로켓 재활용, 뉴 셰퍼드와 팰컨9

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2016년 4월 8일, 민간 우주개발업체 스페이스 X가 드래곤 ISS용 무인보급선을 발사하고 돌아온 우주로켓 ‘팰컨9’의 1단 발사체를 바다 위 무인선에 착륙시켜 1단 로켓을 온전히 회수하였다. 지난 4월 2일에는 블루 오리진사의 뉴 세퍼드(New shepard) 로켓 BE-3가 발사 후 성공적으로 지상에 착륙하였다.

 

CRS-8 미션에서 팰콘 9의 1단 로켓이 바다 위의 바지선에 착륙 중인 장면

 

 

Orbcomm-OG2 위성을 궤도에 안착시킨 후 착륙 중인 팰컨 9 발사체

 

SES-9 미션 중 발사체가 착륙 중 기울어지면서 폭발하는 영상

 

현재 로켓 발사 후 발사체는 일회용에 가깝기 때문에, 로켓을 재활용 할 경우 로켓 발사 비용을 현저하게 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이에 착안해서, 블루 오리진 사는 지난 2015년 11월, 2016년 1월에 이어 이번 4월에 세 번째로 재사용 로켓 테스트에 성공하였다. 스페이스 X사는 이번이 두 번째 성공으로, 지난 12월에 팰콘 9 로켓의 1단 추진 로켓을 발사 11분 후에 착륙 시키는데 성공한 경험이 있다. 하지만 2016년 1월 SES-9 미션에서는 1단 로켓이 바지선에 착륙을 시도 하는 과정에서 추운 날씨와 서리로 인해 착륙지지대가 완전히 펴지지 않아 착륙 후 중심을 잃고 폭발하였다.

블루 오리진은 뉴 셰퍼드를 이용하여 최초로 로켓 회수를 성공 시켰고 성공 횟수만 3회에 이르지만, 성공 횟수가 적은 스페이스 X사의 로켓 회수 기술이 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 그 이유로는, 뉴 셰퍼드와 팰콘 9이 수행하는 미션의 난이도에 차이가 있기 때문이다.

우선 두 로켓의 사용 목적을 보면, 뉴 셰퍼드의 경우, 승객을 태워 우주에서 4분 정도 무중력을 체험하기 위한 ‘관광’인 반면, 팰컨 9는 저궤도에 위성을 올리거나 우주 정거장에 화물을 보내는 운송이다. 따라서 최초의 로켓 회수 성공 사례에서, 뉴 셰퍼드의 경우 발사 후 발사체 회수에 그쳤지만, 팰컨 9의 경우 화물을 우주로 보낸 후 로켓을 회수 하였다. (작년 12월, 팰컨 9은 11개의 Orbcomm-OG2 위성을 궤도에 안착시키고 제 1 SpaceX 착륙 지점에 무사히 착지하였다.)

두 로켓의 사용 목적이 다르기 때문에 움직이는 궤도도 달라지는데, 뉴 셰퍼드와 팰컨9의 궤적을 보면, 뉴 셰퍼드는 수직으로 약 100km 고도에 도달한 후, 다시 수직으로 착륙하는 반면, 팰컨 9 은 약 200km 고도까지 도달할 뿐만 아니라, 좀 더 복잡한 궤적을 그리는 것을볼 수 있다.

 

(좌) 뉴 셰퍼드 (우) 팰컨 9

 

뉴 셰퍼드와 팰컨 9의 궤적 비교

 

앞서 소개한 이번 4월에 수행된 CRS-8 미션은 스페이스 X사의 기술의 우위성을 더욱 극명하게 보여준다. 1단 로켓을 바다 위의 움직이는 바지선에 착륙시킨 것으로, 최초로 해상에서 로켓을 회수한 실험이다. 자유롭게 움직일 수 있는 바지선을 이용한 해상 회수에 비해, 지상 회수의 경우, 엔진 재점화와 속도 방향 조절 등에 많은 연료가 들어가고 로켓 낙하 궤적에 따른 위치 선정에 어려움이 존재한다. 이 외에도 우주 개발 비용을 줄이려는 시도는 다양하게 이루어지고 있다. 영국의 부호 리처드 브랜슨은 최근 보잉 747-400을 이용해 공중에서 로켓을 발사하는 계획을 발표하였으며, ULA의 벌컨 발사체는 1단 로켓에서 연료통을 제외한 first-stage-engine만 낙하산을 이용하여 돌려보낸 후, 공중에서 헬리콥터 등으로 회수하는 방식을 사용하여 발사 비용을 줄이는 계획을 발표하였다. 이러한 발사 비용을 절감하려는 다양한 업체들의 경쟁으로 우주 개발의 시대를 앞당기고 있다.

 

참고 자료

[1] http://www.theverge.com/2015/11/24/9793220/blue-origin-vs-spacex-rocket-landing- jeff-bezos-elon-musk (Why you shouldn't compare Blue Origin's rocket landing to SpaceX)

[2] http://www.etnews.com/20160409000066 (스페이스X, `4전 5기` 끝에 로켓 해상 회수 성공)

 

 

 

편집         이종완[jwlee714@kaist.ac.kr]