왕복선—우주에의 새로운 접근

사방 수 ‘킬로미터’의 땅을 뒤흔든 천둥 같은 폭음을 내면서 세계 최초의 재사용 가능한 우주선 ‘콜럼비아’호가 ‘플로리다’ 주 ‘케이프 케나베랄’의 발사대를 떠나 우주를 향해 하늘로 솟아 올랐다. ‘러시아’ 우주인 ‘유리 가가린’의 첫 유인 우주 비행이 있은지 꼭 20년째 되는 4월 12일의 일이다. 54 1/2시간의 ‘36회 지구 궤도 비행을 마친 후, 우주선은 선체를 태워 버릴 듯한 지구의 대기권을 통과하여 ‘캘리포오니아’의 한 마른 호수 바닥에 착륙하였다. 제 시간에, 제 목적지에 내린 것이다.

참으로 장엄한 그 위업은 10년이라는 세월에 걸쳐 100억 ‘달러’의 경비를 들인 개발의 결과였다. “우주 탐험 사상 신 기원을 이룩했다.”고 환호하는 사람들도 있었고, 기술적인 실의에 빠진 미국에게 “고무제”가 되었다고 묘사하는 사람들도 있었다. 반면에 그것을 “엄청난 금전의 낭비”라고 평하면서 착찹한 기분으로 받아들이는 사람들도 있었다.

이처럼 반응이 가지 가지인 이유는 무엇인가? 사실상, 우주 왕복선이란 무엇이며, 무슨 일을 할 것으로 기대되는가? 그만한 비용을 들일 가치가 있는가?

왕복선이라고 하는 이유는?

과거의 우주선은 모두 단발 ‘로켓’으로 쏘아 올려졌는데, 그런 ‘로켓’들은 나중에 대기권에서 타버리든가, 아니면 대양 깊숙히 빠져 버리고 말았다. 비용이 많이 드는 우주선 자체도 단 한번의 여행 후 박물관에 진열되는 것이 고작이었다. 그러나 우주 운송 ‘시스템’(STS)—우주 왕복선의 공식 명칭—의 경우는 다르다. 이 ‘시스템’의 핵심은 궤도선 선단이며 그 첫째 것이 ‘콜럼비아’호로서, 그 이름은 1790년 미국 선박으로서는 최초로 세계를 일주한 배의 이름을 따서 지어진 것이다. 우주 왕복선은 거의 100회 정도까지 재삼재사 우주 왕복 비행을 할 수 있는 우주 화물선 혹은 화물 ‘트럭’이라는 말을 들어 왔다. 이러한 새로운 접근은, 이론상으로, 우주 비행을 훨씬 더 경제성있게 만들어 줄 것이다.

왕복선이 할 일

약 30,000‘킬로그램’의 탑재 용량을 가진 궤도선은 통신, 과학 및 군사용 인공 위성 그리고 기타 장비—망원경, ‘카메라’, 심지어 완전한 실험실—를 우주로 운반할 수 있다. 또한 전문가들을 탑승시켜 우주에서 실험을 행하고, 하늘과 땅을 연구하고, 부실한 장비를 손질, 보수, 심지어 복구까지 하게 할 수 있다. 멀지 않아, 사람과 물자를 궤도로 운송하여, 태양 ‘에너지’를 동력화 하거나 우주의 무중력 상태에서의 제품 제조를 위한 우주 정거장을 건립할 수 있는 가능성을 열어주게도 될 것이다. 이 모든 일을 달성하기 위하여, 미 항공 우주국(NASA)은 현재, 제조 비용이 각각 5억 ‘달러’에 달하는 3대의 궤도선—‘첼린저’호, ‘디스커버리’호, ‘아틀랜티스’호—을 더 만들고 있는 중이다. 그래서 1980년대 중반 즈음에는 매년 30내지 40회의 비행을, 1990년 즈음에는 50회의 비행을 계획할 수 있게 될 것이다.

‘시스템’을 살펴 봄

길이 37‘미터’ 중량 80‘톤’의 궤도선 ‘콜럼비아’호는 길이가 23‘미터’나 되는 세모꼴 날개를 가진 큼지막한 ‘제트’ 비행기처럼 보인다. 꼬리에는 지금까지 만들어진 ‘로켓 엔진’ 중 가장 경탄스러운 ‘로켓 엔진’이 3개 있다. 이 ‘엔진’들이 한꺼번에 작동을 하면 ‘뉴우요오크’ 주 전체를 밝히는 데 필요한 전력보다도 더 많은 양을 발전할 수 있다. 그럼에도 분출구를 빼면 높이가 약 1.5‘미터’에 불과하다. 석유 ‘드럼’통 만한 연료 ‘펌프’조차도 28개의 ‘디이젤’ 기관에 맞먹는 동력을 갖고 있다. 이런 고성능 ‘엔진’을 개발하는 데는 글자 그대로 현존 기술을 있는 대로 다 동원해야 하였다. 원래 1978년 초로 계획되었던 ‘콜럼비아’호의 처녀 항해가 지연된 주 원인 중 하나는 바로 이 ‘엔진’ 문제였다.

발사대의 궤도선은 15층 높이의 거대한 외부 연료 ‘탱크’에 부착되어 있다. 그 ‘탱크’ 안에는 800‘톤’의 액체 산소와 수소가 들어 있다. 그러나 그 연료는 단 9분만에 궤도선의 3개 주 ‘엔진’에 의해 전부 연소된다. 그런데, 비록 그 3개의 ‘엔진’이 강력한 것이긴 하지만, 그 중량 전체를 우주로 들어 올리기에는 역부족이다. 따라서 두개의 고체 연료 증속 ‘로켓’이 연료 ‘탱크’ 옆에 덧 붙여져 있다. 두개의 특대형 ‘크레용’처럼 보이고 약 90만 ‘킬로그램’의 ‘알루미늄’ 가루—꽃 불에 사용되는 것과 똑같은 폭발성 물질—로 가득찬 이 ‘로켓’들은 주 ‘엔진’ 동력의 5배나 되는 힘을 공급한다. 이 ‘로켓’들은 지금까지 만들어진 것 중 가장 크고, 유인 우주 비행에는 처음으로 사용되는 고체 연료 ‘로켓’들이다.

상승

발사 때 궤도선의 주 ‘엔진’들이 먼저 점화되었다. 몇초 후 증속 ‘로켓’들이 폭발력으로 선체를 차 올리자, 왕복선은 처음에는 서서히 상승하기 시작하였다. 2분 내에 증속 ‘로켓’들은 연료를 다 소비해 버리고는, 소량의 폭발 물질에 의해 연료 ‘탱크’로부터 떨어져 나갔다. 그것들이 떨어짐에 따라, 이 1,800만 ‘달러’짜리 ‘로켓’들이 아래의 대양으로 착수(着水)하는 속도를 늦추기 위한 세개의 거대한 낙하산이 펼쳐졌다. 특수하게 건조된 두척의 함정 ‘리버티’호와 ‘프리덤’호가 목표 지역에서 기다리고 있다가 이 ‘로켓’들을, 약 20회 정도 재 사용할 수 있도록, 해안에 예인해 갔다. 한번 재 사용하는 데는 1,300만 ‘달러’의 비용이 든다.

발사 후 9분, 외부 ‘탱크’의 연료가 다 소비되고 왕복선은 115‘킬로미터’의 고도에 도달했다. 이 때 ‘탱크’는 이 지점에서 투하되어야 중력에 이끌려 지상으로 떨어지게 될 것이다. ‘탱크’가 떨어질 때 재 돌입열이 그것을 태워 닳아버리게 하였고 파편들은 인도양으로 튀겨 들어 갔다. 300만 ‘달러’짜리인 이 ‘탱크’만이 유일하게 재 사용되지 않는 부분이다. 복구 비용이 ‘탱크’ 자체 값보다도 더 많이 들기 때문이다.

이제 ‘콜럼비아’호는 완전히 스스로 비행을 하게 된다. 선내의 궤도 조종 ‘시스템’의 아직 사용되지 않은 ‘엔진’ 두개에 점화하면서, ‘콜럼비아’호는 지상 240‘킬로미터’ 위의 원(圓) 궤도에 진입하였다.

궤도에서

조종사실에서 두 비행사는 선내에 있는 다섯 대의 ‘컴퓨터’에 연결된 1,400개의 ‘스윗치’와 계전기 및 세대의 ‘텔레비젼’ 화면을 감시하고 있었다. 사실상, 이륙 전 9분부터 착륙 전의 순간까지 왕복선을 날으게 한 것은 ‘컴퓨터’였다. 이 ‘시스템’은 “사중의 여유(余裕)”라고 불리운다. 즉 네개의 주 ‘컴퓨터’가 동일한 정보를 처리하며, 동일한 답변을 내 놓아야 하는 것이다. 불일치할 경우 ‘컴퓨터’들은 표결을 하여 다수결로 결정한다. 이렇게 하여 문제를 해결할 수 없을 때에는 다섯 번째 예비 ‘컴퓨터’가 작동을 하여 결정을 내리게 된다. ‘컴퓨터’들의 거대한 기억 은행은 약 1억 3,400만 ‘비트’의 정보를 담고 있으며, 비행 중 중대한 시점에는 1초에 325,000회의 동작을 수행한다.

첫 비행의 주요 목적 중 하나는 우주에 있는 동안 화물 적재함의 문을 시험하는 것이었다. 문의 안쪽에는, 선내의 모든 전기 장비들이 내는 열을 분산시키기 위해 우주에 노출시켜야 할 네개의 방열 ‘패널’이 있다. 그 시험을 하고 나서, 몇 가지 항행 ‘시스템’ 검사 후 ‘콜럼비아’호는 지구로 귀환할 준비를 갖추었다.

재돌입

‘콜럼비아’호가 재돌입할 때 연료 ‘탱크’가 격은 같은 일을 당하지 않도록, 그 외부 표면의 70‘퍼센트’를 덮고 있는 ‘세라믹’을 입힌 ‘실리카 타일’ 약 31,000개는 대기 마찰로 인한 섭씨 1,370도의 고열로부터 선체를 보호해 준다. 이 재 사용 가능한 방열판을 만드는 일은 세개의 주 ‘엔진’을 만드는 일만큼이나 큰 과제였다. 서로 같은 것이 없는 이 ‘타일’들은 ‘컴퓨터’로 설계되고, 절단되어, 거대한 조각 그림 맞추기 장난감처럼 손으로 붙여졌다. 이 ‘타일’을 설치하고 시험하는 과정에서 겪은 엄청난 문제들이 이 계획을 지연시킨 또 하나의 주된 원인이었다.

‘콜럼비아’호가 동체의 하부를 앞세우고 지상 약 130‘킬로미터’ 즈음까지 내려오자 ‘타일’은 불타듯 빨갛게 달아 오르기 시작했고, 우주선 주위의 타오르는 불빛은 일체의 무선 통신을 차단시켰다. 16분 동안 ‘콜럼비아’호는 이런 위태로운 비행 단계에 홀로 있었고, 지상 관제소 직원들은 숨을 죽이며 지켜 보았다. ‘모하비’ 사막 평지에서 기다리고 있는 군중도 마찬가지였다.

그러다가 갑자기 음속 폭음—‘콜럼비아’호가 안전히 통과하여 현재 착륙하기 위하여 돌아오고 있음을 알리는 두번의 커다란 충격음이 들렸다. 약 1분 동안 10,000명의 시선은 착륙하기 위하여 어떤 항공기보다도 7배나 더 가파른 각도로 활강하고 있는 80‘톤’의 왕복선에 집중되었다. 착륙 장치가 내려졌고 수초 후 선체는 시속 344‘킬로미터’의 속도로 메마른 호수 바닥에 닿았다. “귀환을 환영한다, ‘콜럼비아’호! 멋지다, 멋지다”라고 항행 계획 관제 통신사는 소리쳤다. 이리하여 우주 왕복선의 첫 비행은 끝난 것이다.

‘콜럼비아’호가 약 6개월 내에 다음 여행 준비를 갖추게 하려는 계획이 현재 진행 중에 있다. 그에 뒤이어 1982년에는 7일 시험 비행이 2회 있을 것이며, 그리하여 이 계획의 실험 단계는 마무리 지어질 것이다.

그만한 가치가 있는가?

STS가 경제적으로 유리하다는 이야기는 1979년부터 1990년 사이에 왕복선 함대를 매년 50회 정도 운행케 한다는 계획에 근거를 두고 있다. 만일 일년에 단지 30회만 비행한다면, 비행 1회당의 비용은 재래식 ‘로켓’ 비용과 거의 같을 것이다. 현재 계획상으로는 일년에 20회 정도의 비행밖에는 필요치 않으며, 추후 더 많은 수요가 있을른지는 두고 보아야 할 일이다. 비행 계획 중 약 3분의 1을 군부에서 예약해 놓고 있는데, 사실상 군부가 아니었더라면 왕복선 계획은 일찌감치 중단되었을 것이라는 말도 있다. 민수용(民需用)이라는 탈을 쓴 군사적 확대 조처가 아니냐고 우려하는 사람들이 많은 것이다.

과학적 관점에서도 어떤 사람들은 환상에서 깨어나고 있다. 미 항공 우주국의 혜성 과학 작업단 단장인 ‘조셉 베버카’는 “그 결과는 이 나라의 우주 과학 계획이 거의 황폐되었다는 것”이라고 말했다. “[왕복선]을 완성시키기 위해 다른 과학 계획들에서 돈을 끌어 갔기” 때문이다. 심지어 미 항공 우주국 자체도, 어떤 다른 것을 개발해 낼 수 있는 돈이 별로 남아 있지 않기 때문에, 다른 사람들의 화물이나 날라주는 우주 ‘트럭’ 운전사가 돼야 한다는 그다지 마음이 끌리지 않는 역할을 하도록 강요받고 있는 형편이다.

STS를 “가치있고 생산적인 것”이라고 찬양하면서도, 일단의 과학자들은 “아무런 물리학의 기초 원리도, 아무런 단기적인 생물학적 논점도, 아무런 건전한 공학적 실습 문제도” 그로 인해 개선되지 않을 것이라고, 「미국 기술 과학 아카데미 회보」에 기술하였다. ‘워싱턴 월드 왙취’ 연구소장인 ‘레스터 R. 브라운’은 “그와는 달리 긴급한 문제들이 무시되고 있다”고 말했다. 그는 농토 침식 및 국가적인 부채 문제들을 예로 들었다.

거의 완벽한 ‘콜럼비아’호의 첫 비행이 커다란 기술적 업적임에는 의문의 여지가 없다. 그런 까닭에 우주 왕복선으로 열린, 그 같은 우주에의 새로운 접근은 인류에게 더 나은 미래를 의미한다는 견해를 갖고 있는 사람들이 많다. 그러나 그 첫 비행이 일으킨 낙관론이 점차 잠잠해짐에 따라, 인간이 만든 것으로는 가장 복잡한 이 비행체에 대해 다시 생각해 보고 재 평가할 기회가 많게 될 것이다.

[21면 삽화]

우주 왕복선

세개의 주 ‘로켓 엔진’은 ‘후버 댐’ 23개분과 맞먹는 전력을 발전할 수 있다.

원격 조종기가 인공 위성, 우주 실험실 및 다른 장치를 배치한다

9분 후 버려진 300만 ‘달러’짜리 텅빈 연료 ‘탱크’

선내의 ‘컴퓨터’는 초당 최고 325,000회의 동작을 수행한다.

40도 각도의 재돌입을 위해 ‘로켓’들은 시속 22,400‘킬로미터’의 속도로 궤도선을 감속시킨다.

‘실리카’ 방열재는 섭씨 1,370도 이상되는 재돌입 열을 견디어 낸다

증속 ‘로켓’들은 ‘점보 제트기’ 25대분과 맞먹는 추진력을 낸다

시속 320‘킬로미터’로, 예정된 활주로에 착륙한다