머스크-베이조스, 달 착륙 정면승부…우주급유 VS 다단로켓

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미국 우주산업에서 경쟁 관계에 있는 일론 머스크와 제프 베이조스가 민간 달 착륙 비행 방식을 놓고 정면 승부를 펼친다.

미국항공우주국(나사)이 새롭게 가다듬어 최근 발표한 아르테미스 유인 달 착륙 계획에 따르면 머스크의 스페이스엑스와 베이조스의 블루오리진은 각기 다른 방식으로 달까지 날아간다.

스페이스엑스는 우주에서 연료를 채우는 ‘궤도 급유’를, 블루오리진은 급유 없이 추진체를 단계별로 떼어내는 ‘다단 연계’ 방식을 택했다.

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또 두 회사의 달 착륙선과 나사의 오리온 우주선은 애초 계획처럼 달 주위의 근직선 헤일로 궤도(NRHO, 달에서 멀어졌다 가까워졌다 하며 길쭉하게 도는 궤도)에서 만나지 않고, 각기 다른 궤도에서 합류한다. 스페이스엑스는 지구 궤도에서, 블루오리진은 달 주변 타원 극궤도에서 오리온을 만난다.

2028년을 목표로 한 아르테미스 4호에서 어느 업체의 달 착륙선을 사용할지는 앞으로의 준비 상황을 보고 나사가 결정한다. 기존에는 스페이스엑스가 아르테미스 3·4호, 블루오리진이 5호를 맡기로 했으나, 올해 초 바뀐 계약에 따라 이제는 나사가 달 착륙선을 선택할 수 있게 됐다.

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스페이스엑스, 오리온 발사 시점 유연성 등 장점

스페이스엑스 방식의 핵심은 우주에서 연료를 연속적으로 공급하며 착륙선을 달까지 보내는 것이다. 먼저 연료를 가득 실은 여러 대의 연료 탱커 스타십을 발사해 연료 저장고 역할을 하는 스타십에 연료를 옮겨 담고, 이 작업이 끝나면 저장고 스타십이 달 착륙선 스타십에 연료를 공급한다.

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이어 우주비행사 4명을 태운 오리온 우주선이 먼저 지구 궤도에서 기다리고 있는 착륙선 스타십과 도킹하면, 스타십은 ‘달 전이 분사’(지구 궤도를 벗어나 달로 향하도록 엔진을 길게 점화하는 것)를 실행해 오리온을 달로 보낸다. 나사는 스타십을 밀 수 있도록 오리온을 개조하고 있는 중이다.

달 궤도에 도착한 뒤에는 우주비행사 2명이 착륙선 스타십으로 갈아타고 달 남극에 착륙한다. 달 탐사 활동을 끝낸 우주비행사들이 다시 스타십을 타고 달 궤도로 올라오면, 오리온 우주선이 우주비행사들을 태우고 지구로 돌아온다.

나사는 이 방식은 오리온 발사 시점을 유연하게 조정할 수 있고, 스타십이 우주에서 모아야 할 연료량을 줄이고, 달 표면을 떠난 승무원이 오리온과 다시 만나기까지의 시간도 단축하는 효과가 있다고 밝혔다. 스페이스엑스는 무인 시연 임무에서 이 궤도 급유 기술을 시험해야 한다.

블루오리진, 나사의 SLS 로켓 최대 활용 가능

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블루오리진은 정반대다. 우주 급유를 하지 않고, 지구 저궤도에서 운송 모듈(트랜스퍼 스테이지) 3기를 블루문 마크2 착륙선과 이어붙여 착륙선을 달까지 보낸다. 운송 모듈 3기는 다단 로켓처럼 차례로 연료를 소진하며 착륙선을 달 ‘타원 극궤도’로 이끈다.

뒤이어 우주비행사 4명을 태운 오리온 우주선이 합류해 착륙선과 도킹하고, 우주비행사 2명이 착륙선으로 옮겨 탄 뒤 달 남극에 내린다. 이후 지구로 돌아오는 과정은 스타십과 같다.

나사는 “이전에 계획했던 근직선 헤일로 궤도와 비교했을 때, 타원 극궤도는 달 표면에서 오리온 우주선으로의 귀환 시간을 단축하고, 블루문 착륙선의 추진제 소모량을 줄이며, 나사의 에스엘에스(SLS) 로켓을 최대한 활용할 수 있게 해준다”고 설명했다.

달 착륙 후엔 2시간씩 두차례 선외활동

나사는 이번 발표에서 아르테미스 프로그램 일정과 내용도 손봤다.

2027년으로 예정된 아르테미스 3호는 달에 가지 않고, 지구 저궤도에서 두 회사의 시험용 착륙선이 오리온 우주선과 만나 도킹하는 능력을 검증하는 임무로 바뀌었다. 같은 시기에 두 회사는 실제로 달 착륙에 쓸 유인·화물 우주선을 병행 개발한다. 나사는 두 회사에 유인 착륙에 앞서 승무원실 시연을 포함한 몇가지 임무도 추가했다.

2028년 아르테미스 4호에서 시도할 첫 달 착륙에서는 우주비행사들이 달 표면에서 선외활동(문워크)을 한 번에 2시간씩 두 차례 할 계획이다. 선외 활동에서는 월면토와 암석 등의 시료를 채취하고 액시엄 스페이스가 제작한 우주복의 성능을 시험한다.