위해서는 아파트 10층 이상 높이의 로켓 연료 탱크가 필요합니다. 그 연료 탱크와 여러 제어 장비를 넣어 안정성을 확보해야 하고, 그만큼 첨단 기술이 들어가며 비용도 덩달아 배로 뛰어버립니다. 때문에 한 로켓의 비용이 10억 달러는 우습게 넘어가버리죠.
 
 
 

• 로켓을 재사용하자

로켓의 장비는 모두 한번만 사용되는 일회용이다

한 번 만드는 초기비용이 압도적으로 비싼 로켓은 정작 딱 한번만 사용되는 일회용품입니다. 그래서 막대한 자본을 한순간에 바로 날려버리는 시스템이죠. 이는 매우 아까운 일입니다. 그래서 예전부터 비용이 비싼 우주선과 로켓을 재사용하자는 의견이 나왔고, NASA가 우주왕복선을 만들며 이를 시도했지만, 결국 실패로 돌아갔습니다.
 
 
 

• Blue Origin, 우주 여행을 위한 관문

뉴 세퍼드 로켓 구조

2000년 Amazon의 CEO 제프 베조스는 어릴 적부터 품었던 우주 개발을 사업화해 우주 관광 사업을 추진했습니다. 그래서 그는 Blue Origin이라는 기업을 설립하고 러시아와 협력해 로켓 엔진 등 우주 산업을 위한 기술력을 확보했습니다. 그리고 그는 우주여행 상품을 추진하며 지구 궤도에 안착하지 않고 우주에 잠깐 있다가 다시 지구로 귀환하는 뉴 세퍼드 로켓New Shepard을 개발했습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=9pillaOxGCo&t=177s

뉴 세퍼드 착지 실험

뉴 세퍼드 로켓New Shepard는 사람이 탑승하는 우주선과 로켓 연료, 로켓 엔진 세 구조라는 매우 단순한 구조를 가지고 있었지만 Blue Origin은 우주관광 대중화를 위해 로켓 엔진과 로켓 연료 탱크를 재사용하기로 결정했습니다. 이후 2015년 재착지 실험을 했는데 처음은 실패했지만 두번째 실험에는 성공하며 세계 최초로 로켓 수직 이착륙에 성공했습니다.
 
 
 

• SpaceX, 제자리로 되돌아가는 로켓을 만들자

https://www.youtube.com/watch?v=9ZDkItO-0a4

그래스호퍼 로켓 귀환 테스트

SpaceX의 개발 목표는 우주로 간 다음, 발사된 장소로 스스로 되돌아가는 로켓을 개발하는 것이었습니다. 그래서 SpaceX는 2002년 설립 후 그래스호퍼Grasshopper 실험로켓으로 로켓이 발사된 후 되돌아가는 실험을 진행했습니다. 그리고 2013년 드디어 SpaceX는 그래스호퍼Grasshopper 로켓을 발사하고 다시 발사대에 안착시키는 것에 성공했습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=Z4TXCZG_NEY

Falcon 9 발사와 재귀환

SpaceX는 이 실험으로 얻은 노하우를 팰컨 9 로켓Falcon 9에 적용했습니다. SpaceX는 팰컨 9 로켓Falcon 9를 스타링크 발사체와 국제우주정거장ISS 화물 운송 로켓으로 활용하며 수익을 얻는 비즈니스 모델을 설계했습니다. 그리고 SpaceX가 추구하는 방향인 더 저렴한 발사비용을 실현화하기 위해 팰컨 9 로켓Falcon 9를 재사용하는 실험을 진행했습니다.

바다 한 가운데 바지선에 착륙한 Falcon 9

2015년 SpaceX는 팰컨 9 로켓Falcon 9를 지상에, 2016년에는 해상 바지선에 착륙시키는데 성공하며 우주개발 비용을 획기적으로 줄이는 것에 성공했습니다. 특히 거센 해풍을 뚫고 바다 한 가운데에 착륙하는 것에 성공한 것은 고무적인 성과로 지구 어디에서나 착지해 재사용할 수 있음을 보여줬습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=sX1Y2JMK6g8

팰컨 헤비 발사 후 귀환

이어 SpaceX는 팰컨 9 로켓Falcon 9 3개를 묶어 화력을 증강한 팰컨 헤비 로켓Falcon Heavy를 개발했습니다. 팰컨 헤비 로켓Falcon Heavy는 세 로켓이 우주로 간 뒤 모두 지구로 귀환해야 한다는 큰 도전에 직면한 로켓으로 2018년 첫 시험 발사를 진행했고, 세 로켓 모두 성공적으로 귀환하며 대성공을 거두었습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=4Ca6x4QbpoM

Falcon Heavy 애니메이션

SpaceX는 팰컨 로켓Falcon을 이용해 우주 개척 비용을 훨씬 줄이는 것에 성공했습니다. 덕분에 SpaceX를 통한 인공위성 및 탐사선 발사는 2017년부터 호황이었고, 우주개척의 선봉장은 어느새 SpaceX가 되었습니다. SpaceX는 BlueOrigin 등 쟁쟁한 경쟁자를 밀어내고 NASA와 협력하며 미국과 전 세계 우주개발을 이끌고 있습니다.
 
 
 

• Relativity Space이 도전하는 3D 프린트와 재사용 모두 가능한 로켓

https://www.youtube.com/watch?v=9OlGy_dOZj4

3D 프린터로 제작하는 로켓

미국의 또다른 로켓 제조 기업 Relativity Space는 3D 프린터로 저렴하고 빠르게 제작하는 재사용 로켓을 연구개발하고 있습니다. Relativity Space가 개발하는 로켓은 Terran 시리즈 로켓으로 Terran 1, Terran 2, Terran R 등의 로켓들이 존재합니다. 그리고 이들은 모두 3D 프린트로 빠르고 저렴하게 제작할 수 있는 로켓입니다.
https://www.youtube.com/watch?v=Wm6AVNj1mAg

Terran R 컨셉 디자인

특히 Terran R 로켓은 2단 추진 로켓으로 1단 추진 구조여서 지구 저궤도까지 이동하는 이전 Terran 로켓과 달리 지구 궤도를 넘어 달과 화성으로 이동할 수 있는 것을 목표로 개발하고 있는 로켓입니다. Relativity Space에서 개발하고 있는 Teran 로켓은 3D 프린팅을 위해 간단한 구조를 하고 있지만 높은 내구성과 출력을 자랑하고 있고, 무엇보다도 지구로 귀환해 재사용할 수 있는 로켓입니다.
 
 
 

• Stoke Space, 상단 발사체를 재사용하자

https://www.youtube.com/watch?v=fcLuugmHV90&t=25s

Stoke Space

사람이나 물자가 탑재된 상단 로켓을 재사용하는 것을 집중적으로 연구개발하는 기업도 존재합니다. 그 기업은 워싱턴에서 창업한 Stoke Space로 페이렁 분리로 많이 버려지는 상단 로켓을 버리지 않고 재사용하는 것에 집중했습니다. 그래서 페어링을 분리하지 않고 벌려 인공위성을 우주 궤도로 보내고 상단 로켓 그 자체의 추진 에너지로 안전하게 천체에 착륙하는 것을 목표로 합니다.
 
 
 

• 란졘항톈蓝箭航天이 도전한 저렴한 로켓

주췌 1호

SpaceX가 로켓 발사 비용을 절감하며 우주개발의 선봉장으로 나아가자 중국 역시 이를 흥미롭게 바라보았습니다. 그래서 중국의 장창우 사업가는 2015년 베이징에 LandSpace, 중국어로 란졘항톈蓝箭航天이라는 기업을 설립해 민간 우주사업에 뛰어들었습니다. 란졘항톈蓝箭航天은 2018년 주췌 1호朱雀一号를 발사했지만 실패했습니다. 하지만 거기서 멈추지 않고 주췌 2호朱雀二号를 개발했습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=nW697EQy6ZU

주췌 2호 발사 다큐

주췌 2호朱雀二号는 등유나 액화수소를 이용하는 다른 로켓과 달리 특이하게 메탄을 로켓 엔진으로 이용했습니다. 로켓 연료로 주로 사용되는 등유는 발사 후 그을음이 남아 이를 청소한 후 재사용이 가능하지만, 메탄 연료는 연소 후에도 깨끗해 바로 재사용이 가능합니다. 또한 액화수소보다 밀도가 높고 저렴하며 비등점이 -163도로 관리가 쉽습니다. 마지막으로 화성에서 로켓을 발사할 상황을 고려하면 화성의 대기인 이산화탄소로 만들 수 있는 메탄 로켓 연료가 매우 이상적입니다. 때문에 여러 기업과 우주기구에서 메탄 로켓 연료를 연구했는데, 란졘항톈蓝箭航天이 2022년 주췌 2호朱雀二号 발사로 세계 최초로 이를 성공했습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=btVVemExemg

주췌 3호 재착륙 실험

이어 2024년에는 주췌 3호朱雀三号로 발사 후 재착륙 실험을 진행했습니다. 주췌 3호朱雀三号는 완전한 발사체가 아닌 로켓 연료와 엔진만 탑재한 실험 모델이었지만 발사 후 재착륙을 성공적으로 수행하며 란졘항톈蓝箭航天도 로켓을 재사용할 수 있는 기술력을 보유했음을 증명했습니다.
 
 
 

• 중국 최초의 민간우주기업 링커항톈翎客航天의 도전

링커항톈의 로켓 재사용 실험

중국에서 란졘항톈蓝箭航天이 큰 주목을 받지만 중국에서 가장 먼저 민간우주산업에 뛰어든 Linkspace, 중국어로 링커항톈翎客航天 역시 독자기술력을 보유하며 발전하고 있습니다. 2014년 베이징에 설립된 링커항톈翎客航天은 SpaceX처럼 재사용 로켓을 개발해 우주에 인공위성을 발사하는 비용을 절감하려고 하고 있습니다. 때문에 기업은 신간샨新干线이라는 로켓을 개발해 재사용 실험을 하고 있습니다.

링커항톈의 소형 인공위성 발사 산업

그래서 저렴한 가격으로 로켓을 발사하는 것에 성공해, 작은 소형 인공위성을 발사해주는 우주 발사 플랫폼 사업을 하려고 합니다. 또한 여기서 더 나아가 지구 궤도 뿐만 아니라 태양 궤도에도 도달해 우주 탐사를 도와주는 기업이 되려고 합니다. 이는 기업에 큰 이익을 가져다줄 것이기에 링커항톈翎客航天은 이를 추진하고 있습니다.
 
 
 

• 싱지룽야오星际荣耀 설립과 도전

(24) iSpace: Reusability With Chinese Characteristics - YouTube

싱지룽야오

이어 2016년에는 베이징에 i-Space, 중국어로 싱지룽야오星际荣耀라는 기업이 설립되어 로켓 재사용 사업에 도전했습니다. 싱지룽야오星际荣耀는 쐉취셴双曲线이라는 재사용 로켓을 개발했으며 수차례 발사를 하며 테스트를 하고 있습니다. 지금은 많은 실패를 하고 있지만 중국의 잠재성이 큰 기업 중 하나로 주목받고 있습니다.
 
 
 

• 톈빙커지天兵科技도 재사용 로켓에 도전하다

톈핑커지의 계획

그리고 2019년에는 강용라이가 베이징에 Space Pioneer, 중국어로 톈빙커지天兵科技를 설립하고 저궤도 재사용 로켓 개발 및 상용화를 추진했습니다. 톈핑커지天兵科技는 중국 국가항천국과 계약을 맺어 톈궁 우주정거장天宮으로 화물과 사람을 보내는 재사용 로켓을 개발했습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=ccnA4Y-JQ2s

톈롱 2호 로켓 발사 실험

톈궁커지天兵科技의 로켓은 톈롱 로켓天龙으로 2023년 톈롱 2호天龙二号 발사 실험에 성공했습니다. 그리고 2024년 톈롱 3호天龙三号를 발사했으나 공중에서 폭발하며 실패했습니다. 그럼에도 Space Pioneer는 연 30회 이상 로켓을 발사하며 우주 개척을 하겠다는 의지를 재확인했습니다.
 
 
 

• 페리에어로스페이스, 우주선 재사용에 도전하는 대한민국 기업

https://www.youtube.com/watch?v=jV070U1shRc

페리에어로스페이스

대한민국의 신동윤 대표는 우주선을 재사용해 비용을 절감하는 추세를 확인하고 2018년 페리에어로스페이스를 설립해 타 기업보다 더 저렴한 가격에 우주선을 발사하고 재사용하는 가성비를 갖춘 기업을 목표로 내세웠습니다. 페리에어로스페이스는 Blue Whale이라는 재사용 로켓을 개발하고 있으며 2023년 로켓 재착륙에 성공했습니다. 이후 BW-1 로켓을 개발해 저렴한 가격으로 인공위성을 우주로 발사하고, 로켓은 지구로 귀환시켜 재사용하는 비즈니스 모델을 구상하고, 개발하고 있습니다.
 
 
 

• Rocket Lab, 일체형 재사용 로켓 Neutron

https://www.youtube.com/watch?v=Qa7SdLdgUI4

Neutron 로켓

Rocket Lab 역시 재사용 로켓을 개발하고 있습니다. 그 로켓은 Neutron 로켓으로 다른 로켓과 달리 로켓 분리가 일어나지 않는 일체형 로켓입니다. 그래서 로켓을 발사하면 그 로켓이 모듈 분리를 전혀 하지 않고 발사 때의 모습 그대로 지구로 귀환합니다. 그리고 거기에 연료를 주입하고 물체를 넣은 뒤 다시 발사하면 됩니다. 이는 비용을 상당히 절약하는 방법으로 Rocket Lab은 단순한 일체형 재사용 로켓 기술을 연구하고 있습니다.