스타십 드디어 발사 성공!

일론 머스크가 이끄는 우주기업 스페이스X가 6일(현지시간) 미국 텍사스주 보카치카에서 초대형 우주선 '스타십'을 네 번째로 발사해 성공적으로 인도양에 착륙시켰다. 이번 발사 성공은 달과 화성 탐사의 꿈을 한 발짝 더 현실로 가까이 가져다주는 중요한 성과로 평가된다.

6일(현지 시각) 오전 7시 50분 미국 텍사스주 남부 보카치카 해변에 있는 ‘스타베이스’에서 스타십 발사 장면.(사진 = 스페이스X의 중계화면 캡처./AFP 연합뉴스)

 

스타십은 총 길이 120m, 추력 7590tf(톤포스)에 달하는 인류 역사상 가장 거대한 로켓으로, 한 번에 최대 100명의 우주인을 탑승시킬 수 있다.  스페이스X는 이번 발사에서 스타십을 지구 궤도에 진입시킨 후 1시간 6분 후 인도양에 '스플래시 다운'(수중 착륙) 방식으로 떨어뜨리는 데 성공했다. 1단 슈퍼헤비는 멕시코만에 연착륙했다.
이전 발사에서는 1단 슈퍼헤비 엔진 작동 불량, 단 분리 실패, 교신 끊김 등의 문제가 발생했지만, 지난 3월 3차 발사에서는 17가지 결함을 개선하여 비행시간 49분, 지구 궤도 진입에 성공했다. 
이번 발사는 스타십이 미 항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 프로그램 '아르테미스'에 참여할 가능성을 높여주었다.

스페이스X 우주선 스타십의 재원(사진 = 조선비즈)

 

 

1. 스타십이 4번째 시도에서야 성공한 이유

1) 지난 3차 발사에서 드러난 17가지 결함 개선: 스페이스X는 3차 발사를 앞두고 1단 슈퍼헤비 엔진 작동 불량, 단 분리 실패 등의 문제를 해결하기 위해 17가지 결함을 개선했다.
2) 슈퍼헤비 엔진 33개 중 32개 작동: 이번 발사에서는 슈퍼헤비 엔진 33개 중 1개가 작동하지 않았지만, 나머지 32개의 엔진이 정상적으로 작동하여 성공적인 발사와 착륙을 이끌었다.
3) 핫 스테이징 기술 활용: 스타십은 발사 후 2분 57초쯤 75㎞ 상공에서 핫 스테이징 기술을 활용하여 1단과 2단을 성공적으로 분리했다.
4) 스플래시 다운 방식 활용: 스타십은 2단 착륙 후 지구 궤도를 벗어나 인도양에 스플래시 다운 방식으로 착륙했다.

 

2. 스타십 앞으로의 계획과 영향

1) 달 남극 탐사: 스타십은 2026년 우주인을 달 남극 근처에 착륙시키는 NASA의 아르테미스 3호 임무에 활용될 예정이다.
2) 화성 탐사: 스타십은 향후 화성 탐사에도 활용될 계획으로 스페이스X는 2026년 화성에 적하선을 보내고, 2030년대에는 유인 화성 탐사를 진행할 계획이다.
3) 재사용 가능성: 스타십은 1단 슈퍼헤비와 2단 스타십 모두 재사용 가능하도록 설계되었다. 이는 발사 비용을 절감하고 우주여행을 보다 저렴하게 만들 수 있는 가능성을 열어준다.
4) 우주 여행의 대중화: 스타십은 재사용 가능한 로켓으로, 우주여행의 비용을 절감하고 대중화에 기여할 것으로 기대된다.
5) 우주 산업의 발전: 스타십의 성공적인 발사는 우주 산업의 발전에도 큰 영향을 미칠 것이다.

 

3. 이번에 사용된 핫 스테이징 기술이란?

1) 기존 방식

1단 엔진이 모두 작동을 멈춘 후 2단 엔진을 점화하여 단 분리를 진행한다. 하지만 이 방식은 1단 엔진의 추력을 활용하지 못하고, 단 분리 과정에서 발생하는 충격으로 인해 로켓에 손상이 발생할 수 있다.

기존 로켓단 분리 방식

 

2) 핫 스테이징 기술

스타십 4차 발사는 이전 발사들과 달리 핫 스테이징(Hot Staging) 기술을 도입하여 성공적으로 단 분리를 완료했다. 핫 스테이징은 로켓의 1단과 2단이 분리되는 순간, 1단 엔진이 여전히 작동하고 있는 상태에서 2단 엔진을 점화하는 기술이다. 이전에는 1단과 2단이 완전히 분리된 후 2단 엔진을 점화하는 방식이 일반적이었지만, 핫 스테이징은 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

핫 스테이징 기술 상상도

① 추력 향상: 핫 스테이징은 1단과 2단

엔진의 추력이 중첩되는 순간을 활용하여 로켓 전체의 추력을 크게 향상시킬 수 있다. 이는 더 무거운 탑재물을 우주로 운송하거나 더 먼 거리를 비행하는 데 도움이 된다.

② 연료 절감: 핫 스테이징은 1단 엔진의 낭비를 줄여 연료를 절감할 수 있다. 이전 방식에서는 1단과 2단 분리 후 1단 엔진이 꺼져 불필요한 연료를 소모했지만, 핫 스테이징에서는 1단 엔진이 분리 직후까지 작동하기 때문에 연료 효율성이 높아진다.

③ 단순화된 설계: 핫 스테이징은 로켓의 분리 과정을 단순화하여 설계를 간소화하고 제작 비용을 절감할 수 있다. 1단과 2단 분리를 위해 별도의 분리 장치가 필요했던 이전 방식과 달리, 핫 스테이징은 엔진 제어만으로 분리를 수행하기 때문에 부품 수가 줄어들고 제작 과정이 간편해진다.

④스타십 4차 발사에서 핫 스테이징은 다음과 같이 진행되었다.

 발사 후 약 2분 57초: 1단 엔진이 최대 추력을 발휘하는 순간, 2단 엔진을 점화한다.

 2단 엔진 점화 후 곧바로 1단과 2단을 분리한다.

 1단 엔진은 분리 후에도 일정 시간 동안 작동하며 2단 엔진을 지원한다.

 2단 엔진은 1단 엔진의 추력이 감소하면서 점차 주 역할을 맡아 로켓을 궤도에 올린다.

 

스타십 4차 발사의 성공은 핫 스테이징 기술의 효과를 입증하는 중요한 사건이었다. 앞으로 핫 스테이징 기술은 더욱 발전하여 다양한 로켓에 적용될 것으로 기대된다.

 

4. 기타 정보

스타십은 인류 역사상 가장 거대한 로켓으로, 총 길이 120m, 추력 7590tf이다.
스타십의 탑재 중량은 100~150t이며, 한 번에 100명의 우주인이 탑승할 수 있다.