추진체

추진체(推進體)는 목표를 향하여 일을 계속 진행시키는 주체이다. 추진력을 제공하는 엔진 등이 추진체에 속한다. 우주발사 로켓 제작 비용의 80%는 1단 추진체와 관련이 있다.

추진체 종류

중국 국가항천국 시설에서 조립 중인 '장정-5B' 로켓. 뒷쪽 부분이 현재 지구로 추락 중인 추진체다.

• 中 우주로켓 추진체 : 중국이 2020년 4월28일 발사한 '장정-5B'의 1단 추진 로켓이 발사 직후 우주정거장 핵심 모듈과 함께 우주로 올라갔다 5월 4일부터 지구로 떨어지기 시작했다고 스페이스닷컴 등 우주 전문 매체들이 전했다. 일반적으로 우주 로켓은 내용물을 지구궤도에 올린 뒤 바로 추락하게 돼 있다. 중국이 발사한 우주로켓 추진체가 지구로 추락 중이다. 중국 관영매체는 이와 관련, 일언반구의 언급도 없다. 이 로켓 추진체로 우주정거장 핵심 모듈을 지구궤도에 올리는 데 성공했다는 자랑만 했다. 중국의 '장정-5B' 추진체가 추락 중이라는 사실은 미군이 처음 확인했다고 매체는 전했다. 이 추진체는 저궤도 인공위성처럼 90분 간격으로 지구를 한 바퀴씩 돈다. 미군이 처음 추진체를 포착한 5월4일 지구 공전 고도는 최저 170㎞, 최고 372㎞였으나 5일에는 최저 162㎞, 최고 306㎞로 낮아졌다. 매체에 따르면, 현재 지구로 떨어지는 이 추진체는 길이 30m, 폭 5m에 무게는 22.5t이나 된다. 일반적인 로켓 잔해는 지구로 떨어지면서 대기와 마찰열로 소멸하지만, 이 추진체는 너무 커서 지구로 추락할 가능성이 있다고 매체는 설명했다.

• 태양전기추진체 : 태양전지판을 이용해 전기를 생산하고 이 전력을 이용해 고속으로 하전하입자를 분사하는 방식을 이용한다. 태양전기추진체는 화학연료를 사용한 추진체와 비교해 추력(Thrust)은 낮으나 더 효율성이 좋으며 더 장기간 작동할 수 있다. 따라서 태양전기추진체는 진공상태인 우주공간에서 임무 수행 기간이 긴 우주선에 적합하다. NASA는 이 추진체가 소행성에서 로봇 임무와 화성 탐사와 관련된 다른 임무 등에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

• 나로 1단 추진체 : 나로호 1단 추진체는 길이 25.8m, 지름 2.9m, 무게 130t에 이르며 나로호를 지상 300km의 우주까지 올려놓기 위한 액체엔진과 연료탱크 등으로 구성된다. 상단로켓과 과학기술위성 2호가 순수 국산기술로 만들어진 반면 1단 추진체는 러시아 흐루니셰프사가 조립한 것을 그대로 사용한다.

• 이온추진체 : 이온 엔진 혹은 이온 추진 장치는 우주선 추진 방법의 일종으로 아르곤이나 제논 그리고 크립톤 등의 추진제를 플라즈마(이온)화하여 전기적 특성을 띠게 한 후 자기력을 이용하여 선체의 후방으로 빠르게 분사하여 추진력을 얻는 기관이다.

추진체 회수

미국의 우주발사체 기업 로켓랩(Rocket Lab)은 2020년 11월 20일 오전 1시 46분경 뉴질랜드 노스 아일랜드 남단에 위치한 로켓랩 전용 발사장에서 일렉트론을 발사했다. 이 임무로 30기의 위성이 성공적으로 지구 저궤도에 안착했다. 발사 2분 뒤 (약75km 상공에서) 1단계 로켓이 2단계 로켓에서 분리되어 180도 회전한 후, 낙하산을 펼쳐 하강 속도를 늦추며 태평양에 연착륙했다. 그 후 회수 선박이 나가 추진체를 성공적으로 회수했다. 로켓랩이 로켓 추진체를 회수하려고 시도한 것은 이번이 처음이다.

로켓랩은 또 2022년 5월 3일 위성을 쏘아올리고 떨어지는 로켓의 1단 추진체를 헬기를 이용해 바다에 떨어지기 전 공중에서 '포획'하는 시연에 부분적으로 성공했다. 이는 스페이스X의 팰컨9 로켓처럼 1단 추진체를 회수해 재활용할 수 있는 길을 열어놓을 것으로 기대되고 있다. 로켓랩은 이날 오전 10시 50분 뉴질랜드 북섬 마히아 반도에서 위성 34기를 실은 '일렉트론' 로켓을 발사했다. 일렉트론의 1단 추진체는 발사 2분30초 뒤 약 80㎞ 상공에서 2단 추진체와 분리된 뒤 시속 8천300km로 하강하며 2천400 ℃의 마찰열을 견뎠다. 이후 13㎞와 6㎞ 상공에서 각각 보조낙하산과 주낙하산을 펼치며 하강 속도를 시속 35km로 줄였다. 두 명의 조종사를 태운 로켓랩의 시코르스키 S-92 헬기는 뉴질랜드 연안 상공에서 대기하다 수직 케이블을 내려 낙하산 줄에 고리를 거는 방식으로 길이 12ｍ, 무게 1t에 달하는 1단 추진체를 바다에 떨어지기 전에 붙잡는 데 성공했다. 하지만 이전 시험 때와 다른 무게가 감지되면서 조종사들이 연결고리를 풀어 1단 추진체는 바다에 떨어지고 말았다. 육지로 안전하게 이송하는 것이 목표였던 점을 고려하면 완전히 성공하지는 못한 셈이다.

로켓랩 최고경영자(CEO) 피터 벡은 "큰 문제는 아니다"라면서 "로켓은 바다에 안전하게 입수했으며 선박을 통해 인양중"이라고 했다. 로켓랩이 이 추진체를 재활용할 것인지는 알려지지 않았으나 바닷물의 염분이 로켓의 재활용을 어렵게 할 것으로 추정됐다.

일론 머스크가 이끄는 스페이스X는 팰컨9 로켓의 1단 추진체를 드론 선박을 이용해 회수하고 있다. 팰컨9의 1단 추진체는 2단 추진체와 분리 뒤 추진 엔진을 여러 차례 가동해 목표 해역에 대기 중인 드론 선박에 안전하게 착륙하지만 일렉트론은 팰컨9보다 훨씬 작아 추진엔진을 가동할 여력을 갖추지 못했다. 이 때문에 1단 추진체를 손상하지 않고 회수하는 것이 로켓 재활용 관문을 넘는 제일 과제가 돼왔으며, 헬기를 이용한 회수 방식이 시도됐다.

우주발사 로켓 제작 비용의 80%는 1단 추진체와 관련된 것으로 이를 회수해 재활용하면 비용을 크게 낮출 수 있다. 현재는 팰컨9 로켓만 가능한 상황이지만 블루 오리진이나 유나이티드 론치 얼라이언스(ULA) 등과 중국 기업들도 재활용 가능한 로켓 개발에 나서고 있는 상황이다.

스페이스X는 1단 추진체만 재활용이 가능한 팰컨9 대신 우주선 전체를 재활용할 수 있는 스타십을 개발 중이다.

참고자료

• 〈이온 엔진〉, 《나무위키》
• 곽노필 기자, 〈낙하하는 로켓을 헬리콥터로 회수했다〉, 《한겨레》, 2022-05-03
• 전경웅 기자, 〈대형사고 친 중국… 美 “中 우주로켓 추진체, 지구로 추락 중” 긴급 경고〉, 《뉴데일리》, 2021-05-06
• 임유경 기자, 〈NASA, 우주선용 태양전기추진체 개발에 6700만달러 투입〉, 《지디넷코리아》, 2016-04-24
• 〈나로 1단 추진체 국내 반입〉, 《동아사이언스》
• Neel Patel, 〈처음으로 추진체 회수에 성공한 로켓랩〉, MIT Technology Review, 2020-12-10

같이 보기

• 로켓
• 우주선
• 위성
• 스타십

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