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우주비행사가 아닌 일반인들이 우주관광에 나서려면 우주왕복선과 우주정거장이 먼저 개발돼야 한다. 간단한 우주여행은 20세기중에 실현될 것이라고 전문가들은 예상한다.

보잉747이라면 외국을 여행할 때 이용하는 대형 비행기로 일반인에게 잘 알려져있다. 그런데 이 점보 제트비행기에 조종사가 승객을 싣고 외국에 다녀온 것을 일컬어 그 사람이 '외국 여행을 다녀왔다'고 표현하지는 않는다. 마찬가지로 소련과 미국의 많은 우주비행사들이 우주선을 타고 지구 주위를 비행했다거나 달에 다녀왔다고 하여 그들이 '우주를 여행했다'고 표현할 수는 없는 일이다. 왜냐하면 비행기조종사(파일럿, pilot)와 마찬가지로 우주비행사(astronaut)는 여행이 아닌 다른 특수한 목적을 가지고 우주선 조종을 위해 많은 훈련을 받은 전문가이기 때문이다.

'우주비행'과 '우주여행'은 구별되는 개념이다. 비행기로 여행하는 일반인들이 아무런 신체검사나 특별훈련을 필요로 하지 않듯이, 어떤 자격이나 신체적 조건에 관계없이 우주선을 타고 우주정거장이나 우주호텔을 왕복할 때 우리는 그것을 '우주여행'이라 부를 수 있을 것이다.
 

우주비행의 역사

1961년 4월 12일 소련의 유리 가가린은 4천 7백kg의 보스토크(Vostok)1호 우주선을 타고 1시간48분 동안 우주비행을 함으로써 인류의 꿈인 우주여행을 위한 첫걸음을 떼어 놓았다.

이로부터 3주일 후 미국에서는 앨런·세파드가 자유7호라고 이름 붙여진 우주선을 타고 15분 22초 동안 지상 1백88.4km까지 상승한 뒤 대서양으로 떨어지는 탄도비행(반우주비행)을 실시했다. 이어 1962년 2월 20일 존 글랜이 우정7호라 이름 붙여진 1천4백 kg의 우주선을 타고 4시간 55분 23초 동안 지구를 세번 회전함으로써 미국도 본격적인 우주비행시대에 접어들었다.

1963년 5월 15일 우주비행사 쿠퍼가 신의(Faith)7호를 타고 34시간 20분 30초동안 우주비행을 함으로써 미국의 1인승 우주선계획인 머큐리계획은 끝났다. 뒤이어 두명의 우주비행사가 여러가지 실험장비를 갖춰 달을 탐사하는 제미니계획이 1964년 4월에 착수돼, 1965년 3월 23일에는 드디어 우주비행사 버질 그리솜과 존 영이 3시간 53분의 우주비행에 성공했다. 제미니우주선은 길이 5.4m 직경 3m 무게 3.2t으로, 머큐리우주선보다 규모가 크다.

1969년 7월 16일에는 미국의 아폴로 11호가 세명의 우주비행사를 태우고 케이프 케네디 우주공항을 출발했다. 이 우주선에 탑승했던 비행사 암스트롱은 50일 후인 7월 20일 '인류 최초의 달 여행자'로 역사에 기록됐다. 그를 시작으로 1989년까지 미국의 우주선(머큐리 제미니 스페이스셔틀)을 타고 우주를 비행한 사람은 총 1백30명에 달하며 소련의 우주선(보스토크, 보스호드, 소유즈)을 타고 우주비행을 한 사람은 64명에 이르러 전세계에 걸쳐 우주비행경험자는 약 2백명을 헤아리게 되었다.

우주비행사의 신체조건

우주비행을 가능하게 해주는 필요조건중의 하나가 우주선의 개발이다. 우주선은 출발과 도착방법에 따라 제1, 2, 3세대의 우주선으로 크게 분류할 수 있다. 제1세대 우주선은 지구에서 수직으로 발사돼 우주비행을 한 뒤 낙하산을 이용, 바다(미국)나 육지(소련)로 돌아오는 방법을 이용하는 우주선이다. 머큐리 제미니 아폴로우주선과, 소련의 보스토크 보스호드 소유즈 우주선 등이 이와 같은 종류에 속한다. 이것은 미국과 소련이 우주개발 초창기에 사용한 방법으로 개발에 소요되는 시간이 짧고 기술이 간단하며 비용이 비교적 적게 든다. 그러나 이러한 종류의 우주선을 타는 우주비행사는 아주 건강한 신체조건과 많은 훈련을 필요로 한다.

미국 최초의 유인 우주비행계획인 머큐리 계획에 선발된 일곱명의 우주인중 한사람인 글렌은 그의 수기중에서 신체검사과정에 대해 "체력검사는 몹시 엄격했다. 인간으로서 이 이상 정밀한 신체검사를 받는다는 것은 생각조차 할 수 없을 정도로 철저했다. 우리들은 한 사람씩 탱크의 물속에 들어가서 체중과 부피를 재어 몸속에 있는 지방분을 측정받았다. 전기장치에 의한 심장기능과 뇌조직의 반응측정도 있었다.

17회에 걸쳐 시력과 안구를 검사받고 혈액도 여러번 되풀이해서 검사받았다. 체력과 내구력 실험은 물론 고온에 견디는 실험을 위해 54.5℃의 밀실에 2시간씩 갇히기도 했다. 반대로 얼음과 같이 찬 물속에 발을 넣고 저온에 대한 혈압의 반응을 검사 하기도 했다. 우주복을 입고 지상 20km에서와 같은 기압상태를 경험해 보았고, 방음격리실 속에 2시간 정도 혼자 고독하게 남겨져 반응검사를 받기도 했다"고 말했다.

1958년 미국항공우주국(NASA)은 우주비행사의 조건으로 다음과 같은 항목을 발표했다. ① 전반적으로 성숙하고 최상의 육체적 상태에 있는 35세 미만의 젊은이 ② 키는 1백80.34cm이하 ③ 체중은 81.65kg이하 ④ 공학사 학위 또는 그와 동등한 자격을 가진 자 ⑤ 혀재 육해공군의 시험비행사 ⑥ 위와 같은 조건을 갖춘 자원자
이러한 조건에 5백8명이 응모하여 최종적으로 7명이 선발됐다.

우주왕복선의 출현

1981년 미국의 케이프 케네베랄 우주센터에 의해 제2세대 우주선 시대는 막이 올랐다. 제2세대 우주선은 제1세대 우주선과 같이 수직으로 발사되지만 착륙할 때는 비행기처럼 수평으로 내려앉는다. 미국과 소련의 우주연락선 및 왕복선이 이에 해당한다. 제2세대 우주선은 1세대에 비해 여러가지 면에서 개선됐다.

우주선 발사시 우주비행사들에게 가장 힘든 문제는 가속도에 의해 받는 중력이다. 머큐리우주선의 경우 우주인에게 최고 8G(중력단위)까지 중력이 가해졌다고 하는데, 이는 몸무게 50kg의 우주인이 4백kg상당 물체의 압력을 받는 것과 같다. 제2세대 우주선은 이 압력을 3분의 1정도로 감소시켰다. 이로 인해 현재 미국의 우주왕복선 탑승자의 신체조건은 이전보다 훨씬 완화되었다.

또 다른 장점은 지상 착륙시 위험이 적고 충격이 없다는 점. 우주인들이 지상 2백km의 고공에서 낙하산을 타고 내려오지 않아도 되고, 우주에서 고장난 위성을 싣고 내려올 수도 있게 됐다. 실제로 1967년 4월 24일 임무를 마치고 귀환하던 소유즈1호의 우주비행사가 낙하도중 낙하산 줄이 꼬여 추락, 사망한 적도 있었다.

제2세대 우주선은 지구 귀환을 위해 비행기처럼 날개가 부착되어 있다. 또한 여러번 사용가능하게 제작되어 한번 밖에 사용할 수 없었던 제1세대 우주선보다 훨씬 경제적이다.

스페이스 셔틀(space suttle) 득 우주왕복선은 크게 세부분으로 구성돼 있다. 비행기처럼 생긴 궤도선(orbiter) 궤도선의 배에 붙어있는 외부연료탱크(연료통+산화제통), 그리고 외부 연료탱크의 좌우에 붙어있는 두개의 보강용 로켓이 그것이다.

궤도선에는 비행사 과학자 기술자들이 탑승하는 승무원실과 화물칸 그리고 고성능 액체추진제 로켓엔진 및 방향조절용 로켓이 갖춰져 있다. 액체추진제 로켓엔진은 대형 고체추진제 로켓과 함께 우주선이 우주로 발사될 때 사용된다. 이전에는 연소가 끝나면 외부연료탱크로부터 분리해버리곤 했던 대형 고체추진제 로켓을 회수,20회 정도 재사용할 수 있게 설계한 것이 액체추진제 로켓엔진이다. 그러나 이렇게 경제적인 기계를 만들고자 했던 욕심이 1986년 챌린저호의 폭발사고를 낳은 원인 되었다는 견해도 있다.

프랑스와 일본도 도전

미국의 우주왕복선이 처녀비행을 시작한지 7년 뒤인 1988년 11월 15일 소련은 '부란'(눈보라)이라는 이름의 첫번째 무인우주왕복선을 발사했다. 부란은 성공적으로 임무를 달성한 뒤 무선조정에 의해 혼자 무사히 착륙했다. 부란은 그 뒤 아직 아무런 활동을 보이지 않고 있는데, 곧 또다시 발사될 것이라고 한다.

소련의 우주왕복선은 전체적인 크기와 형태가 미국의 우주왕복선과 매우 비슷하다. 추진력은 소련의 것이 조금 더 강하나, 궤도선 이외에는 재사용하는 부분이 없고 엔진도 매번 버리므로 미국의 것보다 비경제적이다. 한편 프랑스와 일본도 1997년까지 각각 '에르메스'(Hermes)와 '희망'이라는 이름의 우주왕복선을 발사할 계획을 세우고 있다.

프랑스와 ESA(유럽우주기구) 회원들이 4백50억달러를 투입하여 제작할 에르메스는 1996년까지 무인실험비행을 마친 뒤 그 다음해부터 유인실험비행을 시작할 것이다. 에르메스는 길이 15m 날개폭10.18m 무게12t의 우주선으로 비행사 및 기술자 세사람과 3t의 짐을 실을 수 있다. 동체의 폭과 높이는 각각 3.4m, 화물칸의 길이는 2.5m이다. 그러나 에르메스계획은 발사로켓인 아리안5형이 1995년까지 개발돼야만 그 이듬해부터 비행실험에 돌입할 수 있다.

일본은 제1세대 우주선의 개발없이 곧장 제2세대 우주선개발계획에 착수했다. 이점은 프랑스를 비롯한 ESA도 마찬가지다. 일본은 현재 미국의 우주왕복선에 탑승시킬 일본인 비행사를 선발해, 곧 훈련에 들어갈 예정이며, 90년대 후반에 완성될 미국의 우주정거장에도 실험동 하나를 올려보내기로 계약을 했다. 이 실험동에서 일할 우주과학자와 기술자를 실어나르고 물자를 수송하기 위해 우주왕복선 '희망'이 제작될 계획이다. '희망'은 1992년 개발 예정된 순일본제 대형 로켓 H-2에 의해 발사되며, 크기는 동체길이 10.5m 날개폭 6m 동체높이 2.5m이다. 짐을 싣지 않은 상태에서의 무게는 5.3t, 최대무게는 9.7t이 될 것으로 예상된다.
 

수평 이착륙은 가능한가

제3세대 우주선은 우주공항의 활주로에서 수평으로 이륙하며 지상으로 돌아올때도 지금의 우주왕복선처럼 수평으로 착륙하는 방식을 취한다. 현재 추진중인 제3세대 우주선 개발계획으로는 영국의 호톨(Hotol), 독일의 젠거(Sänger) 그리고 미국의 X-30이 있다.

미국의 X-30(오리엔탈 익스프레스)은 제3세대 우주선 가운데 가장 빨리 취항할 수 있을 것으로 예상되고 있다. 이미 개념정립과 컴퓨터를 통한 설계 및 시뮬레이션 등 기본적인 작업이 끝났고 시험비행을 위한 각종 문제의 해결작업이 극비리에 진행중이다.

X-30계획의 목표는 수평 이착륙과 극초음속(음속의 6배 이상)으로 3~4시간을 계속 비행하는 것으로 1996년쯤 시험비행을 할 예정이다. 이 계획은 현재 미국이 항공우주분야에서 쥐고 있는 주도권을 계속 유지할 수 있을 것인지의 여부를 가늠해주는 중요한 열쇠이기에, 미국의 대형 항공사들이 모두 참여해 연구중이다.

일단계 계획이 완성되면 현재의 대륙간 항공기 보잉 747의 뒤를 이어 대륙간 여행에 사용될 예정이다. X-30은 서울과 뉴욕을 2~3시간에 비행할 정도로 빠르다. 비행기 길이는 30~45m, 날개폭 10m 이상, 총 뭐게는 90t이 될 것으로 예상하고 있다. 1단계 계획이 성공하면 뒤를 이어 음속의 25배까지 속도를 낼 수 있도록 연구해 지구궤도에 있는 우주정거장까지 직접 비행이 가능하게 할 계획이다. 이미 미국은 X-15라는 이름의 로켓 실험비행기를 제작하여 1967년 음속의 7배로 비행한 바 있다.
 

젠거와 호틀

서독의 젠거는 X-30과 함께 가장 가까운 장래에 개발될 제3세대 우주선 겸 극초음속 여객기이다. 독일의 MBB사가 주축이 돼 오스트리아 이탈리아 네덜란드 스페인 등의 정부 및 기업들이 함께 참여하는 유럽공동프로젝트다. 젠거는 두개의 체계로 구성돼 있다. 마치 큰 비행기가 작은 비행기를 등에 업고 다니는 모습이다. 큰 비행기가 젠거 1단계인데, 이것을 여객기로 개조하면 승객 2백30명을 태우고 서울과 뉴욕을 2시간에 비행할 수 있는 극초음속여객기가 된다. 지금까지 설계된 젠거 1단계 비행기는 길이 84.5m 폭41.4m로 삼각형날개를 달고 있다. 무게는 2백59t이다. 2단계 비행기는 우주로 비행할 우주선으로 길이 30m 날개폭 20m 무게 87t의 '호러스'(Horus)이며, 화물수송전용의 '카거스'(Cargus)도 있다. 호러스는 32명의 승객을 태울 수 있는 우주관광선으로 개조할 수도 있다. 예상되는 1인의 우주왕복경비는 40만달러(이억6천8백만원) 정도.

젠거는 1백50회 가량 반복 사용할 수 있게 설계됐는데 우주에 화물을 운반할 경우, 운반 경비는 미국 우주왕복선의 4분의1에 해당되는 2천달러 수준으로 줄일 수 있을 것이라 추정된다. 이러한 젠거의 시험비행은 1996년으로 계획이 잡혀 있어 미국의 X-30과 벌써부터 경쟁이 치열하다.

한편 2004년 개발을 목표로 설계중인 영국의 호톨은 길이 54m 날개폭 17m 무게 7t의 우주선이다. 이밖에 일본과 소련 등에서도 제3세대 우주선의 기초연구가 진행중에 있다.

우주정거장과 호텔

일반인들이 타고 여행할 수 있을 정도로 안전하고 편안한 우주선인 X-30이나 젠거 등이 개발됐다고 해도, 우주여행에는 쉬어갈 수 있는 우주정거장이나 호텔 등이 갖춰져 있어야 한다.

미국을 비롯한 선진 9개국은 지상 3백20km의 궤도에 길이 1백16m 폭 90.4m의 본격적인 영구 우주정거장을 1993년부터 건설해 1995년까지 완성시킨다는 계획하에 건설준비를 하고 있다. 우주정거장의 중요부품을 최종 시험하고 예비조립할 미국 휴스톤의 NASA에는 벌써부터 많은 우주기술자와 과학자들이 모이고 있어 미국의 아폴로계획 이후 최대의 성황을 이루고 있다.

1989년 6월 일본의 시미즈건설회사는 21세기의 우주레저시대에 대비하여 우주여행의 중심기지가 될 우주호텔(Space Hotel)을 구상했다. 이 구상은 미국의 벨-트로티사의 기술지도로 작업이 진행되고 있다. 우주호텔은 지상 4백50km 높이에 객실 64개를 갖춰 최대 1백명을 수용할만한 규모가 될 것이다. 건물구조를 살펴보면 높이 2백40m의 대나무형태의 파이프를 중심으로 가장 윗부분에는 직경 1백40m의 원을 둘러싸고 작은 원통형의 객실 64개를 설치한다. 그 밑으로 각 변의 길이가 60m인 역피라미드형 공간을 건설할 예정이다. 이 역피라미드형 공간엔 로비나 라운지를 만들고 레스토랑과 각종 스포츠 시설이 들어선다. 건설자재의 수송은 우주왕복선을 이용할 계획인데 수송비만도 약 6조원이 소요될 것으로 추정하고 있다.

임박한 우주여행시대

우주여행의 시대는 매우 가까운 장래에 펼쳐질 것이다. 우리앞에 다가올 우주여행이 어떤 단계를 걸쳐 실현될 것인지 살펴보자.

첫번째 단계는 제2세대나 제3세대 우주선을 타고 지구궤도에 올라 지구를 2~3회전 하고 내려오는 간단한 방법으로 1999년쯤 실현될 것이다. 두번째 단계는 우주선을 타고 지구궤도의 우주정거장이나 호텔에 하루 이틀 머물다가 다시 우주선을 타고 지구로 되돌아오는 방법으로 2010년쯤 가능할 것으로 보인다. 세번째 단계는 우주선을 타고 지구궤도의 우주정거장이나 호텔에 하루정도 머물다 달여행용 우주선을 타고 달궤도를 한 두바퀴 선회한 후 지구궤도의 우주정거장을 거쳐 지구로 돌아오는 방법. 적어도 한번의 여행에 7~10일이 소요될 것이며 2020년 실현가능성이 점쳐지고 있다. 네번째 단계는 세번째 단계와 같은 과정중 달에 직접 착륙하는 방법으로 위험성이 높아 2030년 이후에나 가능할 것이다. 다섯번째 단계인 달 이외의 행성 방문은 몇달 혹은 몇년이 소요하는 장기여행이 될 것이기에 여행으로서의 가치를 가질 수 있을지 의문이다. 1989년 7월 20일로 인간의 달착륙 20주년을 맞은 미국의 팬암항공사는 지난 1964년부터 1971년에 이르기까지 모두 10만명의 달여행 희망자의 예약을 받았다. 이들 희망자는 각각 예약번호가 찍힌 카드를 발행받았으며 적게는 18년, 많게는 25년까지 달에 갈 차례를 기다려 왔다. 만일 달여행이 상업화되면 3천만원 정도의 비용을 이들로부터 징수할 것이라고 한다.

전세계적으로 우주여행을 희망하는 또는 우주여행이 가까운 장래에 실현될 것이라 확신하는 사람들이 많다. 우리들에게도 우주여행의 기회가 올 것이라 믿으면서 조만간 서울 근처에 세워질지도 모를 우주공항을 꿈꾸어 본다.