목차
- 강력한 비행체의 등장
- 100% 완전 재사용 우주선
- 스테인리스 스틸을 선택한 반전
- 우주 패러다임의 변화와 남겨진 도전 과제
인류 역사상 가장 거대하고 강력한 비행체의 등장
우주 개발 역사를 돌이켜볼 때 인류를 달로 보냈던 NASA의 '새턴 V(Saturn V)'는 난공불락의 거인처럼 여겨졌습니다. 하지만 스페이스X가 개발 중인 스타쉽(Starship)은 그 새턴 V마저 초라하게 만드는 스펙을 자랑합니다. 1단 부스터인 '슈퍼 헤비'와 2단 우주선인 '스타쉽'을 결합한 총 길이는 무려 120미터에 달하며, 이는 40층 짜리 빌딩이 통째로 하늘로 날아오르는 것과 같습니다.
스타쉽이 이토록 무지막지한 크기로 제작되는 이유는 단 하나, '화성 이주'라는 명확한 목표가 있기 때문입니다. 일론 머스크는 화성에 자급자족이 가능한 도시를 건설하려면 한 번 발사할 때 최소 100명 이상의 인원과 100톤 이상의 대규모 화물을 실어 날라야 한다고 계산했습니다. 기존의 좁고 미니멀한 우주선 구조로는 수개월이 걸리는 화성 항해를 견딜 수 없기 때문입니다.
100% 완전 재사용: 부스터뿐만 아니라 우주선까지 돌아온다
앞서 1편에서 다룬 팰컨9은 혁신적이었지만 절반의 성공이었습니다. 가성비가 높은 1단 부스터만 회수하고, 정작 우주로 나아가는 2단 우주선과 페어링 부분은 상당수 폐기되거나 일부만 회수할 수 있었기 때문입니다. 반면 스타쉽은 세계 최초로 '100% 완전 재사용(Fully Reusable)'을 목표로 설계되었습니다.
우주선과 부스터가 모두 지구로 돌아와 땅에 수직으로 착륙합니다. 궤도에 화물을 내려놓은 2단 스타쉽 우주선은 대기권 진입 시 발생하는 섭씨 1,400도가 넘는 엄청난 마찰열을 온몸으로 견디며 서서히 하강한 뒤, 지상 직전에 엔진을 틀어 수직으로 내려앉습니다. 버려지는 부품이 단 1그램도 없게 만들겠다는 공학적 집념의 산물입니다. 이 구조가 완성되면 우주 발사 비용은 새 로켓 제작비가 아닌, 오직 '연료비' 수준으로 수렴하게 됩니다.
탄소 섬유를 버리고 스테인리스 스틸을 선택한 반전
스타쉽 개발 과정에서 가장 흥미로운 전환점은 로켓의 '소재'였습니다. 처음에 스페이스X는 현대 항공우주 공학의 첨단 소재인 최첨단 '탄소 섬유(Carbon Fiber)'로 로켓을 만들겠다고 발표했습니다. 가볍고 단단하기 때문입니다. 하지만 머스크는 돌연 설계를 변경하여 주방 싱크대나 텀블러를 만들 때 쓰는 흔하디흔한 '스테인리스 스틸(300 계열)'로 소재를 바꿨습니다.
이유는 단순하지만 명쾌했습니다. 첫째는 비용입니다. 탄소 섬유는 1kg당 수십 달러가 넘고 가공이 극도로 까다롭지만, 스테인리스는 몇 달러 수준에 불과하며 용접과 가공이 쉽습니다. 둘째는 열적 특성입니다. 스테인리스 스틸은 극저온의 액체 연료를 담기에 적합할 뿐만 아니라, 대기권 재진입 시의 고열에서도 녹아내리지 않고 버티는 능력이 탄소 섬유보다 훨씬 뛰어납니다. 무조건 비싸고 첨단인 소재가 아니라, 목적에 가장 부합하는 실용적인 소재를 고르는 스페이스X 특유의 엔지니어링 철학이 돋보이는 대목입니다.
우주 패러다임의 변화와 남겨진 도전 과제
스타쉽은 현재 NASA의 유인 달 탐사 프로젝트인 '아르테미스(Artemis)'의 공식 달 착륙선으로도 선정되어 개발이 한창입니다. 하지만 워낙 거대하고 전례 없는 시도이다 보니 해결해야 할 과제도 산더미 같습니다. 대기권 재진입 시 우주선을 보호하는 수천 장의 세라믹 열차폐 타일이 떨어져 나가는 문제가 지속적으로 발생하고 있으며, 33개의 엔진이 동시에 뿜어내는 무지막지한 진동과 압력을 발사대가 버텨내야 합니다.
실제 초기 시험 발사에서 발사대 바닥의 콘크리트가 폭탄을 맞은 것처럼 뜯겨 나가 파편이 사방으로 튀는 대형 사고가 있었습니다. 전문가들은 과연 이 괴물 같은 비행체가 수십 번씩 안전하게 재발사될 수 있을지 여전히 날카로운 시선을 보내고 있습니다. 하지만 스페이스X는 이러한 실패 속에서 데이터를 얻으며 보완해 나가고 있습니다.
- 압도적인 규모: 높이 120m의 현존 최대 로켓으로, 화성 개척을 위해 100톤 이상의 화물과 대규모 인원을 수송할 수 있도록 설계되었습니다.
- 100% 재사용: 1단 슈퍼 헤비 부스터는 물론, 2단 스타쉽 우주선까지 모두 지상으로 귀환시켜 소모 비용을 극한으로 줄입니다.
- 실용적 소재 혁신: 고가의 탄소 섬유 대신 내열성과 가성비가 뛰어난 스테인리스 스틸을 과감히 도입하여 제작 속도와 경제성을 확보했습니다.
[다음 편 예고] 거대한 스타쉽 로켓이 지구로 돌아올 때, 스페이스X는 땅에 다리를 딛고 서는 방식이 아닌 전대미문의 기괴하고 거대한 팔로 로켓을 공중에서 낚아채는 방법을 고안했습니다. 다음 편에서는 발사대의 거대 로켓 포획 기계, '메카질라(Mechazilla) 기술의 비밀' 을 파헤쳐 봅니다.
[함께 나누고 싶은 질문] 40층 빌딩 크기의 로켓이 우주로 날아갔다가 다시 온전히 걸어서 돌아오는 시대가 온다면, 인류의 다음 영토는 정말로 화성이 될 수 있을까요? 여러분의 생각을 댓글로 남겨주세요!