Space Shuttle System 상세 해부

얼마전 우리 국민의 염원을 담은 나로호가 발사되었습니다.
비록 절반의 성공(?) 혹은 실패였지만
그래도 우주를 향한 대한민국의 의지를 전세계에 그리고 우리 국민들에게 보여줬다는 점에서 의미 있는 사건이 아니었나 합니다.

우리의 우주 개발 역사는 다른 우주 강대국에 비하면 역사가 없다고 해도 무방할 정도로 너무나 짧죠.
우주 개발 역사가 짧다는 것은 그만큼 보유하고 있는 지식이나 기술이 없다고 볼 수 있습니다.

나로호의 발사를 즈음해서, 
그렇다면, 우주 선진국이라는 미국의 발사체는 어떠한지 한번 짚고 가고자 합니다.

나로호와 비교해 보면, 그 규모면이나 기술면이나 큰 차이가 난다는 사실을 확인할 수 있습니다.





나사의 스페이스셔틀 재원

길이 : 스페이스 셔틀 전체 56m / 오비터(orbiter) : 37.2m
오비터 높이 : 17.3m
오비터 날개 너비 : 23.7m
무게 : 2,041톤(약 85%가 연료 무게), 오비터(68톤), 적재가능화물(29.5톤)
비행궤도 : 185km~643km
궤도 회전 속도 : 27,875kmh


미국의 나사가 자랑하는 우주선 & 우주발사체는 일명 스페이스 셔틀 시스템(Space Shuttle System)이라고 불립니다.

'셔틀'이라... 그렇습니다. 
한번 사용하고 버리는 것이 아니라, 우주에 나갔다 다시 오고 다시 나가고를 반복할 수 있는 재사용 가능한 우주 발사 시스템이라고 말할 수 있습니다.

미국은 막대한 우주 개발 비용과 장비의 이동 등을 위해서 스페이스 셔틀을 세계 최초로 개발한 것입니다. 
발사는 로켓처럼, 궤도에서는 우주선처럼, 그리고 귀환은 항공기처럼 하는 다기능 우주선인 셈이죠.

현재 나사에는 3대의 스페이스 셔틀 오비터- 디스커버리, 아틀란티스, 인데버호-가 운영중에 있습니다.  
각각의 셔틀들은 약 100번 정도의 미션을 수행할 수 있게끔 제작되었는데, 지금까지 약 1/4정도 사용되어 졌습니다.
따라서 앞으로 거의 원하는 만큼 재사용할 수 있다고 볼 수 있습니다.




그럼, 스페이스 셔틀 오비터의 역사를 잠시 보겠습니다.

최초의 스페이스 셔틀 오비터는 1979년 케네디 우주센터(Kennedy Space Center)에 전달된 콜롬비아호입니다.
그런데, 지금 사용중인 오비터 이름에는 콜롬비아호가 없습니다.
예 맞습니다. 기억하실 수도 있지만, STS-107 멤버들은 2003년 2월 1일 지구귀환 중 오비터 바닥에 있는 방열판 조각 하나가 벗겨지는 바람에 폭발하여 지구 대기권에서 산화되었습니다.

이렇게 미션 수행 중 사고로 역사 속에 묻힌 오비터가 또 있습니다. 바로 챌린져호입니다.
많은 분들이 그 사고 장면을 TV를 통해서 보셨을텐데요.
1982년 KSC로 전달된 챌린져호도 1986년 발사후 상승 중에 아주 사소한 문제로 유발된 폭발 사고로 사라졌었죠.

이 두 사고로 나사의 우주 개발 사업은 잠시 주춤한 듯 하였으나,
그래도 미국은 우주 선점에 대한 목표를 포기하지 않습니다.
콜롬비아호나 챌린쳐호와 비슷한 시기에 개발된 나머지 우주선들은 계속 운영되고 있기 때문입니다.

디스커버리호는 1983년, 아틀란티스호는 1985년에 KSC에 인계되었고, 챌린져호의 대체 오비터로 제작된 인데버호는 1991년에 우주 개발의 선봉장에 서게 됩니다.

위에서 소개한 우주왕복선은 총 5대인데요. 사실 나사는 총 6대의 왕복선을 만들어졌습니다.
그 나머지 1대의 왕복선은 나사 역사상 처음 만들어진 왕복선인 엔터프라이즈호입니다. 
그런데 일반인들에게 엔터프라이즈호가 낯설게 느껴지는 이유는 엔터프라이즈호는 우주를 비행한적이 한번도 없기 때문이다.
단지, 드라이덴 비행 연구센터(Dryden Flight Research Center)에서 접근 및 착륙 시험 등과 1970년대 후반 발사 패드 연구를 위해 사용되어졌기 때문이지요. 
즉, 유명하진 않지만, 우주개발에 있어서 숨은 공로자라고 할 수 있겠습니다.



다음으로 스페이스 셔틀의 구성에 대해서 한 번 살펴보겠습니다.

스페이스셔틀은 크게 3개로 구성되어집니다,

먼저 궤도선이라 불리는 우주왕복선 Orbiter. 오비터는 우주인들을 태워서 보호하며 궤도 위에서 임무를 잘 수행하고 지구로 귀환시키는 역할을 담당하는 장비입니다. 특징은 우주로 올라갈때는 강력한 엔진을 사용하지만, 지구로 귀환할 때는 마치 글라이더처럼 활공비행을 한다는 것입니다. 그래서 공기의 저항을 많이 받게끔 넓은 형태의 날개를 가지게 된 것입니다.

둘째로, 대형 외부탱크(External Tank)가 있습니다. 주 엔진에 사용되는 연료를 보관하는 소모성 탱크입니다. 높이가 약 46.94m에 지름이 8.41m인 대형 탱크이죠. 나로호 덕분에 많이 알려져 있겠지만, 주로 연로(액체수소)와 산화제(액체산소)로 채워져 있고, 액체연료를 사용하는 엔진으로서 추력을 마음대로(50~109%) 조절할 수 있는 뛰어난 장점이 있죠. 

마지막으로 외부탱크 양쪽에 부착되어 있는 고체 로켓 부스터(Solid Rocket Booster) 2기는 셔틀이 발사된 후 처음 2분동안의 추진력 대부분을 제공하는 매우 중요한 장비입니다. 고체연료를 쓰기 때문에 한번 점화가 돼면 모든 연료가 소모하기 전까지는 엔진을 끌 수가 없지만, 강력한 추력을 생산해낼수 있죠.

앞에서도 소개했지만, 스페이스 셔틀은 재사용이 가능하다는 점에서 매우 경제적인 장비입니다. 대기에서 소멸되는 외부 탱크를 제외하고 나머지 두 가지 구성 요소는 재사용이 가능하죠.



마지막으로 스페이스 셔틀 역사 중에 나름 주목할만한 내용들을 소개할까 합니다.

1. 미션 기간
우주 궤도에 가장 오래 머룰렀던 미션은 1996년 11월 STS-80때의 17.5일입니다. 일반적으로 5~16일 내의 미션기간을 정한다는 걸 고려할때 결코 짧은 기간이 아닙니다.

2. 미션 참가 인원
미션 최소 참가 인원은 초창기 때는 2명이었지만, 기술과 노하우가 쌓이면서 점차 늘려갔습니다.
결국, 최대 참가 인원 8명까지 한 우주선에 탄 적이 있었습니다. 일반적으로 5~7명 내외로 승무원을 구성합니다.

3. 총 운반 화물량
현재까지 셔틀시스템이 가장 믿을만한 발사 시스템으로 알려져 있습니다. 1981년부터 현재까지 약 136만 킬로그램의 화물을 궤도로 올렸습니다.

4. 미션 참가 인원
600명이 넘는 우주인이 임무를 수행. 



스페이스 셔틀은 인류의 우주개발 역사에서 매우 중요한 자리를 차지합니다.
비록 남의 나라의 얘기지만, 그들을 통해 우리도 우주에 대해 간접적으로 볼 수 있기 때문입니다.
그래서인가요. 나사는 각 우주 개발 선진국들과 힘을 합쳐 더 많은 미션을 수행하고 있습니다.
또한, 그러기 위해서 스페이스셔틀도 개량에 개량을 거듭했죠.
지금의 스페이스 셔틀은 80년대의 그것과는 완전히 다른 시스템이라고 할 수 있을 정도입니다.
부품하나 나사 하나까지 모두 새로 개발했다고 합니다.

이런 내용은 간단한 수치로도 확인이 가능합니다.
1992년 이후, 나사는 이전보다 3배 이상 안전한 스페이스셔틀 시스템과 엔진을 개발하였고, 사고 발생률을 70% 이상 줄였습니다.
그리고 같은 기간동안 비용은 40% 줄은 연간 12.5억 달러로 줄였죠.  그러나 우주로 쏘아올린 화물의 무게는 7.3톤이 증가했습니다.


지금까지 나사 얘기를 썼지만,
우리도 언젠가는 이와 비슷한 우주 발사체를 가질 수 있을 거라 기대합니다.
그 전에 적어도 일본 수준의 기술과 노하우를 축적하여 
우주 개발 선진국들과 어깨를 나란히 할 수 있는 순간이 곧 있을거라 의심하지 않습니다.

비록 나로호는 대기권에서 사라졌지만,(그 원인은 반드시 밝혀지고 공개되어야 합니다.)
우리의 꿈은 더욱 선명해졌습니다.

by Lachrimae | 2009/09/08 16:08 | miscellaneous | 트랙백 | 덧글(2)

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Commented by 우주인 at 2009/09/09 11:46
이제 Space Shuttle System 상세 해부를 보여주세요.
Commented by 아브공군 at 2009/09/10 12:34
근데 엔터프라이즈는 다른 이유로 더 유명한 실험기죠.

원래는 Constitution으로 지으려고 했는데.... 트래키(Treky, 스타트랙 매니아)들이 'NCC-1701 Enterprise로 해야 한다!' 라고 청원서를 보내서 결국 엔터프라이즈가 된 것으로.....

(요즘 나오는 스타트랙 시리즈의 함장실 벽에 보면 역사속의 엔터프라이즈함들이 나오는데 미 해군 범선 엔터프라이즈에서 시작해서 항공모함 엔터프라이즈, 그리고 OV-101 사진이 붙어 있다는....)

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