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화성에 인류의 발자취를 새기려는 원대한 꿈이 시작되었다. 화성탐사를 목표로 개발된 미국의 차세대 우주선 오리온(Orion)이 지난 5일 발사에 성공했다. 이 우주선은 발사 후 목표한 궤도에 도달한 후 안전하게 지구로 돌아와 프로젝트의 첫발을 성공적으로 내디뎠다.
오리온은 달 및 소행성, 그리고 화성 탐사 등을 위해 제작된 다목적 유인 우주선이다. 하지만 이번 시험비행에서 우주인은 탑승하지 않았다. 이번 발사를 주도한 미 항공우주국 나사(NASA)는 보도자료를 통해 오리온이 2021년 쯤 처음으로 우주인을 태운 채 비행할 계획이고, 화성 탐사는 2030년쯤 이뤄질 전망이라고 보도했다. (관련 링크)
지구의 궤도를 돌고 있는 오리온호의 상상도 ⓒ NASA
화성탐사를 목표로 개발된 오리온 우주선
오리온 우주선은 얼마 전 까지만 해도 우주탐사를 주도했던 우주왕복선의 한계를 극복하고, 더 안전한 우주 수송 수단을 만들기 위해 탄생되었다. 과거 우주 왕복선은 모든 임무에 사람이 직접 탑승해서 우주로 화물을 수송하는 시스템으로 이루어졌다. 그러다 보니 막대한 비용이 소요되었고, 어쩌다 사고라도 발생하면 귀중한 인명이 희생되는 등 그 후유증이 상당히 컸다.
따라서 나사는 임무의 성격에 따라 우주선을 구분하여 개발하기 시작했다. 단순 수송을 위한 임무에는 무인 우주선을 사용하고, 우주인이 탑승해야 하는 임무에만 유인 우주선을 보내 위험성을 현저히 낮춘다는 계획을 가지고 우주선을 개발하였다.
이 같은 목표의 결과물이 바로 오리온 우주선과 SLS(Space Launch System)다. SLS는 대형 우주 발사체라는 의미로서 일종의 메가로켓(Mega Locket)이라 할 수 있다. 오리온이 사람과 화물이 들어가는 우주선이라면, SLS는 이를 우주 밖으로 실어 나를 수 있는 로켓 부분을 가리킨다.
과거 우주선과 로켓을 일체형으로 개발하던 방식에서 벗어나 이를 분리하여 개발하는 이유는 긴축 중인 나사의 예산 때문이다. 예전 우주왕복선에서 사용했던 연료 탱크에 엔진을 달고, 양쪽에 고체 로켓 부스터를 달아 우주선을 쏘아 올리는 등 대부분의 하드웨어를 재활용하면서 최대한으로 비용을 줄여 나가고 있다.
오리온호가 수행한 비행 테스트 항목의 요약도 ⓒ NASA
이처럼 오리온 우주선은 SLS를 이용해서 발사하는 것을 가정하고 개발되었다, 그러나 SLS 개발이 전반적으로 늦어짐에 따라 미 방위산업체인 록히드마틴사가 개발한 델타-Ⅳ(Delta-Ⅳ) 로켓으로도 발사할 수 있도록 제작되었다.
델타-IV 로켓은 저지구궤도(LEO)의 경우 약 26톤의 수하물을 실을 수 있고, 지구정지 궤도(GTO)에서는 14톤급의 수하물을 탑재할 수 있는 대형 로켓이다. 하지만 개발 중인 SLS 보다는 상대적으로 소형인 로켓이기 때문에 먼저 개발이 되었다.
수차례의 변경 끝에 결국 이번 시험 비행에서는 델타-Ⅳ 로켓에 오리온 우주선을 실었지만, SLS 개발이 완료되는 시점인 오는 2018년께는 SLS와 오리온 우주선과의 본격적인 협력 비행이 추진될 예정이라는 것이 나사의 계획이다.
나사의 관계자는 “이번 시험비행의 성공으로 멀지 않아 오리온 우주선은 SLS에 실려 달을 방문할 예정이지만, 착륙할 계획은 없다”라고 밝히며 “오리온과 SLS의 협력 비행이 달까지 운행이 가능하다는 것을 테스트하는 비행인 만큼, 이 비행 역시 안전을 위해 무인 테스트로 진행할 것”이라고 밝혔다.
달 탐사 및 소행성 탐사 계획도 있어
오리온 우주선의 정식 명칭은 오리온 다목적 승무원 수송선(MPCV)으로서, 미국의 나사와 록히드마틴사, 그리고 유럽우주국(ESA) 등이 공동으로 개발한 우주선이다.
처음 계획이 확정된 후 지금까지 10년 동안 몇 번이나 프로젝트 추진이 무산될 뻔 했지만, 이렇게 시험비행에 나설 수 있게 된 데는 ESA의 참여가 결정적이었다. ESA의 임무는 오리온에 탑재될 서비스 모듈 개발에 참여하는 것이었는데, 이미 유사한 무인우주선(ATV) 시스템 기술을 확보하고 있어서 비용이나 시간적으로 오리온 개발에 막대한 기여를 했다.
바닥 폭이 5미터이고, 높이가 3.4미터인 캡슐 모양의 오리온은 기존의 아폴로 우주선과 비슷하게 생겼지만 전체적인 크기는 더 크다. 또한 우주선 내부에는 각종 장비와 센서가 탑재되어 있어 안전한 우주 비행이 가능한지를 모니터링 할 수 있도록 되어 있다.
이번에 수행한 첫 번째 발사시험(EFT-1)에서, 나사 연구진은 오리온이 지구 대기권 재진입에 가능한 상태인지를 점검하기 위해 방열판 등을 정밀하게 조사했다. 그리고 서비스 모듈이 제대로 작동하는지 등도 테스트했다.
미 케이프 케너베랄 기지에서 발사된 오리온 우주선은 먼저 저지구궤도를 돌다가 다시 엔진을 점화해 더 높은 궤도인 지구정지궤도로 이동했다. 그리고 강력한 방사선이 흐르는 밴앨런대(Van Allen belt)를 두 번 통과하며 4시간 24분 간 지구를 두 바퀴 돌다가 각종 안전성 테스트를 마친 후 태평양에 무사히 낙하했다.
오리온호는 소행성 포획 프로젝트에도 참여할 예정이다 ⓒ NASA
안정성 테스트에서는 오리온 우주선 내부에 장착된 1천200개 가량의 센서들이 한몫을 했다. 센서들은 오리온의 위치별로 온도 및 기압 등 각종 환경 데이터를 분석하여, 우주인이 탑승해도 문제가 없는 지를 나사가 판단할 수 있도록 그 근거를 제공했다. 나사의 관계자는 “이번 테스트에서 드러난 미비한 부분을 보완하여 달 궤도를 도는 2018년의 2차 테스트에 적용할 예정”이라고 말했다.
이렇게 무인 테스트가 순조롭게 마무리되면, 3년 후인 2021년에는 EFT-2 시험비행이 실시된다. 이 테스트는 우주인이 탑승하는 유인 프로젝트다. 이 프로젝트의 경우 본격적인 화성 탐사 전에 우주인들이 탑승하여 테스트를 한다는 의미가 가장 크지만, 이 외에도 수행해야 하는 독특한 임무 때문에 반드시 우주인의 탑승이 필요하다.
그 임무란 ‘소행성 포획(ARM)’이라 명명된 계획이다. 지구 주변을 지나가는 소행성을 포획한 후 우주인이 직접 소행성으로 건너가서 샘플을 채취한다는 획기적인 발상의 프로젝트다.
지구에 근접하는 아주 작은 소행성을 위의 사진과 같은 포획 장치로 포획하여 달 궤도 근방으로 이동시켜 탐사하는 것이다. 지구에 충돌할 위험이 있는 소행성을 안전하게 처리함과 동시에 소행성에 대한 과학적 탐사, 그리고 더 나아가서는 미래의 소행성 자원을 채취하는 것까지 염두에 둔 프로젝트로 볼 수 있다.
문제는 아무리 작은 소행성이라도 이 정도 크기라면 수 백 톤 이상의 질량을 가진다는 것이다. 따라서 소행성 궤도를 변경시킬 수 있는 추진 장치는 역대 최대급이 되어야 하는데, 여기에 사용될 우주선과 로켓의 후보로 오리온과 SLS가 물망에 오르고 있는 상황이다.
김준래 객원기자다른 기사 보기stimes@naver.com
저작권자 2014.12.09 ⓒ ScienceTimes
 
 
 
 
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