나사의 골칫덩어리? SLS 로켓과 아르테미스 미션 비하인드 스토리

바로 며칠 전, 지구의 많은 사람들이 오랜만에 다 함께 달에 주목하는 순간이 찾아왔죠. 태양을 가린 지구의 그림자 속으로 달이 숨는 개기 월식 덕분이었습니다. 약 한 시간 동안 거뭇하고 붉게 물든 달의 모습이 아주 인상적이었죠.

덕분에 많은 사람들이 함께 밤하늘을 올려다보는 순간을 지켜볼 수 있었습니다. 그리고 우리 모두 저 별에서 시작된 존재란 사실을 돌이켜 볼 수 있는 아주 뜻깊은 시간이었죠. 내심 사람들의 눈길을 밤하늘로 향할 수 있도록 몸소 멋진 월식 공연을 선보여 준 보름달에게 고맙기도 했습니다.

그리고 조만간 다시 지구의 모든 사람들이 달에 주목하는 날이 찾아올 겁니다. 바로 반세기 만에 사람이 달에 발자국을 남기는 ‘아르테미스 미션’이 예정되어 있기 때문인데요.

그런데 사실 이 미션은 이미 진행되었어야 합니다. 하지만 아쉽게도 그렇진 못했지요. 이렇게 이야기를 하게 돼서 정말 안타까운데요. 만약 계획대로 잘 진행되었다면 오랜만에 사람을 태우고 달 궤도를 빙 돌아 무사히 돌아온 아르테미스 2호의 멋진 후기를 여러분께 들려 주었을 겁니다.

하지만 아쉽게도 아르테미스 2호는 발사 직전 기술적인 문제가 발견되었고 다시 연기되었죠. 게다가 나사(NASA)는 아르테미스 미션 전체에 대한 대대적인 변화를 발표했습니다. 이런 연이은 실망스러운 소식들로 인해서 일부 과학자들은 현재 나사가 밀고 있는 차세대 발사체 ‘SLS 로켓’이 애물단지가 될지 모른다는 염려를 보이기도 합니다.

과연 인류는 오랜만에 다시 달에 찾아갈 수 있을까요? 우주먼지의 현자타임즈, 나사의 새로운 골칫덩어리가 되고 있는 SLS 로켓의 비하인드 스토리를 소개합니다.

1. 계속되는 발사 연기와 SLS 로켓의 롤백

지난 2월, 아르테미스 2호는 발사를 준비했습니다. 하지만 발사 직전 헬륨 탱크가 누출되는 문제가 벌어졌죠. 그리고 발사는 중지되었습니다. 다시 발사는 3월 초로 연기되었지만 이번에도 성공하지 못했죠. 모든 연료를 가득 채우고 정말 마지막에 진행하는 ‘웻 드레스 리허설(Wet Dress Rehearsal)‘에서, 마지막 29초까지 카운트다운을 남겨 놓은 상황에 문제가 벌어졌습니다.

그리고 또 이번엔 로켓의 상단부에서도 기술적인 문제가 벌어졌지요. 결국 발사는 잠정적으로 연기되었습니다. 서두른다면 4월 안에 발사를 시도할 수도 있겠지만, 이번 발사부턴 귀중한 우주인들의 목숨까지 달려 있는 만큼 더 조심스러워도 괜찮을 것 같습니다.

가장 최근의 발사 시도에서 벌어진 문제는 그리 간단해 보이지 않습니다. 아예 로켓이 발사대를 떠나서 다시 조립동으로 이동하는 롤백(Rollback) 조치까지 취해졌죠.

나사는 1960년대, 70년대 있었던 아폴로 미션 이후 일명 ‘차세대 로켓’이라는 타이틀을 내세우면서 스페이스 론치 시스템(SLS)을 오랜 시간에 걸쳐 개발했습니다. 그런데 바로 이 SLS 발사체가 골칫덩어리가 되고 있죠.

2. 아폴로 미션과의 차이점, 그리고 부족한 혁신

아폴로와 아르테미스 미션의 가장 큰 본질적인 차이는 ‘달에 가는 이유’에 있습니다. 아폴로 땐 달이 곧 최종 목적지였죠. 그리고 달에 오래 머물지도 않았습니다. 지구를 떠난 우주인 세 명 중 두 사람만 달에 발자국을 남겼고 고작 몇 시간에서 하루 이틀에 불과한 시간 동안만 달에 머물다가 바로 돌아왔죠.

하지만 아르테미스 미션은 달이 아닌 화성 너머를 내다봅니다. 달에 우주인이 몇 개월에 걸쳐 생활할 수 있는 전초 기지까지 짓는 것을 목표로 하고 있지요. 그래서 아르테미스 미션엔 아폴로 때보단 한 명 더 많은 우주인을 태울 수 있는 넓은 ‘오리온 우주선’이 탑재됩니다.

그런데 탑재체와 달리, 발사체인 SLS는 아폴로 시대에 대비해서 눈에 띄게 발전된 점이 그닥 보이지 않습니다. 아르테미스 미션에서 돋보이고 체감할 수 있는 대부분의 발전은 사실 발사체가 아닌 오리온 우주선 쪽에서 이루어졌죠. 오리온 우주선은 밀리초 단위까지 섬세하게 작동하는 비상 탈출 시스템도 갖추었고, 네 명의 우주인이 최대 20일 넘게 생활할 수 있습니다. 현대식으로 개선된 생명 유지 장치와 방사선 보호 장치까지 갖추었죠.

그에 비해서 SLS는 앞서 아폴로에 사용했던 새턴 V(Saturn V) 로켓과 비교했을 때 확연하게 발전된 점을 찾기가 어렵습니다. 새턴 V 로켓은 저궤도에서는 최대 125톤까지, 달 궤도에서는 최대 50톤까지 실어 나를 수 있습니다. 그리고 50년이 지난 지금 SLS 블록 1 발사체는 달까지 최대 38톤에서 46톤까지 실어 나르는 성능을 갖고 있지요. 따라서 발사체가 실을 수 있는 최대 중량만 비교해 보더라도 SLS가 기존의 새턴 V를 압도하는 성능을 보인다고는 보기 어렵습니다.

3. 천문학적인 비용과 나사의 구조적 한계

더 큰 문제는 비용이 너무 비싸다는 건데요. 현재 나사가 계획하고 있는 초반 네 번의 아르테미스 미션에서, SLS 발사와 오리온 우주선의 운영을 포함해서 매번 한 번 발사할 때마다 무려 42억 달러에 달하는 비용이 듭니다.

하지만 이건 단순한 발사 자체만 들어가는 비용일 뿐, 지난 10년 동안 개발에 들어간 비용은 그 열 배에 이르죠. 더군다나 SLS 로켓은 스페이스X의 팰컨 로켓처럼 재활용할 수 있는 로켓도 아닙니다. 따라서 비용을 절감할 수 있는 방안도 마땅치 않아 보이죠.

이렇게 많은 시간과 비용을 들였음에도 눈에 띄는 발전은 보이지 않고 오히려 돈만 더 많이 축내고 있다는 점은 나사의 구조적인 한계를 드러내는 측면도 있습니다. 리스크를 감수하고 과감한 혁신을 시도하는 대신, 기존의 기술적 유산에 얽매어서 그 틀을 벗어나기 어렵기 때문이지요.

당초 나사는 앞선 새턴 V 로켓과 우주 왕복선 개발 과정에서 익혔던 기술적 유산을 그대로 받아들이고 계승하는 것이 아예 새로운 기술을 개발하는 것보단 시간과 비용을 더 절감할 수 있다고 판단했습니다. 하지만 그런 기대는 완전히 빗나가 버렸죠.

단순히 기존의 부품을 그대로 가져다 쓴다고 해서 문제는 해결되지 않았습니다. 다시 새로운 임무를 위해서 모든 부품을 재설계하고, 다시 인증하고, 통합시키는데 더 복잡한 행정 절차를 거쳐야 했죠. 결국 SLS는 검증된 과거의 기술을 종합한 안전한 로켓이 되지 못했습니다. 오히려 낡은 기술과 새로운 기술이 억지로 뒤죽박죽 결합되면서 복잡성만 증폭된 측면도 있지요.

4. 혁신을 가로막는 정치적 타협

또 2010년 당시 나사는 SLS 로켓 개발 과정에서 최대한 기존의 계약사, 투자, 인력을 그대로 활용하도록 강제했습니다. 하지만 일부에서는 이러한 제약이 오히려 로켓의 혁신을 방해했다고 비판하기도 하는데요.

나사의 로켓 개발은 사실 단순히 우주를 향한 도전에만 머무르지 않습니다. 미국 전역의 산업 기반과 수많은 기술자들의 가족을 먹여 살리는 일자리이기도 하죠. 단순히 기술적 혁신만을 내세우면서, 정치인들이 자신의 표를 포기하면서까지 기존의 산업 기반을 무시하는 선택을 하는 건 현실적으로 어렵습니다.

결국 일자리를 비롯한 여러 정치적이고 현실적인 이유가 결합되면서, SLS 로켓 개발은 나사의 기존 산업 기반을 그대로 유지하고 먹여 살리는 목적으로 활용되었죠. 그래서 일각에서는 이러한 정치적인 타협이 유의미한 혁신을 끌어올리지 못하게 만든 요인 중 하나라고 지적합니다. 스페이스X나 블루 오리진 같은 최근의 민간 우주 기업과 나사가 대조되는 가장 큰 차이점이기도 하죠.

5. 달라진 시대, 조심스러운 접근

아폴로 미션이 벌어지던 때와 시대적인 차이 역시 무시하기 어려운데요. 사실 아폴로 미션 때도 안타깝고 아슬아슬한 사건 사고는 많았습니다.

아폴로 1호를 테스트하던 당시 갑작스러운 스파크로 인해서 우주인 세 명이 희생되는 안타까운 화재 사고도 있었고, 발사 과정에 낙뢰를 맞아서 시스템 전체가 먹통이 되거나 아예 산소 탱크가 폭발했던 큰 사고도 있었죠. 결국 첫 번째 유인 비행은 아폴로 8호가 되어서야 이루어졌고 실제 달 착륙은 아폴로 11호가 되어서야 이루어졌습니다.

그럼에도 이번 아르테미스 미션이 돌아가는 상황과 비교해 보면 아폴로 미션은 상당히 과감하고 저돌적으로 느껴집니다. 당시에는 소련과의 체제 경쟁에서 뒤처질 수 없다는 정치적 공감대가 있었고, 나사의 우주 개발에 막대한 세금을 쏟아붓는 것에 대해서 시민들이 크게 불만을 갖지 않았습니다. 또 우주인의 희생을 국가를 위한 숭고한 희생으로 포장할 수 있는 시대이기도 했죠.

하지만 지금은 시대가 달라졌습니다. 더 이상 체제 경쟁 하나만을 내세워서는 막대한 예산을 우주 개발에 쏟아붓는 것을 정당화시키기 어렵죠. 사람들의 관심은 다양해졌고, 심지어 우주 개발을 돈 낭비라고 비판하는 목소리도 적지 않은 시대가 되었습니다. 또 이젠 한 사람 한 사람의 목숨이 더 소중한 시대가 되었죠. 섣불리 검증되지 않은 로켓에 우주인을 태울 수 없습니다. 모든 위험이 완벽히 사라질 때까지 더욱 철저하고 소심할 정도로 조심스러운 검증을 거치는 시대가 되었죠.

6. 아르테미스 미션의 대대적인 변화와 미래

결국 아르테미스 2호는 아직도 발사대를 떠나지 못했습니다. 특히 헬륨 탱크 쪽에서 누출 사고가 자주 벌어지고 있는데요. 헬륨 탱크는 로켓의 연료와 산화제에 압력을 가하기 위해서 꼭 필요한 장치입니다. 그런데 헬륨 자체가 워낙에 작고 가벼운 입자다 보니 계속해서 탱크에서 새어나가는 고질적인 문제를 일으키고 있지요.

이렇게 연이은 발사 연기와 기술적 결함으로 인해서 나사는 앞으로 예정되었던 아르테미스 미션에 대한 대대적인 변화를 발표했습니다. 나사는 SLS 로켓의 문제가, 개발 시간이 너무나 오래 걸리고 발사가 충분히 자주 이루어지고 있지 못하기 때문이라고 판단했습니다. 지금의 방식으론 평균 3년에 한 번 꼴로 발사할 수밖에 없으니까요.

그래서 나사는 SLS 로켓을 더 많이 만들어서 최소 10개월에 한 번 꼴로 자주 발사하고 기술적 검증을 갖추겠다는 새로운 목표를 수립했습니다. 연이은 발사를 통해 안전성을 확보한 스페이스X의 방식을 그대로 따라가겠다는 것처럼 보이죠.

그리고 SLS 로켓을 지금의 블록 1으로 표준화해서 모두 똑같이 개발하겠다고도 발표했습니다. 원래 계획은 발사를 시도할 때마다 조금씩 성능을 개선하고 개량할 예정이었지만, 더 빠르고 잦은 발사를 위해서 굳이 무모한 변화를 주지 않고 매번 똑같이 표준화된 로켓을 쏘아 올리겠다는 거죠.

원래는 당장 다음 아르테미스 3호부터 바로 사람을 태우고 달 착륙까지 하는 대담한 목표를 갖고 있었습니다. 하지만 나사는 아르테미스 3호의 달 착륙 시도를 취소했죠. 대신 아르테미스 3호에서는 지구 저궤도까지 올라가서 달 우주선과 랑데부 도킹을 연습하게 됩니다.

아르테미스 미션은 궁극적으로 달 주변에 우주인이 상주하는 새로운 달 우주 정거장, ‘루나 게이트웨이(Lunar Gateway)‘를 조립하는 것을 목표로 합니다. 단순히 달 표면 위에 기지를 짓는 것이 아니라, 달 주변을 맴도는 우주 정거장까지 만들고 향후 화성까지 나아가는 중간 기점의 역할을 하게 되는 거죠. 이미 아르테미스 4호부터 달 표면 어디에 착륙할지 후보지도 선정한 상태죠. 이젠 정말 발사만 하면 되는 상황입니다.

7. 우리는 왜 우주로 나아가려 하는가?

다만 기대와 달리 너무 오랫동안 지연되고 뒤늦게 개발된 SLS 로켓이 크고 작은 문제를 일으키면서 우리를 더욱 긴장하게 만들죠. 이처럼 지구의 중력을 벗어나 우주로 나아가는 일은 여전히 쉽지 않습니다. 막대한 노력과 에너지를 필요로 하는 일이죠. 그럼에도 우린 꾸역꾸역 우주로 고개를 돌리고 지구 바깥으로 나아가려고 합니다.

우리는 왜 이렇게 우주를 궁금해하고 또 이렇게까지 우주에 가고자 하는 걸까요?

저는 어쩌면 그 이유는, 우리가 모두 별에서 시작되었다는 사실을 마음속 깊이 알고 있기 때문이 아닐까 생각합니다. 사이언스와 네이처의 에디터이자 허블 펠로우 출신의 천문학자 조엔 베이커의 신간 『모든 것은 별에서 시작되었다』는 우리가 얼마나 오래전부터 하늘을 신경 써 왔고, 그 답을 알기 위해서 어떤 노력을 해왔는지를 자세하게 들려줍니다.

지금으로부터 반세기 전, 인간의 발자국이 지구 너머 달에 처음으로 찍혔던 바로 그 순간은 어쩌면 신화가 과학이 되고 두려움이 경이로움으로 바뀌었던 첫 번째 순간은 아니었을까요? 이제 우린 더 이상 달이 숨는 월식을 보면서 신의 노여움을 두려워하지 않습니다. 대신 함께 둘러앉아 붉게 물드는 보름달의 모습을 그저 기분 좋게 지켜볼 뿐이지요.

우리가 밤하늘을 보면서 도약했던 순간순간들이 궁금하시다면, 저 하늘에 인간의 역사가 남긴 위대한 발자국을 따라가는 조엔 베이커의 책 페이지를 넘겨 보시기를 바랍니다.