우주여행

우주여행

 

며칠 전 스페이스 X의 유인우주선 발사가 성공되었다는 소식을 접했다.  1차 시도는 기상악화 때문에 실패했지만 며칠 뒤인 2차 발사에서는 성공적으로 발사를 마무리했다. 또한 성공적으로 우주정거장에 도킹까지 완료했다는 소식이 들려왔다.

일론 머스크의 꿈이자 스페이스 X의 목표인 화성 이주계획 이 첫걸음을 내딛은셈이다. 그렇다면 유인우주선은 우리가 흔히 타는 비행기와 어떤 점이 다르며 어떤 구조로 되어있는지, 비용은 얼마나 들지를 한번 알아보자.

2004년 6월 21일, 최초의 민간 우주선인 스페이스쉽원이 첫 우주 비행에 성공했다. 스페이스쉽원(SS1)이 도달한 100km의 높이는 지구 대기와 우주의 경계였다. 이후 스페이스쉽원(SS1)은 2004년 9월 주 2회 재출시에 성공해 안정적인 비행 능력을 인정받았다. 

이처럼 첫 유인우주선은 스페이스 X에서 발사한 게 아니라 스케일드 콤포지트이라는 회사에서 처음만든 스페이스쉽원이었다.

민간 우주선 개발비는 200억 원으로 미 항공우주국(NASA)이 우주선 개발에 투입할 수조 원에 비하면 매우 낮은 수준이다. 이런 민간 우주선이 적극적으로 개발되면 우주인이나 억만 원 정도가 아니라 일반인에게 우주여행의 기회를 줄 수 있을 것이다. 우주 비행의 즐거움을 상상하면서 스페이스쉽원(SS1)의 구조와 비행 원리를 살펴보자.

 

 

우주선 구조

 

추진기관 : 하이브리드 로켓
하이브리드 로켓은 일반적으로 고체 로켓이나 액체 로켓과 같은 한 종류의 추진체로 구성된 추진체가 아니라 고체 추진체와 액체 추진체를 동시에 사용하는 추진 체다. 고체 로켓은 주로 고체 로켓을 주 엔진으로 사용했지만 압축률이 높고 고체 로켓의 대부분을 줄일 수 있었기 때문이다. 그러나 우주왕복선 챌린저호의 폭발에서 알 수 있듯이 대형 고체 로켓은 항상 폭발의 위험에 처해 있었다.
반면 하이브리드 로켓은 고체 로켓보다 크지만 액체 로켓만큼 크지는 않다. 개발비와 제조비용이 낮다는 장점도 있다. 이에 따라 우주산업에 도전하기 위해 안전하고 저렴한 하이브리드 로켓을 이용하려는 민간 기업이 늘고 있다. 로켓의 몸집이 커진다는 단점은 첨가물을 연료에 섞어 날아다니며 문제를 극복하려는 것이다.
우주선 1호(SS1)에 사용되는 로켓은 추진체처럼 고무와 같은 성질을 가진 히드록 시계종 폴리부타디엔(HTPB)을 사용하고, 실온에서도 쉽게 압축할 수 있는 이산화질소(N2O)를 산화제로 사용한다. 추진제 탱크에서는 산화제와 추진제가 결합해 연소를 일으키며, 당시 발생한 가스가 분사돼 일반 우주로켓처럼 로켓을 추진하게 된다.

• 우주선: 스페이스십원
스페이스십원은 최대 100㎞ 높이 비행에 적합하며, 구조도 비행기와 비슷하다. 100。 C까지 상승 후 대기권에 재진입할 때 안정성이 확보되도록 깃털이라는 날개를 접었다 폈다 할 수 있도록 설계됐다. 이 우주선은 몸에 둥근 창을 가지고 있지만 조종사의 시야를 확보하기 위해 고안되었다.

•  모선: 화이트 나이트
정상적인 우주 로켓은 발사장에서 수직으로 발사되지만 우주선의 경우 모선을 타고 공중에서 발사된다. 우주선이 일정 높이로 발사되면 통과해야 하는 공기의 양을 줄이고 저항을 줄여 소량의 추진체라도 효율적으로 비행할 수 있게 된다. 우주선을 일정 높이까지 올린 운송수단을 '모선'이라고 하지만 모선의 내부 구조는 일반 우주선이나 비행기의 구조와 크게 다르지 않다. 조종석은 외부 공기와 격리되어 있으며 주변 압력의 변화에 영향을 받지 않을 수 있다.

 

스페이스쉽원(SS1) 비행 프로세스

 

유인 우주선은 대부분 발사기지를 이용해 지상 발사하지만 스페이스십원(SS1)은 자체 개발한 '화이트 나이트'라는 모선을 타고 공중에서 발사된다. 모선인 화이트 나이트호는 스페이스십원(SS1)과 함께 이륙해 음속을 가속하면서 높이 15cm에 이른다. 이때 우주선 1호(SS1)가 모선을 떠나 몇 초간 미끄러져 내려가면서 추진력을 준비한다. 추진에 사용되는 하이브리드 로켓에 불이 붙으면 추진력을 얻어 약 65초간 45km 높이까지 날아간다.

이 높이에서는 이미 공기 밀도가 낮고 공기에 대한 저항도 거의 없다. 따라서 우주선을 추진하는데 필요한 연료를 모두 사용한 뒤 관성 때문에 45km가량 늘어난다. '우주'로 취급되는 약 100km의 높이에 도달하면 우주선은 자유롭게 떨어져 지구 대기권으로 되돌아간다. 대기권 복귀 시 공기와의 마찰에 의해 매우 뜨거운 열이 발생한다. 이럴 경우 비행기가 폭발할 위험이 있기 때문에 속도를 적절히 늦춰야 한다. 이 때문에 우주선 원 플라이 본체는 위쪽으로 비행하면서 능률적인 형태로 형성되며, 아래쪽으로 비행할 때는 비행방향에 수직이 되도록 날개를 접어서 공기저항을 증가시킨다.