지식보관소_ 방금 국제공항에서 비행기 타고 우주여행하는 상상함. SABRE 엔진 최신뉴스

 

 

활주로에서 1대의 비행기가 이륙 준비를 합니다.

엔진이 작동되고 엄청난 속도로 고도를 높여서 비행하던 이 비행기는

어느 순간 우주에 진입하더니

우주정거장에 도킹까지 합니다.

 

 

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과학기술이 발전하면서

예전에는 상상도 못한 일들이 현실이 되고 있습니다.

 

올해는 특히 우주 기술에서 기대되는 뉴스들이 많은 해인데

최근에는 우주 궤도에 우주 호텔을 건설하는 계획까지

현실화가 되기 시작하면서

정말로 일반인들이 자유롭게 우주를 여행하는 미래가 올 것으로 생각이 됩니다.

 

그런데 그게 가능하다고 하더라도

우주여행의 가장 큰 걸림돌은 바로 비용입니다.

비행기를 타고 여행을 하면

지구의 반대편인 브라질까지 간다고 하더라도

저렴하게는 왕복 100만 원에서 200만 원 사이의 금액으로

이동이 가능합니다.

 

그에 비해 로켓은

소유주호의 경우 1인승의 탑승 비용은

약 100억 원 이상입니다.

그에 비해서 일반인들이 생각하는 적절한 우주여행의 비용은

설문조사 결과 약 1천만 원이라고 합니다.

 

그렇다면 로켓은 왜 이렇게 비싼 걸까요?

현재 로켓이 비싼 이유는 여러 가지가 있겠지만

가장 중요한 이유는 일회용이라는 것입니다.

만약 비행기를 일회용으로 사용하고 버려야 한다면

소유주호만큼은 아니더라도

1인당 수억에서 수십억의 항공료가 발생할 겁니다.

 

따라서 이런 문제를 해결하기 위해서 스페이스X는

재사용 로켓을 개발했습니다.

아마 머지않아 이런 재사용 로켓으로 우주여행을 하게 되거나

지구 반대편으로 30분 만에 로켓을 타고 가게 되거나

로켓에 해외 배송 택배를 넣어서 로켓배송을 하게 되거나...

 

그런데 로켓 비용이 비싼 것 중에 하나는

로켓이 너무나 무겁다는 것도 문제입니다.

만약 완벽하게 비행기처럼 재사용을 할 수 있다고 하더라도

연료를 너무나 많이 사용합니다.

 

항공기도 연료를 많이 잡아먹는데

로켓으로 같은 무게를 운반하려면

최소 10배 이상의 더 많은 연료가 들어갑니다.

 

이렇게 로켓이 무거워지는 이유는

우주공간에는 산소가 없기 때문에

비행기의 제트 엔진처럼

산소를 사용해서 연소하는 게 불가능하기 때문입니다.

 

따라서 모든 로켓은

산화제인 액체산소를 싣고 날아가게 되죠.

문제는 산화제의 무게가

연료의 무게보다도 훨씬 더 무겁다는 것입니다.

 

 

그런데 이런 문제를 해결하는 아이디어를 낸 기업이 있습니다.

활주로에서 1대의 비행기가 이륙 준비를 합니다.

엔진이 작동되고 엄청난 속도로 고도를 높여서 비행하던 이 비행기는

어느 순간 우주에 진입하더니

우주정거장에 도킹까지 합니다.

 

이런 식으로 로켓의 단분리 없이 우주에 진입하는 기술을

SSTO라고 부릅니다.

이렇게 하면 로켓처럼 단분리도 없고

우주에 갔다가 다시 지구로 착륙하면 되니까

우주 비용이 아주 저렴해집니다.

 

아니 근데 좀 이상하지 않나요?

이게 가능했다면

애초에 로켓이 만들어지지 않았겠죠.

 

로켓이 지금의 형태가 된 것은

지구의 궤도에 물체가 진입하려면

마하 23의 속도가 나야 하는데

이렇게 엄청난 속도를 내기 위해서는

엄청나게 많은 연료가 필요하고

그 연료를 넣기 위해서 로켓이 더 크고 무거워지고

크고 무거워지면 연료가 더 필요하게 되고

이렇게 계속되는 이런 악순환을 없애기 위해서

현재처럼 다단식 분리 로켓으로 개발이 되어 온 것입니다.

 

그런데 대체 스카이론은

어떻게 비행기 형태로 우주에 갈 수가 있다고 주장을 하는 것일까요?

이 SSTO 비행체의 비밀은 바로 엔진에 있습니다.

 

이 엔진은 사브레라고 불리는 엔진인데

이 엔진은 간단히 말하면

이륙할 땐 제트엔진이다가

우주공간에서 로켓엔진이 된다는 겁니다.

 

좀 더 정확하게 말하면

연료로 액체수소가 저장되는데

고도 20km 이하의 산소가 풍부한 대기에서는

공기 중에 산소를 흡입해서 엔진을 가동시키고

우주 공간에서는 대기에서 흡입해 둔 산소를 이용해서

엔진을 가동시킨다는 소리입니다.

 

말도 안 되는 이 방법이 가능하다고 주장하는 건

이 엔진은 대기 중에 있는 공기를 흡입해서

순식간에 영하 150도로 만들어서

액화된 산소를 내부에 탱크로 저장시킨다는 것입니다.

 

이륙 때부터 산소를 탑재할 필요가 없어서

높은 효율로 기체를 사용할 수 있는 것이죠.

 

그런데 이게 가능하려면

거의 마하5의 속도까지 공기를 흡입해서

액체 산소로 만들어야 한다는 것입니다.

 

문제는 이런 속도에서는

흡입되는 공기의 온도가 매우 높아지게 되는데

이렇게 높아진 온도를 무려 1/20초 만에

영하 150도까지 낮춰야 한다는 것이죠.

 

그래서 저는 2014년에 이 얘기를 듣고서

또 “이상한 데서 약을 팔고 있구나”라고 생각을 했었습니다.

 

그런데 갑자기 2018년도에

영국 정부와 BAE 시스템이 지분을 사면서 투자를 하기 시작하더니

보잉과 롤스로이스도

이 사브레 엔진에 투자를 하면서 판이 커지기 시작했습니다.

 

그러더니 작년 4월 마하 3.3속도로 유입되는 공기를

1/20초 만에 영하 150도로 냉각하는

열교환기를 테스트에서 성공합니다.

 

사실 이 엔진의 성공은

섭씨 1000도로 들어오는 공기를

영하 150도까지 냉각시키는 열교환기의 성능에 달린 만큼

이 테스트는 엄청난 성과였습니다.

 

그러더니 최근 아예 마하 5의 속도로 유입되는 공기를

영하 150도까지 냉각시키는 데 성공하면서

갑자기 엔진 개발에 탄력이 붙고 있습니다.

 

물론 아직까지 더 많은 개발이 필요하겠지만

정말로 유입되는 공기를 액화산소로 만들고

그걸로 로켓엔진을 가동할 수가 있다면

이륙 중량이 훨씬 더 작아질 것이고

이륙 중량이 작아지게 되면

비행기 형태로 된 SSTO를 개발하는 것이 가능합니다.

그런데 왜 SSTO의 디자인이 이따구지?라고 의아해하실 분들을 위해 말씀드리면

사실 공대생이 디자인해서 그렇습니다.

 

사실은 아직까지 로켓엔진이 개발이 되지가 않아서

기체의 디자인은 나오지 않았기 때문에

이런 디자인을 하고 있는 것인데

현재는 사브레 엔진 개발에 가속이 붙으면서

지금은 이런 디자인을 선보였습니다.

이거는 좀 간지나네요.

 

앞으로 개발까지 최소 3년 이상이 소요될 텐데

무사히 완성되게 될지 궁금하네요.

그럼 20000...km/h 이상의 속도로 지구 재진입 시 발생하게 되는 열은

어떻게 견디게 될지도 궁금합니다.

그럼 이만.