보잉-747에서 인공위성을 발사한 최초의 성공

우주개발 역사가 반세기를 넘게 되자, 국가가 주관하는 NASA와 달리 민간회사가 운영하는 우주개발사업체가 미국, 러시아, 중국, 영국 등에 등장하게 되었다. 대표적인 미국의 민영 우주회사가 일론 머스크(Elon Reeve Musk, 1971-)의 ‘스페이스X’이다. 영국의 다국적 기업인 버진 그룹(Virgin Group Ltd.)에 소속된 ‘버진오비트’(Virgin Orbit)는 소형 인공위성을 발사해주는 신설 민영 우주개발회사의 하나이다.

버진오비트의 2단 로켓

2017년에 설립된 버진오비트는 2021년 1월 17일, 보잉-747로부터 발사하는 ‘런처원’(LaunhcerOne)이라 명명한 2단 로켓에 ‘큐브샛’(cube sat)이라 불리는 ‘미니위성’ 10개를 실어 저고도 궤도(low Earth orbit, LEO)로 한꺼번에 올려놓는 최초의 실험에 성공했다.

궤도로 보내는 인공위성은 대형일수록 출력이 큰 로켓이 필요하기 때문에 발사비용이 많이 든다. 인공위성이라고 하면 일반인들은 우주발사장에서 엄청난 화염을 뿜으며 발사되는 대형 인공위성을 생각한다. 그러나 상업용이나 연구 목적으로 사용하는 것은 소형이라도 충분하다. 캘리포니아 공과대학과 스탠퍼드 대학은 1999년부터 실용할 수 있는 미니위성(miniatured satellite) 큐브샛을 공동으로 개발하기 시작했다. 그동안 그들이 제작한 수천 개의 미니위성들은 다른 큰 인공위성에 실어 궤도로 보냈다. 그러나 2021년부터는 미니 위성들을 고공의 비행기에서 마치 미사일처럼 발사하여 궤도로 보낼 수 있게 되었다.

사진의 미니위성(Ncube-2)은 가로 세로 높이가 각각 10cm이고, 전체 무게가 1.33kg에 불과하다. 2021년 1월 1일 이전까지 우주로 보낸 큐브샛의 수는 1,350개였고, 그중에 실패한 것은 90개였다(자료 위키피디어). 이런 미니위성은 대학이나 개인 회사들이 사용하거나 아마추어 무선용(amateur radio)으로 활용되고 있는 것들이다.

사방 길이가 10cm인 큐브샛보다 더 작은 마이크로샛(microsat)과 나노샛(nanosat)도 개발되고 있다. 마이크로샛은 크기가 10.1cm ×7.6cm ×2.5cm이고, 이보다 더 소형은 나노샛이라 부른다. 사진은 조립하고 있는 큐브샛의 하나이다.

큐브샛을 발사하는 런처원 로켓

지금까지 지상에서 발사되는 위성들은 모두 3단 로켓에 실어 보내야 했다. 3단 중에 제1단이 가장 큰 힘을 내야 하므로 제작비용이 많이 든다. 버진오비트는 2단 로켓(액체연료 사용) 구조만으로 소형 위성을 발사하도록 만들었다. 처음으로 등장한 2단 로켓의 이름이 ‘런처원’이다.

런처원 개발은 2007년부터 시작되었다. 2021년 1월 17일, 보잉747을 개조한 비행기 날개 밑에서 출발한 런처원이 캘리포니아주 모하비 우주공항에서 태평양 상공으로 치솟고 있다.

런처원은 길이가 21m이고 총무게는 25,855kg이다. 이 로켓은 300-500kg의 짐을 500-1,200km 고공으로 운반하도록 설계되었다. Newtonthree, Newtonfour는 추진로켓의 명칭이다.

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흰색의 구름 궤적은 로켓엔진의 분사물 속에 포함된 수증기가 고공에서 액화 또는 고체화된 것이다.

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런처원을 탑재한 보잉747-400(명칭 Cosmic Girl)이 10,700m 고공을 비행하고 있다. 비행기 날개 아래에서 출발하는 런처원은 가속(加速) 상태에서 추진력이 추가되기 때문에 소량의 연료만으로 중력을 벗어나 궤도로 나간다.

모하비우주공항 전경과 출발 준비 중인 코스믹걸(Cosmic Girl, 보잉 747-400)이 보인다. 버진오비트는 2021년 중에 런처원을 3차례 더 발사할 계획이며, 사정에 따라 케네디 우주기지에서 실시될 수도 있다.

민영우주회사는 각 나라 또는 거대 기업, 연구시설, 군대 등이 필요로 하는 텔레비전과 라디오방송 중계, 통신 중계, 자원탐사, GPS, 우주실험, 정찰(精察), 첩보(諜報) 등에 사용할 인공위성을 제작해주거나 궤도로 올려주는 일을 한다. 앞으로 그들은 달나라 여행, 대형 우주도시 건설, 달이나 소행성의 개발에도 참여할 것이다. 민영 우주회사야 말로 4차산업의 대표 벤처기업의 하나라 할 수 있다. 민영 우주사업이 추진됨에 따라 이제는 ‘독립 비행사’처럼 ‘개인 우주비행사’라는 새로운 전문직업까지 생겨나고 있다. – YS