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우주 개발과 패러다임의 역사_35.

대한민국인디언갤로그로 이동합니다. 2024.06.24 13:00:02
조회 11910 추천 29 댓글 32

전편: https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view?id=singlebungle1472&no=1239355 참조

 

컨스털레이션 계획의 한 축인 우주선은 오리온 우주선으로 결정되었으니, 이제 오리온을 우주로 쏘아올릴 발사체를 개발할 필요가 있었다.



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미국으로서는 두가지 참조점을 쓸 수 있었다. 하나는 미국인을 성공적으로 달로 보내 우주경쟁에서 미국이 승리하도록 도운 새턴-Ⅴ 로켓을, 나머지 하나는 30년간 미국의 주력 유인우주선, 우주왕복선이 바로 그것이었다.


물론, 새턴 로켓은 이미 달 탐사와 스카이랩 제작에 대부분 소모되었고 너무 오래된 로켓이라 그 기술을 직접적으로 사용하지는 않았다. 그러나 새턴 로켓이 어떻게 성공했는지 그 개념만 취해서, 기계선과 착륙선을 나누어 궤도상에서 랑데부하는 기법을 사용한 것이다.



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다만, 아폴로가 달 궤도에서만 랑데부 한것과 달리, 컨스털레이션 계획은 그 임무상 너무 무거워져서, 달 착륙선 따로, 우주선 따로 보내는 식으로 계획이 변경되었기에 지구 궤도에서 두 우주선들이 랑데부하는 과정이 추가되었다.



그리고 그 로켓을 새로 개발하는데 있어서 셔틀은 절대 빠질 수 없는 소재였다.



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미국이 운영한 가장 위험하고 신뢰성없고 허구한날 사고터지는 로켓이었던 오명과 달리, 셔틀은 미국이 운영한 가장 무거운 페이로드를 운반할 수 있는 유인 로켓이었고, 가장 최신예 로켓이었으며, 무엇보다 30년동안 운용하면서 여러가지 노하우들과 개량으로 얻은 데이터를 확보할 수 있었다.


위 사진은 셔틀에서 사고 터지니까 셔틀을 무인화 시키려고 개발하던 셔틀-C 되시겠다. 물론, 개발 중 취소되었다.


또 셔틀의 퇴역이 확실해지면서 셔틀이 수행했던 기밀 화물 (정찰위성이라던가 여러가지 민간에 알려져서는 안되는 그런것들) 을 우주에 쏴올리기 위한 공군의 국가 발사 시스템 (NLS) 와 진보된 확장 발사체 (EELV), 그리고 국가 안보 우주 발사체 (NSSL) 등이 개발되면서 셔틀의 후계기들이었으니 셔틀에 사용된 기술들이 적극적으로 사용되기도 했고.


또 경제성 있는 개발을 위해 기존 시스템을 이용한 것 역시 셔틀의 기술들이 고스란히 남은 원인이 되기도 했다.




어쨌든, 나사에서는 컨스털레이션 계획을 위해 두가지 로켓을 개발했다. 아레스-Ⅰ과 아레스-Ⅴ 가 그것이다.


로켓 이름에 붙여진 이름은 그리스 신화에서 전쟁의 신으로 여겨지던 아레스의 그것으로, 로마 신화에서 MARS 라고 불린 그 신을 따온 것이다. 화성 탐사를 위한 우주선 이름으로 매우 적절한 이름이 아닐 수 없다.


근데 왜 하필 1호 다음 5로 바로 넘어갔냐고? 아폴로 계획의 전설적인 우주발사체, 새턴 로켓을 기리기 위한 것이다.



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아레스-Ⅰ은 유인 우주선으로 개발되었다. 일부 매체에서는 Crew Launch Vehicle (CLV) 로도 알려져있다.


눈썰미가 좋다면, 아레스-Ⅰ의 1단 로켓이 셔틀에서 사용된 고체 부스터와 굉장히 비슷하게 생겼다고 생각할 수 있겠다.


맞다. 아레스-Ⅰ의 1단 로켓은 셔틀의 고체 부스터로 구성되어있고, 2단 로켓은 우주왕복선의 궤도 기동 엔진을 그대로 사용했'었'다.



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위는 아레스-Ⅰ의 개발 과정을 보여주는데, 잘보면 5번째까지는 부스터 부분이 짧은데, 그 이후로는 부스터가 길어지는 모습을 하는 것을 볼 수 있다.




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우주왕복선의 고체 부스터는 모듈식으로 설계되어있어 그 길이를 늘릴수도, 줄일수도 있었기에 원래 아레스-Ⅰ은 고체 부스터 4분할 버전을 쓰기로 계획되었다.


또, 2단 로켓도 우주왕복선의 주 엔진, RS-25 SSME을 약간 개량해서 사용하기로 되어있었고.


그러나 개발 중 오리온 우주선의 무게가 지속적으로 증가하면서 로켓이 오리온의 무게를 버티기에는 너무나도 무거워졌고, 또 우주왕복선의 주 엔진도 꽤나 돈이 많이 들어가는 로켓이라 이에 여러가지 개량이 이루어졌다.


먼저 우주왕복선의 SSME 대신, 아폴로에서 사용했던 새턴-Ⅴ의 2단 로켓이었던 로켓다인 J-2를 복제하고 개량해 J-2X 엔진을 새로 개량해 탑재시켰다. 해당 엔진은 우주왕복선 주 엔진보다 저렴하며, 현대적인 소재 사용으로 인해 원래 1,033kN 가량의 추력을 내던 엔진을 1,310kN까지 끌어올리는데 성공했다.


그러나 이 개량에도 불구하고 우주왕복선의 주 엔진이 내는 추력에 비해 턱없이 부족했기에 나사의 과학자들은 고체부스터 모듈 1개를 추가시켜 5분할 버젼이 되었으며, 이 개량 이후에는 위처럼 부스터가 긴 모습이 된다.




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아레스-Ⅴ는 화물을 운반하는 무인 우주선으로, Cargo Launch Vehicle (CaLV) 라고 알려져있기도 하다.


우주왕복선처럼 대형 우주 구조물 (거대 우주 망원경 등) 과 우주 개발을 위한 다양한 페이로드, 탐사선 등을 운반할 차세대 셔틀로 개발되었으며, 이 때문에 아레스-Ⅴ는 지구 저궤도까지 무려 188톤의 페이로드 적재량을 가지고 있었다. 그 새턴 로켓이 118톤이고 우주왕복선이 24.4톤이었던 것을 생각하면 개발 당시 로켓의 위력이 얼마일지 짐작 가능하다.


만약 완성되었으면 허블을 태양 라그랑주점 L2 지점까지 옮기거나, 소행성으로 오리온을 날려버리거나 하는 심우주 탐사의 주력 로켓이 될 전망이었다.


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아레스-Ⅴ은 보조 로켓으로 셔틀의 SRB 5분할 혹은 5.5분할을 사용하기로 되었으며, 원래 우주왕복선의 연료탱크 개량형에 우주왕복선의 SSME 주 엔진 4개를 달아서 1단 로켓을 만들고, 아틀라스나 새턴1, 타이탄, 델타, 벌컨 등 미국의 주력 우주로켓이었던 RL-10 주 엔진을 2단 로켓으로 만들어 발사시킬 계획이었다.


이렇게 하면 기존 우주왕복선 프로그램을 진행했던 수많은 시설들을 개조하지 않고 거의 그대로 사용할 수 있었기 때문이다.


그러나 이후 이 계획은 일부 바뀌게 된다. 먼저, 앞서 언급한 1990년대 진행되던 국가 발사 시스템의 결과로 미 공군은 아틀라스 V 로켓과  델타 IV 로켓을 개발했는데, 아틀라스가 러시아의 RD-180 엔진을 수입한것과 달리 델타의 경우 비용 효율적인 RS-68 엔진을 자체 개발해 사용했다.


RS-68엔진은 SSME보다 부품수가 80% 적고 이로 인해 가격도 합리적이었기에 엔진 교체가 이루어졌다. 다만 엔진 자체가 SSME보다 낮은 탓에 추력이 줄어들어 엔진을 1~2개 더 추가해 총 엔진갯수는 5~6개가 된다 (위 사진들의 엔진 배열 확인)


2단 엔진은 앞서 말한 아레스-Ⅰ에서도 사용한 J-2X 엔진을 그대로 사용한다.




다음 시간에는 컨스털레이션 계획이 어떤 식으로 운영되었는지, 그리고 어떤 비참한 최후를 맞이했는지 알아보도록 하자.



출처: 싱글벙글 지구촌 갤러리 [원본 보기]

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