로켓도 재활용하는 미래
고호관 과학 칼럼니스트
우주 개발은 돈이 매우 많이 드는 일입니다. 과거 미국은 옛 소련과의 달 착륙 경쟁에서 이기기 위해 막대한 비용을 쏟아부었습니다. 자유 진영과 공산 진영의 갈등과 대립이 한창이던 시기였기 때문에 가능한 일이었지요. 그때도 그 돈으로 불쌍한 사람을 돕는 게 훨씬 낫다는 비판의 목소리는 있었습니다.
달 착륙 경쟁이 끝나자 상황이 바뀌었습니다. 이제 예전처럼 돈을 많이 쓸 수가 없었던 것입니다. 원래 미국 항공우주국은 달 착륙 이후에도 우주정거장, 유인 화성 탐사 등 새로운 목표를 향해 달려갈 계획이었습니다. 하지만 예산이 부족했습니다. 결국 여러 가지 계획이 취소되고 말았습니다.
이때 살아남은 계획이 우주왕복선이었습니다. 우주왕복선은 여러 차례 재활용할 수 있는 우주선이었습니다. 우주왕복선은 우주에서 임무를 수행한 뒤 날개를 이용해 다시 지상에 착륙했습니다. 값비싼 부분을 다시 회수해 재사용할 수 있었기 때문에 비용을 아낄 수 있었습니다. 우주왕복선을 만든 건 지구 궤도에 우주정거장이 생겼을 때 우주정거장에 사람과 물자를 실어 나를 수 있는 저렴한 수송 방법으로 쓰기 위해서였습니다.
1983년에 첫 임무를 시작한 우주왕복선은 거의 30년 동안 다양한 임무를 수행한 뒤 은퇴했습니다. 여러 가지 사정이 있었지만, 우주왕복선 재사용이 생각만큼 저렴하지 않았던 탓도 있었습니다. 덩치가 큰데다가 복잡하고 정교한 기계다 보니 비행할 때마다 큰 비용을 들여서 정비해야 했습니다.
저렴하게 재사용하려고 했던 우주왕복선 계획은 종료되었지만, 우주 개발 비용과 폐기물을 줄이려는 노력은 다른 형태로 이루어지고 있습니다. 바로 재사용 로켓입니다. 재사용 로켓은 말 그대로 로켓을 재사용합니다. 원래 로켓은 일회용이었습니다. 한 번 사용한 로켓을 온전히 회수해서 재사용하는 건 불가능했습니다. 작은 로켓이라는 낙하산을 이용해 회수할 수 있지만, 커다란 로켓은 그대로 추락할 수밖에 없었지요.
한 번 이륙한 로켓을 그대로 수직으로 착륙시켜 재활용할 수 있다는 사실을 보여 준 건 미국의 항공우주 기업 스페이스X의 로켓 ‘팰컨9’였습니다. 2015년 발사된 팰컨9 로켓은 저궤도 위성을 발사하는 임무를 마친 뒤 무사히 1단 로켓 부분을 착륙시켰습니다. 이후 스페이스X는 100차례 이상 로켓을 재사용해 인공위성을 우주에 올렸습니다.
▲ 2015년 12월 21일 패컨9호의 역사적인 재착륙 모습(출처: 위키미디어 커먼스)
수직으로 올라갔다가 다시 수직으로 내려오다가 엔진을 다시 가동해 땅에 사뿐히 내려앉아야 하는 매우 어려운 일입니다. 허공에서 떨어지면서 날개와 로켓의 분사를 이용해 방향을 틀고 무게중심을 잘 잡아야 합니다. 조금만 계산이 어긋나도 추락해서 불길에 휩싸일 수 있습니다. 실제로 스페이스X도 여러 차례 실패한 끝에서 성공할 수 있었습니다.
로켓을 재사용하면 매번 새로운 로켓을 만들지 않아도 되기 때문에 자원과 비용을 줄일 수 있습니다. 비용이 줄면 우주 개발도 훨씬 더 적극적으로 추진할 수 있습니다. 지금은 은퇴한 우주왕복선을 발사하는 비용과 비교하면 현재 스페이스X의 팰컨 로켓을 발사하는 데 드는 비용은 10분의 1 수준에 불과합니다.
로켓을 재사용해 자원 소모와 비용을 줄이려는 계획은 현재 여러 곳에서 이루어지고 있습니다. 로켓 전체를 재사용하지 않고 핵심 부품인 엔진만 회수하는 방법도 있습니다. 발사한 뒤에 엔진만 분리한 뒤 낙하산을 이용해 천천히 땅에 떨어지게 하는 것입니다. 재사용하는 부분은 줄어들지만, 착륙에 필요한 연료를 절약할 수 있다는 장점이 있습니다.
3D프린터로 로켓 부품을 제작하는 것도 비용을 줄이는 방법입니다. 재질까지 탄소섬유 같은 가벼운 재질을 쓴다면 연료 소모도 줄일 수 있습니다. 로켓은 지구의 중력을 이기기 위해 엄청난 연료를 쓰며, 그 과정에서 이산화탄소를 대량으로 배출합니다. 팰컨9를 한 번 발사할 때 나오는 이산화탄소의 양은 보잉747 비행기 360대가 대서양을 건널 때 나오는 이산화탄소의 양에 맞먹습니다. 로켓의 무게를 줄이는 건 지구 환경 보호에도 도움이 됩니다.
앞으로 우주 개발은 점점 더 활발해지겠지만, 그런 인간의 활동이 지구에 어떤 영향을 끼칠지도 염두에 두어야 합니다. 앞으로 우주 개발에서 재활용과 친환경 기술이 더욱 발전해 우주에 진출하면서도 지구 환경을 깨끗하게 보존할 수 있게 되기를 바랍니다.
