스페이스 X는 2018년 2월 6일(현지 시간), 팔콘 헤비(Falcon Heavy)를 처음 발사해, 세계의 주목을 끌었다.
팔콘 헤비의 3기의 부스터는 엘론 머스크가 소유하는 테슬라 로드스터를 우주로 운반하고, 연료가 부족하면 분리되어 지구로 돌아온다.
16층 건물에 해당하는 3기의 부스터 중, 2기는 무사히 착륙(3기째는 바다에 낙하)했고, 발사는 큰 성공을 거두었다고 칭찬되고 있다. 스페이스 X는 경쟁자에 비해 2배 무게의 페이로드(적재)를 약 25%의 비용으로 펼쳐지는 것을 증명했다. 이것은 수천만 달러의 부스터의 재사용이 가능하기 때문이다.
스페이스 X의 최대 라이벌은, 대형 항공기 제조업체 보잉과 록히드 마틴이 2005년에 설립 한 유나이티드 론치 얼라이언스(United Launch Alliance : 이하 ULA).
ULA의 CEO 토리 브루노(Tory Bruno) 씨에 따르면, ULA 최대의 로켓 인 델타 IV 헤비(Delta IV Heavy)의 발사 비용은 3억 5000만 달러. 스페이스 X의 9000만 달러에 비해 매우 비싼 이유로, 다시 사용할 수없는 것을 들 수있다.
ULA는 앞으로 7회 정도의 발사 후 델타 IV 헤비를 퇴역시킬 예정이다. 그리고 스페이스 X와 제프 베조스 씨의 블로 오리진(Blue Origin)과 같은 혁신적인 기업과 싸우기 위해, 발칸(Vulcan)이라고 이름 붙여 재사용 가능한 로켓을 개발하고 있다.
"발칸의 첫 출시는 2020년 중반을 예정하고 있다. 비용은 1억 달러 이하가 될 전망"이라고 브루노 씨는 말한다. 이것은 현재 델타 IV 헤비와 비교하면 70%의 비용 절감이 된다.
발칸의 성능, ULA 엔지니어가 "독창적"이라고 칭하는 발칸의 재사용 시스템, 그리고 경쟁이 격화하는 가운데 발칸이 어떻게 경쟁 로켓과 싸워 나가려고하고 있는지 살펴보자.
▲ 델타 IV 헤비는, 한때 세계에서 가장 강력한 로켓이었다. 32톤 가까운 페이로드(일반 스쿨 버스 2대분 이상)를 지구 저궤도에 올려 넣는 것이 가능하다.
▲ 2014년 브루노 씨가 CEO로 취임 한 이후, 더욱 강력하고 재사용 가능한 발칸 로켓 시스템의 개발을 진행해왔다. 2020년대 중반 출시 예정.
▲ 40톤(스쿨 버스 약 3대분)을 지구 저궤도에 올릴 수있다. "발칸은 모듈식 구조, 튼튼한 로켓 부스터를 추가하고 크기를 크게하는 것이 가능하다"고 말하는 브루노 씨.
▲ 하지만 페이로드는, 70톤 이상(스쿨 버스 약 5대분)의 팔콘 헤비에 못미친다. 게다가 팔콘 헤비의 발사 비용은 발칸의 4분의 1. 하지만 브루노 씨는 2개의 로켓에 큰 차이가 있고, 발칸은 경쟁력을 유지할 수 있다고 말한다.
▲ 큰 차이는 로켓 상단부. 팔콘 헤비는 연료로 로켓용 RP-1 등유를 사용하고 있다. 하지만 우주 공간에서 몇 시간만에 얼어버린다. 발칸은 극저온 산소와 수소를 사용한다. 우주의 온도에도 견딜 수 있다.
▲ 또한 ULA는 상단부의 시스템을 ACES(Adavnced Cryogenic Evolved Stage)로 진화 시키려고하고 있다. ACES는 우주선을 분리한 후, 몇 달 또는 몇 년 동안 궤도에 머물면서 "우주 공간을 떠도는 파편"으로 폐기되는 것이 아니라, 연료의 재보급이 가능하다.
"우주에서 연료를 재 보급하고 다른 목적으로 사용하는 것에는 실용성이있다. 즉, 단순히 셔틀로 사용하거나 너무 무거워서 지구 저궤도까지 밖에 갈 수 없었던 우주선과 도킹, 문자 그대로 태양계의 어디든지 데려 갈 수 있다"고 브루노 씨는 말했다.
"우주로 가는 방법과 우주에서 무엇을 할 것인가가 완전히 달라질 것"
▲ "발사 비용을 조금 줄이는 것만이 아니다"라고 말하는 브루노 씨. "지구와 달, 지구와 소행성 사이에서의 경제 활동을 가능하게 하는 교통 시스템이 될 수도 있다"
발칸은 또한 SMART(Sensible, Modular, Autonomous Return Technology)라고 부르는 분리형 부스터 엔진은 발사 비용을 절감 할 수있다. "매번 1단계 부스터 비용의 3분의 2를 부하없이 회수 가능하다"고 하는 브루노 씨.
▲ 이것이 지구로 귀환하기 위해 연료를 남기고있는 스페이스 .X의 부스터와의 차이. 하지만 페이로드의 무게에 따라서는 연료를 모두 사용할 수있다. 이 경우 부스터는 재사용 임에도 불구하고, 우주 공간에서의 폐기를 하도록 강요된다.
"왜 부스터 전체를 재사용하지 않는가라고 생각할지도 모른다. 하지만, 매번 발사에서 대부분 재사용 할 수 있다고 하면 어떨까?"라고하는 브루노 씨.
"부스터에서 가장 비싼 부품은 로켓 엔진. 실제로 부스터 전체 비용의 3분의 2를 단 하나의 부품이 차지하고 있다"
▲ 로켓 엔진이 분리되면, 빠른 속도로 대기권으로 재돌입에 대비하여 에어로 셀(보호 껍질)이 부푼다. 쉘은 시속 수천 킬로미터로 대기중을 진행시 발생하는 고열로부터 엔진을 보호하는 작용도 한다.
▲ 다음에 가는 낙하산이 펼쳐지고, SMART는 천천히 지상으로 내려온다. 하지만 도중에 서포트 되어진다. 1960년대에 개발 된 기술을 사용하여 대형 헬기가 낙하산을 걸어 회수한다.
▲ ACES의 데뷔는 2023년 또는 2024이라고 하는 브루노 씨. SMART는 좀 더 시간이 걸린다.
▲ 소형 인공위성은 더 작아지고 있지만, 대형 인공위성은 항상 대형화가 요구되고, 또한 더 멀리 도달하는 것이 요구된다. 발칸은 주로 대형 인공위성의 발사를 하게된다.
▲ 브루노 씨에 따르면, 델타 IV 헤비의 퇴진은 "2020년대 초", 지금까지 일년에 한두 번 발사. 이것은 팔콘 헤비에 대한 큰 대응책이다. 왜냐하면 머스크 씨에 따르면, 스페이스 X는 ACES와 동등하게 극저온에 대응할 수있는 상단부의 개발에 임하고 있는 듯..
머스크 씨는....2023년까지 힘들것이다라고..
▲ 스페이스 X는 또한 빅 팔콘 로켓, 별명 BFR이라는 길이 348피트(약 106미터)의 행성 간 로켓 개발에 큰 자원을 투입하고 있다. 머스크 씨는, 2020년 빅 팔콘 로켓의 일부를 공개하고, 2022년 3월 출시를 예정하고 있다.
▲ 한편, 제프 베조스 씨의 로켓 기업 블루 오리진은, 뉴 글렌(New Glenn)이라고 부르는 거대한 재사용 가능한 로켓의 개발, 제조에 몰두하고 있다.
▲ 로켓의 미래는 점점 더 흥미로운 혁신으로, 그리고 경쟁이 치열해지고 있다. ULA와 블루 오리진은 스페이스 X의 엄청난 속도에 따라갈 수 있을까? 아니면 확실히 새로운 우주 경쟁에서 활로를 찾아 낼 수 있을지는 아직 알 수없다.
