d라이브러리

“잠시 후 화성에서 지구로 돌아가는 우주선이 이륙합니다. 아직 탑승하지 않은 손님께서는 속히 3번 게이트로 오시기 바랍니다.”
어? 벌써 지구로 돌아가야 한다니 너무 아쉬워. 내가 기다리고 기다리던 화성 수학여행이 벌써 끝이라니…. 수학여행을 우주로 가다니 신기하다고? 지금은 2036년, 누구나 우주를 여행할 수 있어~!





우주여행이 가능하기까지

내가 우주로 수학여행을 올 수 있었던 건 많은 사람의 노력이 있었기 때문이야. 엄마한테 들었는데, 불과 20년 전만 해도 일반 사람이 우주여행을 하기란 거의 불가능한 일이었대. 우주여행 티켓이 3억 원이었다나 뭐라나~?


일반인 최초로 우주를 여행한 사람

2001년 5월, 세계 최초의 민간 우주여행자 ‘데니스 티토’가 우주여행을 떠났어요. 티토는 2000만 달러(약 250억 원)나 하는 우주여행 경비를 자신의 돈으로 지불했지요.

티토는 당시 미국의 한 금융회사를 운영하는 기업가였어요. 하지만 알고 보면 그는 항공우주공학을 공부하고 NASA에서 화성탐사선을 만들던 과학자였지요. 티토는 NASA에서 일하던 시절부터 우주여행에 대한 꿈을 꿨지만 기회가 쉽게 주어지지 않았어요. NASA에서 5년을 일하고 나온 티토는 금융사업가로 변신해 많은 재산을 모았어요. 그리고 2001년 드디어 우주여행의 꿈을 이루게 된 거예요.

티토가 꿈을 이루게 된 배경에는 러시아의 재정난이 있었어요. 1960년대부터 미국과 경쟁하며 우주개발을 진행하던 러시아는 1990년에 불어닥친 경제 위기로 심각한 재정난에 시달렸어요. 이에 우주사업 예산이 크게 줄어들자, 러시아 항공우주국은 민간인에게 비용을 받고 우주여행을 보내 주는 사업을 시작한 거예요. 러시아의 우주선인 소유즈 TM32호에 탑승한 티토는 고도 350km에 있는 국제우주정거장에 방문하는 등 8일 가까이 우주를 비행했답니다. 지구로 돌아온 티토는 “내 꿈을 이룬 멋진 여행이었다”며 소감을 말했어요.


이후 데니스 티토는 앞으로 더 많은 사람이 우주여행을 할 수 있도록 돕기 위해 ‘화성 인스퍼레이션 재단’을 만들었어요. 그리고 2018년 1월에 첫 민간 화성왕복선을 발사하기 위한 노력을 기울이고 있답니다.



우주여행 티켓이 3억 원?

2005년 영국의 우주여행기업인 ‘버진 갤럭틱’은 우주여행 티켓을 판매해 화제가 됐어요. 당시 우주여행 티켓의 가격은 약 2억 4000만 원이었는데, 시간이 지나 약 3억 원까지 올랐지요.

버진 갤럭틱이 개발한 우주선 ‘스페이스쉽2’는 약 110km 고도까지 올라갔다가 지구로 내려와요. 보통 고도 100km를 지구 대기와 우주의 경계선이라고 해요. 따라서 스페이스쉽2를 탑승하는 시간은 총 2시간 반 정도지만, 우주에 머무르는 시간은 10분도 채 되지 않지요.

그럼에도 불구하고 2014년까지 약 700명의 사람들이 티켓 가격의 10%를 지불하고 예약을 마쳤어요. 예약자 중에는 우주물리학자인 스티븐 호킹을 비롯해 연예인 브래드 피트, 저스틴 비버 등 유명인도 있지요.

계획대로라면 2015년에 이미 버진 갤럭틱의 우주여행이 시작됐어야 해요. 하지만 2014년 시험비행 중이던 스페이스쉽2가 추락하는 사고가 일어났어요. 이 사고로 조종사 중 한 명이 목숨을 잃고 말았지요. 사고 이후, 우주여행을 예약한 사람 중에서 일부가 취소하기도 했답니다. 현재 버진 갤럭틱은 스페이스쉽2의 문제점을 보완한 새로운 우주선을 만들고 있어요.




재활용 로켓 타고 우주여행 간다!

먼 거리를 가야 하는 우주선은 지구에서 이륙할 때 발사체에 실려서 올라가. 우리가 타는 우주선도 발사체에 실려서 올라가는데, 벌써 다섯번째 재활용되는 발사체라고 해. 발사체를 어떻게 재활용하냐고?

블루 오리진의 ‘뉴 셰퍼드’

2015년 11월, 우주선 ‘뉴 셰퍼드’의 발사체가 다시 지상으로 착륙하는 데 성공하며 많은 관심을 받았어요. 이전까지 발사체는 우주선을 한 번 실고 올라가는 용도로 개발됐어요. 우주선을 목표한 높이까지 띄운 뒤에는 바다에 떨어져 쓰레기가 되고 말지요.

이렇게 한 번 쓰고 버리는 발사체를 만들기 위해서 보통 우주선 개발 비용의 90% 정도 되는 많은 돈이 들어가요. 중력을 이기고 대기권을 빠른 속도로 뚫고 올라갈 수 있는 힘을 지닌 엔진이 들어 있기 때문이지요. 또한 강한 압력과 열에도 버틸 수 있는 탄소복합재 같은 재질로 만들어진 것도 발사체가 비싼 이유 중 하나예요. 따라서 발사체를 재사용하면 우주선을 발사하는 데 필요한 비용을 90% 가까이 줄일 수 있지요.

이에 블루 오리진은 우주선과 분리된 뒤에 다시 정해진 장소로 착지하는 발사체를 개발했어요. 그리고 2015년 11월에 발사해 지상으로 착륙시킨 발사체를 한 달 뒤인 12월에 재사용하는 데 성공했답니다. 이제 발사체를 여러 번 사용할 수 있게 된 거예요. 사람들은 재활용 발사체 기술로 우주여행 비용이 10분의 1로 줄어들 것이라고 기대하고 있답니다.


















 


 
스페이스X의 ‘팰컨9’

뉴 셰퍼드의 발사체가 무사히 지상에 착륙하고 한 달 뒤인 2015년 12월, 스페이스X의 우주선 ‘팰컨9’의 발사체 역시 지상에 착륙하는 데 성공했어요. 스페이스X는 블루 오리진과 함께 미국 민간 우주선 개발 사업을 주도하고 있는 기업이에요.

팰컨9은 2단 발사체와 위성 또는 화물을 실을 수 있는 공
간으로 이루어져 있어요. 발사체가 2단으로 돼 있고, 많은 연료를 싣고 있어서 뉴 셰퍼드보다 더 높이 올라갈 수 있지요. 발사한 모습 그대로 착지하는 뉴 셰퍼드와 달리, 팰컨9은 발사체 방향을 돌려야 해요. 따라서 팰컨9에는 방향을 돌리기 위한 초소형 엔진과 같은 원리인 추력기가 달려 있어요. 나아가려는 방향의 반대편에 있는 추력기에서 가스를 분사해 발사체를 원하는 방향으로 제어할 수 있답니다.

하지만 발사체의 방향을 돌리기 위해서는 연료가 추가로 필요해요. 이 연료는 발사체의 무게를 무겁게 하지요. 그래서 올해 1월 17일 스페이스X사는 발사체 방향을 돌리지 않고 바다에 띄운 배 위에 착륙시키는 실험을 했어요. 하지만 착륙용 다리에 이상이 생겨서 발사체가 넘어져 폭발하고 말았지요. 스페이스X는 앞으로도 발사체를 바다 위에 착륙시키기 위한 도전을 계속할 계획이에요.






























 


미래의 우주여행은?

어느덧 저 멀리 푸른 지구가 보여. 요즘 지구에서는 우주 엘리베이터를 설치하는 작업이 한창이야. 우주 엘리베이터가 완성되면 우주로 물건을 운반하는 일이 쉬워질 뿐 아니라 우주여행도 쉽게 갈 수 있을 거야.

새로운 우주 엘리베이터 탑

민간 우주선 개발 기업이 하나 둘 생기면서 일반 사람도 우주여행을 갈 수 있다는 희망이 생겼어요. 그리고 좀 더 쉽고, 싼 가격에 우주여행을 할 수 있는 다양한 연구가 이어지기 시작했지요. 그 중에 가장 대표적인 방법이 바로 우주 엘리베이터예요.

2015년 6월, 캐나다의 우주 기술 기업인 토스테크놀로지가 새로운 우주 엘리베이터 기술로 특허를 받았어요. 이 엘리베이터는 지상 20km 높이의 탑으로 이루어졌어요. 현재 지구상에 있는 가장 높은 건물의 20배나 되는 높이지요.

이렇게 높은 탑을 만드는 일은 보통 건물을 세우는 기술로는 불가능해요. 건물이 자체의 무게를 이기지 못할 뿐 아니라, 바람의 영향을 많이 받아 무너질 수 있거든요. 이에 토스테크놀로지는 보통 건물을
짓는 기술과 다른 기법을 제안했어요.

우선 엘리베이터 탑의 표면을 강도가 높은 신소재 섬유로 만들어요. 그리고 그 속에 높은 압력의 공기를 넣어서 마치 풍선 기둥처럼 탑을 세우는 거예요.

하지만 이 탑은 지름이 230m이고 높이가 20km나 되기 때문에 바람이나 외부의 충격에 아주 약해요. 그래서 탑의 중간 중간마다 자이로센서 기능이 있는 ‘플라이휠’이라는 장치를 넣어둬요. 둥글넓적한 모양의 플라이휠은 탑이 휘어지지 않고 바로 서 있을 수 있도록 탑의 모양을 제어하는 역할을 하지요.

토스테크놀로지는 5년 내에 1.5km 높이의 타워를 시범으로 설치하고 계속해서 연구할 계획이랍니다.



은하철도 타고 우주호텔 간다!

우주 엘리베이터를 만드는 아이디어는 지금으로부터 약 110년 전에도 있었어요. 1895년 러시아의 과학자 콘스탄틴 치올콥스키가 긴 케이블을 팽팽하게 설치하고 엘리베이터가 그 케이블을 따라 움직이는 아이디어를 제안했거든요.

지구정지궤도는 위성이 지구의 자전 속도와 같은 속도로 공전하는 궤도를 말해요. 지구정지궤도 위성은 지구의 한 면만 계속해서 바라보지요. 따라서 지구에서 10만km 떨어져 있는 공중기지와 지구를 끈으로 연결하면 끊어지지 않고 계속 연결된 채로 있을 수 있어요. 이 원리를 이용해 지구 중력으로 내려왔다가, 전기 또는 자기의 힘으로 올라가는 엘리베이터를 설치하는 거예요.

실제로 이 아이디어를 바탕으로 일본의 한 건설 회사에서 우주 엘리베이터를 짓기 위한 연구를 하고 있어요. 2025년까지 지구에 케이블을 고정하는 기지를 세우는 것을 시작으로 2050년까지 우주 엘리베이터를 완성하겠다는 계획이지요.

하지만 우주 엘리베이터가 설치되려면 반드시 해결해야 할 과제가 있어요. 바로 케이블에 운석이나 소행성이 부딪히는 사고를 막는 방법을 찾아내야 하지요. 지구와 충돌할 위험이 있는 소행성만 해도 2000개 이상이거든요. 따라서 충돌 사고를 막는 기술이 우선 개발돼야 우주 엘리베이터를 설치할 수 있답니다.

엘리베이터를 타고 우주로 여행을 갈 수 있다니…. 우주를 여행하고 싶은 친구들은 지금부터 미리 계획을 세우도록 해~! 우주 과학자가 되어 새로운 우주여행 기술을 개발할 수도 있겠지? 그럼 난 지구를 배경으로 셀카 찍으러 가야겠다. 모두 안녕~!



도움 및 사진 : 옥호남(한국항공우주연구원 발사체기술개발단), 스페이스X, 블루 오리진, NASA, 위키미디어, 게티이미지뱅크 등