세계 각국이 우주 개발 경쟁에 나선 가운데 지난해 최다 우주발사체 발사가 이뤄졌다는 발표가 나왔습니다.

지난 13일(현지시각) 세계적인 과학저널 네이처(Nature)에 따르면, 미국 ‘하버드스미소니언 천체물리학센터(CFA)’는 최근 ‘2022 우주 로켓 발사’란 분석 보고서를 발표했습니다. 보고서에 의하면, 지난 2022년 한해 동안 전 세계에서 총 186회의 우주발사체의 발사가 시도됐습니다. 그중 180회가 성공했습니다. 이는 전년보다 44회 늘어난 것입니다.

우주탐사체 발사는 중국과 미국이 주도 중입니다. 중국의 경우 2021년보다 9회 늘어난 62회 발사에 성공했습니다. 미국은 76회 발사에 성공하며 가장 많은 우주발사체를 쏘아 올렸습니다.

미국의 경우 민간기업이 우주산업을 주도 중입니다. 테슬라 최고경영자(CEO)인 일론 머스크가 창업한 민간 우주기업 스페이스X(Space X)의 경우 지난해 평균 6일에 한 번꼴로 우주발사체를 발사했습니다. 스페이스X의 지난해 발사 성공 횟수는 총 61회였습니다. 스페이스X 이외에도 다른 미국 기업들도 지난해 17회 발사에 성공했습니다.

 

2022년 우주발사체 발사 186회 성공…‘로켓 재사용 기술’ 연구 활발 🚀

우주발사체의 발사 횟수는 매년 꾸준히 늘고 있습니다. 2015년 우주발사체의 발사 성공 횟수는 84회. 2018년에는 112회로 증가했습니다. 2019년과 2020년은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행의 여파로 발사 시도와 성공 횟수가 줄었으나, 2021년부터 다시 증가 추세입니다.

우주발사체는 크게 지상에서 발사해 대기권을 돌파하는 1단 추진체, 그리고 탑재한 우주선과 인공위성을 목표 궤도까지 보내는 2~3단의 상단 추진체로 구성됩니다.

다만, 이 발사체 상당수가 ‘일회용’이란 문제가 있습니다. 대다수 발사체는 엔진 연소 직후 바다에 떨어지거나 대기권에 타면서 쓰레기가 됩니다. 이 때문에 발사체를 여러 번 쓰는 ‘로켓 재사용 기술’ 연구개발(R&D)이 뜨거운 상황입니다.

 

▲ 2018년 2월 6일(현지시각) 스페이스X의 팰컨 헤비 로켓이 미 플로리다주 케네디 우주센터에서 발사됐다. 발사 2분 30초 뒤 로켓 본체와 3개의 추진체가 분리됐다. 그중 2개의 추진체는 성공적으로 미사일 발사 기지로 돌아와 착륙했다. ©Space X

로켓 재사용 기술은 말 그대로 이들 추진체를 회수해 소모품은 교체하고, 엔진과 연료탱크 등 비싼 장비들을 다시 재사용하는 기술을 뜻합니다. 이를 통해 발사 비용과 폐기물을 모두 줄이는 것이 핵심입니다.

지난 8월 우주로 떠난 한국형달궤도선 다누리를 우주로 보낸 스페이스X의 우주발사체 ‘팰컨 9(Falcon 9)’이 대표적입니다. 팰컨 9의 경우 발사체 발사 직후 분리된 1단 추진체를 회수해 100여차례 다시 사용합니다.

1단 추진체가 대기권 재진입, 엔진 재점화 과정을 거쳐 해상 바지선으로 회수해 재사용하는 것인데요. 덕분에 1kg의 화물을 우주로 보낼 때 스페이스X 팰컨 9 발사체의 발사 비용은 2,000달러(약 248만원) 정도입니다.

스페이스X를 이끄는 머스크는 올해 발사 목표를 총 100회로 제시했습니다.

 

▲ 스토크스페이스는 100% 재사용 가능한 로켓을 개발 중인 민간우주기업이다. ©Stoke Space

상단 추진체 재사용·재활용 연구도 본격화…“스토크스페이스가 연구 주도” 🤔

앞서 살펴본대로 스페이스X의 팰컨 9은 1단 추진제를 회수 및 수리해 재사용합니다. 반면, 상단 추진체는 아직 재사용이 어렵습니다. 하단 추진체는 해상이나 지상에 떨어지나, 상단 추진체는 대기권에 진입하면서 대다수가 불에 타 사라지기 때문입니다.

이에 상단 추진체를 아예 우주 공간에서 실험실이나 거주 공간으로 사용하는 연구도 진행 중입니다.

실제로 2017년 미 NASA는 민간우주기업 나노랙스(Nanoracks)와 연구용역을 맺은 바 있는데요. 우주발사체 상단부를 국제우주정거장(ISS)의 실험실이나 우주비행사의 거주 공간으로 재사용하는 방법을 개발하는 것이 주된 내용이었습니다.

최근에는 상단 추진체도 다시 로켓으로 재사용·재활용하는 방안이 연구 중입니다. 해당 기술 연구를 주도하고 있는 곳 중 하나는 미국 워싱턴주에 소재한 민간우주기업 스토크스페이스(Stoke Space)입니다.

 

▲ 미국 워싱턴주 모지스레이크(Moses Lake)에 설치된 실험장에서 스토크스페이스의 재사용 엔진이 실험 중인 모습. ©Stoke Space

블루오리진 출신 엔지니어가 만든 스토크스페이스 “로켓 100% 재사용 목표” 🛰️

스토크스페이스는 2019년 말 설립된 스타트업입니다. 회사의 공동설립자인 톰 펠드먼앤디 랍사 박사 모두 아마존 창업자인 제프 베이조스가 설립한 민간우주기업 블루오리진(Blue Origin) 출신의 엔지니어입니다.

스토크스페이스는 상단 추진체까지 100% 재사용 가능한 로켓을 만드는 것을 목표로 합니다. 회사 측은 일전에 블루오리진의 ‘뉴 글렌(New Glenn)’과 뉴 셰퍼드(New Shepard)’ 우주선과 엔진, 스페이스X 팰컨9의 멀린(Merlin) 1C 엔진 개발 작업에 참여한 바 있습니다.

이 회사는 현재 소형위성 탑재에 적합한 소형발사체를 자체 개발 중인데요. 스페이스X, 블루오리진 등 여러 민간우주기업 출신의 직원 72명이 근무 중입니다.

스토크스페이스는 지난해 9월 미국 워싱턴주 모지스레이크에 설치된 실험장에서 자사의 상단 추진체의 재사용 엔진 실험을 진행했습니다. 실험 장면이 공개된 직후 스토크스페이스의 재사용 엔진에 대해 전문가들은 참신하다는 평가를 내놓았습니다.

 

▲ 스토크스페이스가 상단 추진체의 엔진을 설계 중인 모습. ©Stoke Space

원형 구조의 엔진은 직경이 13피트(약 4m), 15개의 개별 추진기가 달려 있습니다. 각각의 추진기별로 열차폐막이 달린 것도 것 특징입니다. 회사 측은 해당 추진기 배열 형태가 상단 추진체를 우주에서 끌고 내려오기 용이한 형태라고 설명합니다.

로켓 엔진의 경우 하단은 액체메탄, 상단은 액체수소를 고려 중이라고 회사 측은 설명했습니다. 메탄을 추진체로 사용할 경우 기존 연료와 달리 그을음이 거의 나지 않아 발사체의 재사용률을 크게 높일 수 있는데요.

실제로 스페이스X은 발사체 재사용률을 높이기 위해 액체메탄을 연료로 사용 중입니다.

 

▲ 미 워싱턴주 모지스레이크(Moses Lake)에 설치된 스토크스페이스 실험장의 전경(왼), 지난해 10월 시애틀에서 열린 제1회 브레이크스루에너지 총회에 참석한 빌 게이츠에게 자사의 기술을 설명 중인 앤디 랍사 스토크스페이스 CEO의 모습. ©Stoke Space

빌 게이츠 기후펀드도 반한 스토크스페이스, 그 이유는? 💰

스토크스페이스의 공동창립자이자 CEO인 앤디 랍사는 “재사용 시스템은 소모성 시스템보다 본질적으로 더 복잡하다”는 점을 인정합니다. 400km 상공에서 시속 2만 8,000km로 비행하는 추진체를 안전하게 하강·착륙시켜야 하기 때문입니다.

랍사 CEO는 그러면서 “비용 문제와 가용성을 최적화한다면 복잡성은 그만한 가치가 있다”고 강조했는데요.

랍사 CEO는 미 경제전문매체 CNBC와의 인터뷰에서 “우주산업이 나날이 확장함에 따라 이를 지속가능하게 만들 수 있는 방법을 생각해야 한다”고 밝혔습니다. 또 우주산업의 억제된 수요가 기술 발전에 따라 폭발적으로 증가하는 상황임을 고려할 때, 우주발사체를 최대한 재사용·재활용하는 방안을 빠르게 만들어야 한다고 랍사 CEO는 강조했습니다.

한편, 스토크스페이스는 지난 2021년 6,500만 달러(약 805억원) 규모의 시리즈 A 투자 유치에 성공했습니다. 해당 투자는 마이크로소프트(MS) 창립자인 빌 게이츠의 기후펀드 브레이크스루에너지벤처스(BEV)가 주도했는데요.

카마이클 로버츠 BEV 대표는 “메탄 누출과 산불 감지 등을 실시간으로 진행하기 위해선 더 많은 위성이 배치돼야 한다”며 “우주와 지구를 위해선 우주발사체 발사는 저비용·지속가능·재사용에서 시작해야 한다”고 설명합니다.

그러면서 스토크스페이스의 발사체 설계는 재사용 가능성에 대한 장벽을 극복할 수 있다고 로버츠 대표는 강조했습니다.

BEV 이외에도 도요타벤처스(Toyota Ventures)·스파크캐피탈(Spark Capital)·NFX벤처스(NFX Ventures) 등이 스토크스페이스에 투자를 진행했습니다. 회사 측은 현재까지 1억 달러(약 1,237억원) 이상을 투자받은 것으로 알려졌습니다.

 

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