스페이스X 스타십 발사 및 재원 정보 - 일본 로켓과 차이 비교 (동영상)
스페이스X
스페이스X는 2002년에 일론 머스크에 의해 설립된 항공우주회사입니다. 발사체, 우주선, 소형 인공위성 등을 제조하여 페이로드(적재함) 발사 대행 및 위성 인터넷 등의 사업을 하며, 장기적인 목표로는 화성의 식민지화를 꿈꾸는 기업입니다.
일론 머스크는 창립 당시에 전문성 부족으로 회사의 생존 확률이 낮다고 보고 인사 중시의 경영을 펼쳤으며, 당시 3,000만 달러라는 상대적으로 적은 비용으로 로켓을 제조하겠다는 계획을 통해 회사를 키워나가고자 하였습니다.
필연적으로, 회사의 입사 난이도 및 업무량은 매우 혹독하다고 합니다. 한 인터뷰에 따르면 일반적인 IT기업은 면접에서 20줄 정도의 코드를 작성하지만 스페이스X 면접에서는 500줄 이상의 코드를 작성해야 할 정도로 난이도가 높다고 합니다. 초기 스페이스X 직원들은 주말이 거의 없었고 로켓 발사를 위해 마셜 제도의 열대 섬에서 끔찍한 습기와 함께 업무를 수행해야 했으며 현재에도 야근이 일상적으로 발생한다고 합니다.
스페이스X는 세계 최초의 상용 우주선 발사, 세계 최초의 궤도 발사체 수직 이착륙, 세계 최초의 궤도 발사체 재활용, 세계 최초의 민간 우주 비행사의 국제 우주 정거장 도킹 등 혁신적인 업적들을 달성하였고 21세기 인류의 우주개발을 주도하고 있으며, 세계에서 유일하게 궤도 로켓의 1단 부스터 수직이착륙 기술을 보유하고 있습니다.
이러한 기술은 NASA, JAXA, ESA, 러시아 연방 우주국, 중국 국가항천국 등 각국 정부기관조차도 우주 수송 산업에 대한 전망을 주목하지 못해 시도하지 않았던 부분이라고 합니다. 또한 세계 최초로 궤도 로켓을 100번 이상 재사용 하는데 성공하였습니다.
또한 42,000개의 인공위성을 발사해 전 세계에 위성 인터넷을 보급한다는 스타링크 프로젝트를 추진하고 있습니다.
스페이스X의 스타십 (Starship)
스페이스X에서 개발 중인 다목적 초대형 우주발사체인 스타십은 재사용 로켓을 이용하여 우주 수송 산업의 새로운 경제적 접근을 구축 및 확립하고, 달과 화성의 탐사를 위해서 그리고 더 나아가 멀리 위치한 천체들에 대한 탐사 계획까지 고려해 설계된 기체입니다.
로켓 시스템은 스타십 (Starship, 2단부)과 부스터 (Booster, 1단부), 그리고 OLT/OLM(OLIT, 발사, 정비, 급유, 회수 장비)으로 구성됩니다. 일론 머스크에 따르면 사실상 지구에서만 필요한 부스터보다는 스타십이 메인 기체이기 때문에, 로켓과 그 발사를 위한 재사용 설비 전체를 통틀어 스타십 발사 시스템(Starship Launch System)으로 부른다고 합니다.
스타십 (Starship)
사람을 다양한 행성으로 실어 나를 우주선 부분입니다. 부스터인 슈퍼 헤비가 사용하는 것과 같은 해수면 엔진 3기와 진공엔진 3기로 구성되어 있습니다.
일론 머스크의 말에 따르면 Super Heavy 없이 Starship만으로도 Single Stage To Orbit (SSTO, 단발궤도선)식 운용이 가능한 기체라고 합니다. 다만 페이로드(적재함)의 양이 극단적으로 줄어들게 되고 엔진 수명이 크게 감소할 수 있어 Super Heavy 로켓을 1단으로 사용한다고 합니다.
동체에는 네 개의 날개와 6개의 랜딩 기어가 달리는데, 날개는 구동이 가능한 날개이며 대기권 재진입 시 날개를 상하로 움직여 항력을 조절해 기체를 제어합니다. 또한 200kW를 생산할 수 있는 태양 전지판을 갖추고 있으며, 화성에 도착하는 데는 80일에서 150일가량이 소요된다고 합니다.
추후 객실과 식당은 물론 영화 관람 장비 등 편의시설 역시 탑재할 예정이라고 하며, 탑승 인원은 80~120명 정도 예상한다고 합니다. NASA가 만들고 있는 오리온 다목적 유인 우주선 & Deep Space Habitat 같은 우주 여객선 같은 기체입니다.
지구에서 떠날 때는 1단 로켓에 실려서 발사되지만 화성에서는 낮은 중력과 대기 밀도 덕분에 부스터가 필요하지 않아 자력으로 이륙하는 것을 계획하고 있습니다. 또한 편도 여행만 가능했던 이전의 화성행 로켓들과 달리 연료로 쓰일 액체 메탄은 화성 현지에서 직접 생산하여 지구와 화성 간 왕복이 가능하도록 계획 중입니다.
현재 스타십은 NASA가 반 세기 만에 인류를 달에 보내려고 추진하는 '아르테미스' 프로젝트 3단계 임무에 2026년 사용될 예정입니다.
슈퍼 헤비 (Super Heavy) 부스터
지구에서 지구 저궤도로 Starship을 쏘아 올리기 위한 1단 로켓입니다.엔진은 스타십에 들어가는 액체메탄 엔진과 같은 것을 사용하며, 현재 슈퍼 헤비 B4에는 해수면 엔진으로만 29개가 장착되어 있습니다. 그리고 슈퍼 헤비 B7이후 엔진 배치는 상하좌우로 짐벌링이 가능한 13개의 엔진이 중앙에 3개, 주위에 10개가 원형으로 배치되어 있고 나머지 20개 엔진이 바깥쪽에 고정되어 원형으로 배치되어있다고 합니다.
성층권에서 분리된 로켓이 발사대 옆에 마련된 착륙장로 귀환하며, 연료 재보급 및 정비를 거치고 스타십 탱커를 장착한 후 재발사될 수 있는 성능을 가지고 있습니다.
랩터 엔진 (RapTor engines)
스타십을 위한 전용 엔진으로, 대기권 밖 우주공간에서 최대의 효율을 내는 전유량 다단 사이클 연소 엔진(FFSC, Full-Flow Staged Combustion)으로 개발되었습니다.추진체로는 메탄과 액화 산소를 사용합니다.
스타십 개발이 진척되면서 랩터 엔진 역시 꾸준히 개량되어 현재 랩터 2까지 개발되었습니다. 대기권에서 사용하는 해수면 버전과 우주 공간에서 본격적으로 사용되는 진공 버전으로 2가지 종류가 있습니다. 로켓 효율성을 위해 두 종류로 만들었는데, 이론상 로켓 엔진의 노즐은 길면 길 수록 제트가 한 방향으로 집중되어 효율적이나 노즐을 늘리다 보면 엔진에서 나오는 제트의 압력이 낮아진다고 합니다.
진공에선 전혀 문제가 되지 않지만 대기압이 존재하는 해수면에선 Flow Seperation이 발생하여 엔진에 큰 손상을 주거나 효율을 저하시킬 수 있다고 합니다. 따라서 대기권에서는 대기권용 엔진을 사용하게 되며, Under Expansion이나 Flow Seperation이 발생하지 않는 대기권 밖에서는 해수면 엔진보다 큰 노즐을 가진 진공엔진을 사용한다고 합니다.
스타십 세번째 발사 시험
미국의 민간 우주기업 스페이스X가 달·화성 탐사를 목표로 개발한 대형 우주선 '스타십'(Starship)이 2024년 3월 14일(현지시간) 세 번째 지구궤도 시험비행에서 궤도 도달에는 성공했지만, 낙하 도중 분해되면서 절반의 성공을 거두는 데 그쳤습니다.
스페이스X는 이날 오전 8시 25분(미 중부시간) 미국 텍사스주 남부 보카 치카 해변의 우주발사시설 '스타베이스'에서 스타십을 발사했습니다. 이번 스타십의 시험비행은 우주비행사가 탑승하거나, 위성과 같은 화물이 적재되지 않은 무인 비행이었습니다.
발사 후 하늘로 날아오른 스타십은 계획대로 3분가량 지났을 때 전체 2단 발사체의 아래 부분인 '슈퍼헤비' 로켓이 상단 우주선 스타십에서 순조롭게 분리되었고 이후 스타십은 고도와 속도를 높이며 약 48분간 지구 반 바퀴를 비행했습니다. 로켓의 최고 시속은 2만6천㎞가 넘었고, 고도는 지구 저궤도로 일컬어지는 200㎞를 넘어 234㎞까지 도달했습니다.
스타십에 탑재된 카메라의 고화질 영상은 인도양 상공에서 하강해 대기권에 재진입하기 시작하면서 우주선 표면에 부착된 열 차폐막이 대기와 마찰해 붉은색 불꽃(플라즈마)을 일으키는 모습을 보여줬지만 그 직후 중계 화면이 끊겼습니다.
스페이스X 중계진은 스타십이 낙하 도중 자사의 위성 인터넷 서비스인 스타링크와 연결이 끊겼으며, 스타십 자체의 데이터 흐름도 끊겼다면서 "두 신호가 동시에 끊긴 것은 우주선을 잃었다는 뜻"이라고 말했습니다. 이어 몇 분 뒤 결국 우주선을 잃었으며, 아마도 대기권에 재진입하는 동안 불타거나 바다에 추락하면서 분해됐을 수 있다고 덧붙였습니다.
계획대로라면 스타십은 궤도비행을 마친 뒤 발사 후 약 65분(1시간5분) 만에 인도양에 낙하할 예정이었습니다. 먼저 분리된 슈퍼헤비 로켓은 발사 장소와 가까운 멕시코만 바다에 입수할 예정이었으나, 역시 낙하 도중 엔진 문제가 발생하면서 성공적인 입수는 하지 못했습니다.
스페이스X의 설립자이자 최고경영자(CEO)인 일론 머스크는 이날 스타십 시험비행이 끝난 뒤 소셜미디어 엑스(X, 옛 트위터)에 "스타십이 인류를 화성으로 데려다줄 것", "세계에서 가장 강력한 로켓 덕분에 인류가 여러 행성에서 살게 될 것"이라고 썼습니다.
미 항공우주국(NASA)의 빌 넬슨 국장도 X 계정에서 "스페이스X의 성공적인 시험비행에 축하한다"며 "우리는 인류를 달로 돌려보내고 화성을 바라보는 '아르테미스' 프로젝트에 큰 진전을 이루고 있다"고 말했습니다. 다른 외신들도 이번 시험비행이 완전히 성공하지는 못했지만, 스타십 개발 과정에서 큰 이정표를 달성했다고 평가했다고 합니다.
스페이스X는 이날 비행 중 스타십의 적재함(payload) 문을 열고 닫는 실험과 추진체를 이전하는 실험 등도 진행했다고 밝혔지만 이런 실험의 성공 여부는 추후 데이터를 확인해야 알 수 있다고 회사 측은 덧붙였습니다.
앞서 스페이스X는 지난해 4월과 11월 두 차례에 걸쳐 스타십의 지구궤도 시험비행을 시도했으나, 모두 실패로 끝난 바 있습니다.
첫 시도에서는 스타십이 이륙 후 하단의 슈퍼헤비 로켓과 분리되지 못하고 약 4분 만에 자폭했고, 두 번째 시도에서는 스타십이 하단 로켓에서 분리되는 데는 성공했으나 8분 만에 통신이 두절돼 10분 만에 자폭했습니다.
스타십에는 경로를 벗어나 목적지가 아닌 곳으로 갈 경우 자폭(self-destruct) 기능을 작동하도록 설계돼 있습니다. 스페이스X는 지난 두 차례의 실패 이후 규제당국인 미 연방항공청(FAA)의 강도 높은 조사를 받고 수십가지의 지적 사항을 시정해 왔고 FAA는 이번 세 번째 시험비행 실패에 대해서도 조사 감독할 방침이라고 밝혔습니다.
FAA는 이날 X 계정에 올린 글에서 "스페이스X의 스타십 임무 중 사고가 발생했다. 이 사고는 슈퍼헤비 부스터와 스타십 기체 양쪽에 관련돼 있다"며 "FAA는 스페이스X가 주도하는 사고 조사를 감독할 것"이라고 했습니다.
세번째 스타십 발사 동영상
1.Liftoff of Starship
2. Starship's Raptor engines have ignited during hot-staging separation. Super Heavy is executing the flip maneuver
3.Starship is coasting in space
일본 스페이스원 로켓과 비교
2024년 3월 13일 오전 11시경, 일본의 우주 벤처 기업인 스페이스원이 쏘아 올린 소형 로켓 카이로스도 발사 시험을 진행하였습니다. 자세한 내용은 다음의 링크를 통해 확인하세요.