60년대 나사가 세턴 5호로 달에 발을 디딘 이후, 40년이 넘는 세월 동안 인류는 그만큼 강력한 로켓을 만들지 못했습니다. 2013년, 나사는 우주 발사 시스템(SLS)이라는 이름으로 인류 역사상 가장 강력한 로켓 개발에 착수했습니다. 이 로켓은 단순히 달을 재방문하는 것이 아니라, 달에 전초기지를 건설하고 화성을 향한 심우주 탐사의 문을 여는 아르테미스 프로젝트의 핵심입니다. 하지만 이 거대한 도전은 기술적 한계와 예산 논란을 동시에 안고 있습니다.
1.SLS 개발, 과거 기술의 재탄생
우주 발사 시스템(SLS)은 말 그대로 밑바닥부터 다시 시작해야 하는 프로젝트였습니다. 세턴 5호만큼 강력한 로켓을 만들어본 경험이 있는 엔지니어는 단 한 명도 남아있지 않았기 때문입니다. 나사는 국립 박물관에 전시된 세턴 5호의 엔진을 떼어오자는 제안까지 나올 정도로 절박한 상황이었습니다. 결국 우주 왕복선의 RS-25 엔진을 개조하고, 고체 로켓 부스터를 확장하며, 현대 디지털 기술을 접목하는 방식으로 개발 방향이 정해졌습니다. RS-25 엔진은 우주 왕복선 시절 이미 검증된 베테랑 엔진입니다. 액체 수소와 산소를 태워 과열수증기를 음속의 13배 속도로 분사하며 엄청난 추력을 생성합니다. 우주 왕복선에서는 100% 출력으로 작동했지만, SLS에서는 109%로, 최종적으로는 111%까지 추력을 끌어올릴 계획입니다. 이는 엔진을 극한까지 밀어붙이는 작업으로, 압력과 온도, 터보펌프 회전 속도를 모두 높여야 했습니다. 2014년부터 2017년까지 나사는 뉴올리언스의 미수드 조립 공장에서 로켓 본체 일단인 코어 스테이지를 제작했습니다. 이 코어 스테이지는 직경 8.4m로 우주 왕복선 탱크와 동일하지만, 연료를 더 많이 싣기 위해 길이를 대폭 늘렸습니다. 역사상 가장 큰 로켓단이자 가장 큰 수소 탱크를 탄생시킨 것입니다. 하지만 크기가 커질수록 기체의 고유 진동수는 낮아지고, 음속에 가까운 속도에서 발생하는 충격파와 공명 현상이 로켓을 파괴할 위험이 커집니다. 이를 방지하기 위해 풍동 실험과 구조 시뮬레이션을 반복했습니다.
| 구분 | 우주 왕복선 | SLS |
|---|---|---|
| RS-25 엔진 출력 | 100% | 111% |
| 탱크 직경 | 8.4m | 8.4m |
| 고체 로켓 부스터 길이 | 기준 | 25% 증가 |
| 총 추력 | 약 2,800톤 | 약 3,600톤 |
로켓 설계의 가장 근본적인 문제는 중력과의 싸움입니다. 로켓 방정식에 따르면, 연료가 많을수록 큰 탱크가 필요하고, 탱크가 클수록 기체 무게가 증가하는 딜레마에 빠집니다. 기체 무게 1g의 증가는 최종 추력에 막대한 영향을 미치기 때문에, 나사는 탱크가 터질 때까지 압력을 가하는 극한 테스트를 통해 안전율 1.4를 확보했습니다. 1.5cm 두께의 금속판이 깃털처럼 펄럭이며 터지는 순간, 엔지니어들은 가슴이 찢어지는 듯한 아픔을 느꼈지만, 동시에 탱크의 임계점을 정확히 파악했다는 안도감을 얻었습니다.
2. 아르테미스 미션, 달을 넘어 화성으로
SLS의 최종 목적지는 단순히 달이 아닙니다. 아르테미스 프로젝트는 달에 인간을 상주시킬 전초기지를 건설하고, 이를 발판 삼아 화성을 포함한 심우주로 나아가는 장기 계획입니다. 첫 번째 무인 미션인 아르테미스 1은 SLS 로켓의 첫 비행이자 오리온 우주선의 안정성을 검증하는 핵심 과제입니다. 오리온 캡슐은 아폴로 시대의 캡슐보다 빠르고, 열 방어막도 강력하며, 고에너지 중성자와 같은 심우주 환경에 훨씬 더 잘 대비할 수 있도록 설계되었습니다. 아르테미스 1의 목표는 오리온 우주선이 달을 한 바퀴 돌고 지구로 돌아와 재진입하는 것입니다. 재진입이란 시속 4만 km의 속도로 달 궤도에서 빠져나와 지구 대기권을 뚫고 들어오는 과정으로, 오리온호의 고성능 열 방어막과 구조적 내구성을 검증하는 결정적인 시험대입니다. 만약 이 단계에서 실패한다면, 유인 미션인 아르테미스 2와 3은 무기한 연기될 수밖에 없습니다. SLS는 네 개의 RS-25 엔진과 두 개의 거대한 고체 로켓 부스터로 구성됩니다. 각 부스터는 고체 에폭시 추진 연료로 채워진 다섯 개의 분절로 이루어져 있으며, 일렬로 합쳐지면 17층 높이가 됩니다. 발사 시 로켓 무게의 90% 이상이 연료이기 때문에, 지상에서 하늘로 솟구칠 때는 엄청나게 강한 추력이 필요합니다. 고체 로켓 부스터 한 기당 2,300톤의 추력을 생성하며, 이는 전투기 14대의 애프터버너를 합친 것보다 강력합니다. 고체 로켓 부스터는 발사 후 126초 동안만 작동하며, 그중 처음 60초가 가장 중요합니다. 발사 후 30~50초 사이에 로켓은 음속에 가까운 속도에 도달하며 충격파가 발생합니다. 이 시점에서 속도를 낮추지 않으면 로켓이 파괴될 수 있기 때문에, 부스터는 추진 연료의 연소 속도를 조절하여 최고 동압을 통과한 후 다시 속도를 높이도록 설계되었습니다. 연료가 다 타고나면 빈 부스터는 바다에 떨어뜨려 무게를 줄입니다. 사용자들은 "왜 화성으로 가기 위해서는 엔진을 회수하지 못할 만큼 극한의 출력이 필요한가?"라는 질문을 던집니다. 답은 간단합니다. 심우주로 나아가기 위해서는 지구 저궤도를 완전히 벗어나야 하고, 그러려면 엄청난 속도와 에너지가 필요합니다. RS-25 엔진은 재사용 가능하도록 설계되었지만, SLS에서는 대기권을 완전히 벗어난 상태에서 엔진을 끄기 때문에 회수할 방법이 없습니다. 대신 엔진 수명을 단축시킬지 모르는 고압과 고온을 부품에 가할 수 있어, 추력을 극대화할 수 있습니다.
3. 심우주 탐사를 위한 기술적 도전과 논란
SLS 개발 과정에서 가장 큰 도전 중 하나는 극저온 공학이었습니다. 액체 수소는 영하 253도, 액체 산소는 영하 183도에서 보관해야 하며, 온도가 조금만 올라가도 순식간에 기체가 되어 치명적인 폭발 위험을 초래합니다. 극저온 액체가 금속 구조물이나 밸브에 닿으면 금속이 수축하며 변형되고, 동시에 탱크는 압력으로 팽창하려고 합니다. 이러한 상반된 힘을 견디기 위해 나사는 냉기를 막는 절연 처리와 고무 절연체를 사용했습니다. 2021년, 코어 스테이지는 스테니스 우주 센터의 테스트 스탠드에서 핫파이어 테스트를 받았습니다. 네 개의 RS-25 엔진을 동시에 점화하고 시뮬레이션 비행을 하는 이 테스트는 발사 전 마지막 관문이었습니다. 첫 번째 테스트에서는 62초 만에 주요 구성 요소 오작동으로 중단되었지만, 두 번째 테스트에서는 8분 동안 엔진을 돌려 연료를 완전히 연소시키는 데 성공했습니다. 엔지니어들은 서로 끌어안고 눈물을 흘리며 기뻐했습니다. 하지만 SLS를 향한 비판도 만만치 않습니다. 일각에서는 70년대 기술인 우주 왕복선의 부품을 재활용하면서도 천문학적인 비용과 시간이 소요되었다고 지적합니다. 특히 민간 기업인 스페이스 X가 로켓 재사용으로 비용 혁신을 이룬 반면, 나사의 최첨단 엔진 RS-25가 단 한 번의 비행 후 바다에 버려지는 소모성 구조라는 점은 '가성비' 측면에서 시대착오적이라는 비판을 받습니다. 이는 나사의 관료주의와 기술적 보수성에 대한 의구심으로 이어지기도 합니다. 하지만 나사는 SLS가 단순히 비용 효율성만을 추구하는 프로젝트가 아니라고 반박합니다. SLS는 오리온 우주선과 승무원들을 달과 그 너머까지 안전하게 보내는 유일하고 확실한 수단입니다. 민간 기업의 로켓들은 대부분 지구 저궤도를 목표로 하지만, SLS는 심우주를 향한 인류의 첫걸음입니다. 재사용을 포기한 대신, 엔진의 추력을 극대화하고 임무의 성공 가능성을 높였다는 것이 나사의 입장입니다.
| 항목 | SLS | 스페이스X 팰컨 헤비 |
|---|---|---|
| 총 추력 | 약 3,600톤 | 약 2,300톤 |
| 재사용 가능 여부 | 불가능 | 가능 |
| 목적지 | 달, 화성 (심우주) | 지구 저궤도 |
| 개발 주체 | 나사 (공공) | 스페이스X (민간) |
모바일 런처와 발사 연결 타워는 SLS를 지상에서 발사하는 핵심 인프라입니다. 높이 120m의 거대한 구조물로, 로켓에 연료와 가스, 냉각, 통신, 데이터를 공급하는 탯줄 역할을 합니다. 고체 로켓 부스터는 점화 후 0.25초 안에 움직이기 때문에, 모바일 런처는 눈 깜짝할 사이에 모든 연결다리를 로켓에서 떼어내야 합니다. 허리케인 시즌에는 로켓을 조립동으로 다시 이동시켜 보호해야 하는 등, 케네디 우주 센터의 운영은 한 치의 오차도 허용하지 않습니다. SLS와 아르테미스 프로젝트는 현재 나사에서 하고 있는 거의 모든 것을 포괄합니다. 추진력 테스트, 구조 시험, 극저온 공학, 엔진 개조, 오리온 우주선 검증 등 수많은 작업이 하나의 목표를 향해 정밀하게 조율되고 있습니다. 이 모든 일이 제대로 이루어져야만 미션이 성공할 수 있으며, 그 무게는 엔지니어들의 어깨를 짓누릅니다. 하지만 이들은 말합니다. "이게 쉬운 일이라면 누구나 하고 있겠죠." SLS는 과거의 유산과 현대 기술이 결합된 인류 역사상 가장 강력한 로켓입니다. 경제성 논란은 있으나, 인류가 지구 저궤도를 벗어나 달과 화성이라는 심우주로 나아가기 위한 유일하고 확실한 수단이라는 점은 부정할 수 없습니다. 아르테미스 프로젝트가 성공한다면, 인류는 달을 단순한 방문지가 아닌 화성 탐사를 위한 전초기지로 활용할 수 있을 것입니다. 사용자들이 던진 질문처럼, 오리온 우주선은 심우주의 치명적인 방사선을 어떻게 견뎌낼지, 그리고 인류의 첫 화성 착륙은 언제 이루어질지, 그 답은 앞으로의 미션에서 밝혀질 것입니다.
4. 자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. SLS의 RS-25 엔진은 왜 재사용하지 않나요? A. RS-25 엔진은 원래 우주 왕복선에서 재사용 가능하도록 설계되었지만, SLS는 대기권을 완전히 벗어난 상태에서 엔진을 끄기 때문에 회수할 방법이 없습니다. 대신 재사용을 위한 설계를 포기하고 엔진에 고압과 고온을 가해 추력을 111%까지 극대화했습니다. 이는 심우주로 나아가기 위한 불가피한 선택입니다.
Q. 아르테미스 1 미션의 목적은 무엇인가요? A. 아르테미스 1은 SLS 로켓의 첫 비행이자 오리온 우주선의 안정성을 검증하는 무인 미션입니다. 달을 한 바퀴 돌고 지구로 돌아와 시속 4만 km의 속도로 대기권에 재진입하는 과정에서 오리온호의 열 방어막과 구조적 내구성을 시험합니다. 이 미션이 성공해야 유인 미션인 아르테미스 2와 3이 진행될 수 있습니다.
Q. SLS가 스페이스 X의 스페이스 X의 로켓보다 비효율적이라는 비판에 대해 어떻게 생각하나요? A. SLS는 확실히 비용이 많이 들고 재사용이 불가능한 구조입니다. 하지만 SLS의 목표는 단순한 지구 저궤도가 아니라 달과 화성을 향한 심우주 탐사입니다. 스페이스 X의 팰컨 헤비는 재사용 가능하고 비용 효율적이지만, 총추력은 SLS의 약 60% 수준입니다. SLS는 인류가 심우주로 나아가기 위한 유일하고 확실한 수단이라는 점에서 그 가치를 인정받고 있습니다.
--- [출처] 영상 제목/채널명: https://www.youtube.com/watch?v=YP3pi2hyTz0