• 宇宙벤처企業 스페이스-X의 發想 轉換
• 大型 로켓 代身 大量生産 可能한 小型 로켓
• 量産 價格 낮출 수 있는 開發 이뤄내야
• 年 1兆 賣出 商業衛星 發射國의 꿈

第1部 스페이스-X社의 ‘創造經濟’, 패러다임 시프트

지난해 12月 3日, 全 世界 宇宙 産業界는 美國 플로리다 州의 케이프커내버럴宇宙센터를 注目했다. 宇宙벤처企業人 스페이스-X社의 ‘팰컨(Falcon)-9’ 발사체가 衛星通信用 靜止軌道衛星 發射에 成功했기 때문이다. 이는 民間會社가 自體 開發한 發射體로 商業用 靜止軌道衛星을 쏘아 올려 성공시킨 첫 事例였다.

올 1月 6日, 이 會社가 또 다른 靜止軌道 衛星(TAICOM-6) 發射에 成功했다. 發射 履歷이 붙은 旣存 大企業도 한 달 만에는 다음 發射가 쉽지 않은데, 新生 企業이 해낸 것. 이는 팰컨-9의 ‘8連續 成功’이었다. 앞의 6番은 試驗用 發射이거나 宇宙停車場龍 貨物 運送이었고, 뒤의 2番은 商業 發射였다. 팰컨-9의 登場으로 大企業들은 宇宙開發 패러다임이 확 바뀔 것이라는 섬뜩한 豫感을 했을 것이다.

10年 前 스페이스-X社가 登場했을 때 衛星 商業 發射 市場 進入에 失敗한 日本은 論外로 하더라도, 美國의 보잉과 록히드마틴, 유럽의 아리안스페이스, 그리고 러시아의 發射體 會社들은 이 企業의 失敗를 ‘豫測’하고 ‘期待’했다. 그러나 只今은 多急해졌다. 스페이스-X社가, 쫓아갈 수 없는 超低價로 ‘衛星 發射 臺(大)바겐세일’에 들어갔기 때문이다.

스페이스-X社의 成功은 이제 宇宙開發 市場에 挑戰狀을 던진 우리에게 示唆하는 것이 많다. 이 會社의 成功을 부러운 눈으로만 바라보지 말고, 배워야 할 點을 찾아야 한다.



自己 動機附與로 充滿했던 톰 뮐러

스페이스-X社의 代表는 創業者인 앨런 머스크다. 하지만 筆者는 팰컨 發射體의 엔진인 ‘멀린(Merlin)’을 開發한 톰 뮐러에 注目한다. 그가 스페이스-X의 成功을 가져온 第1 人物이라고 斷言한다.

그는 退勤 後나 週末에 同好人들과 自費로 로켓 엔진을 만들어 날리던 로켓 마니아였다. 難關에 逢着하면 밤을 새워서라도 解決하던 野心滿滿한 엔지니어였다. 그런 그가 野心 찬 꿈을 가진 머스크를 만나면서 무서운 시너지 效果를 發揮하게 됐다.

아이다호에서 伐木트럭 運轉技士의 아들로 태어난 뮐러는 그때의 많은 美國 아이처럼 模型 로켓을 만들어 날리며 成長했다. 家庭 形便 때문에 學費가 싼 아이다호大學에 들어가 機械工學을 專攻한 그는, 放學 때면 學費를 벌기 위해 伐木工으로 일하면서 伐木機械나 아버지의 트럭을 受理했다. 그러다보니 金屬의 切斷과 加工, 鎔接에 能熟해졌다. 後날 그가 自己 집 作業室에서 엔진을 만들 생각까지 한 것도 이때 쌓은 實力 德分이다.

로욜라 마운틴大學에서 碩士課程을 마친 그는 美國 最高 有名 企業인 HP 하드디스크 事業部로부터 入社 提案을 받았지만, “하드디스크나 만들면서 人生을 보낼 수는 없다”며 拒絶했다. 伐木 일을 해주길 바라는 아버지의 바람도 外面했다. 그리고 航空宇宙産業의 本據地인 캘리포니아로 떠나 有名 航空宇宙業體인 TRW의 에어로스페이스에 들어갔다.

뮐러는 아폴로 宇宙船의 달 着陸에 使用된 ‘핀틀 인젝터’ 技術을 活用한 새로운 液體水素엔진 開發에 參與했다. 그러나 그곳은 ‘이미 시스템化한’ 주어진 일만 하는 곳이지, 創意性을 發揮할 수 있는 空間이 아니었다. 그는 ‘TRW 너머’를 바라봤다. 退勤 後 車庫에 틀어박혀 自身이 設計한 로켓 엔진을 만들기 始作했다.

週末이면 로켓 마니아 클럽인 ‘RRS(Reaction Research Society)’ 멤버들과 함께 모하비 沙漠으로 向했다. RRS는 1943年 만들어진 美國에서 가장 오래된 民間 로켓技術 同好會로, 모하비 沙漠에 小型 로켓 試驗 및 發射 施設을 갖고 있었다. 로켓 마니아들이 모하비 沙漠에서 直接 만든 로켓을 날린다는 所聞이 머스크의 귀에 들어갔다. 어느 날 뮐러를 찾아간 머스크가 물었다. “좀 더 큰 놈도 만들 수 있겠소?”

會社 設立 6年 만에 發射 成功

뮐러는 바로 世界 最初의 宇宙벤처企業人 스페이스-X의 創業 멤버가 됐다. 뮐러가 처음 만난 머스크에게 보여줘 感歎詞가 나오게 했던 로켓 엔진의 推力은 6t이었다. 韓國航空宇宙硏究院(航宇硏)李 韓國型發射體 3단용으로 開發하는 엔진의 推力이 7t이라는 것을 勘案하면, 個人이 趣味로 만든 것치고는 엄청난 水準이 아닐 수 없었다.

뮐러를 만난 後 머스크의 事業은 加速度가 붙었다. 2002年 6月 스페이스-X社를 設立하고, 2003年 3月 텍사스 州 맥그리거 試驗場에서 最初로 만든 멀린 엔진 테스트에 들어간 것. 이어 팰컨-1 發射體 2段에 使用될 케스트렐 엔진도 試驗했다. 먹고 자는 時間을 除外하고는 일만 해야 이룰 수 있는 超스피드였다. 2003年 12月엔 엔진을 裝着한 實物을 워싱턴의 聯邦航空廳(Federal Aviation Ad-ministration· FAA) 빌딩 앞에 세워놓고 大大的인 弘報를 했다.

그리고 小小한 問題를 修正해 2005年 1月 멀린 엔진을 完成하고, 4月에는 ‘팰컨-1’ 1號機 製作을 完了했다. 그는 이것을 반덴버그 空軍基地에서 發射하려고 했으나 美 空軍이 쏘려고 하는 ‘타이탄-4’의 發射 스케줄 때문에 如意치 않자, 南太平洋의 마셜 群島로 옮겨가 2006年 初 發射했다. 그러나 처음 開發한 발사체가 그러하듯, 失敗했다.

點火 直後 터보펌프의 조그만 알루미늄 너트에서 龜裂이 發生하면서 발사체가 터져버린 것. 2次와 3次도 失敗했지만, 2008年 9月 4次 發射에서 成功했다. 會社 設立 6年 만에 이룬 것인데, 이는 어떤 나라도 이루지 못한 超短期 成功이었다. 速度를 높인 스페이스-X社는 2009年 300kg級 衛星의 軌道 進入을 성공시키면서 팰컨-1 開發을 終了하고, 本格的인 發射體인 ‘팰컨-9’ 開發에 나섰다.

좀 더 큰 놈을 만들기 爲해

팰컨-9는 4~5t 무게의 靜止軌道衛星을 쏘아 올릴 수 있는 水準이니 눈이 어지러울 程度로 빠른 挑戰이었다. 이때 팰컨-1의 세 番에 걸친 失敗가 ‘特效藥’이 됐다. ‘멀린-1C型’ 엔진 9個를 묶어 1段, 1個의 멀린 엔진으로 2段을 構成한 팰컨-9는 다섯 次例 連續으로 發射에 成功했다.

그리고 國際宇宙停車場까지 貨物을 輸送해 美 航空宇宙局(NASA)으로부터 巨額의 貨物 輸送料를 받으면서, 스페이스-X社는 單番에 黑字로 돌아섰다. 그러나 뮐러는 滿足하지 않고, 더욱 强力해진 世界 最高 效率의 ‘멀린-1D’ 엔진 開發에 成功했다. 멀린-1D의 ‘무게比(比) 推力’은 150인데, 그때까지 世界 最高는 러시아産(産)인 NK-33의 130이었다.

멀린-1D 9個를 묶은 팰컨-9이 바로 ‘버전 1.1’인데, 이것으로 스페이스-X社는 2013年 말과 2014年 初 連續으로 商業用 靜止軌道衛星 發射에 成功했다. 그리고 올해 안에 27個의 멀린 엔진을, 9個씩 모듈로 묶은 ‘팰컨-헤비’를 發射하려고 한다. 팰컨-헤비는 15t 무게의 靜止軌道衛星을 쏘아 올리게 된다. 이 팰컨-헤비의 信賴度를 높여, 머스크의 꿈인 ‘人類의 火星 着陸’에 使用하려 한다.

팰컨-헤비가 成功하면, 스페이스-X社는 아폴로 發射에 動員된 ‘새턴-5’ 發射體 以後 美國에서 最大 性能의 發射體를 開發했다는 名譽를 얻게 된다. 스페이스-X社의 野望은 멈추지 않는다. 이 會社는 宇宙輸送機로도 쓰이는 宇宙船 ‘드래곤’도 開發해놓았다. 2012年 팰컨-9에 실려 發射된 드래곤은 國際宇宙停車場과 만나 貨物을 傳達하고 地球로 돌아왔다. 스페이스-X社는 이 드래곤을 誘引 宇宙船으로 活用하려 한다.

그래서 宇宙에서 이 宇宙船을 制御할 推力機를 開發했다. 이름은‘드라코’로 지었다. 發射에 失敗했을 때, 사람이 탄 드래곤을 安全하게 地球로 데려올 수 있는 ‘슈퍼 드라코’도 만들고 있다. 멀린-1의 次世代 엔진인 ‘랩터’의 開發도 始作했다. 랩터는 液體水素를 燃料로 쓸 것으로 알려졌으나, 液體메탄과 液體水素의 組合으로 決定됐다. 推力은 멀린-1D의 4倍인 300t級이 될 展望이다.

可히 火星에 居住地를 建設할만한 꿈을 現實化한 것이다. 뮐러는 말한다. “로켓 開發은 正말 힘든 일이다. 엄청난 스트레스 속에서 밤낮없이 일에 매달려야 한다. 失敗했을 때의 絶望感은 이루 말할 수 없다. 그러나 成功했을 때의 成就感은 견뎌낸 어려움을 充分히 相殺하고도 남는다. 이 成就感은 TRW와 같은 큰 組織에서는 到底히 맛볼 수 없다.”

南아共 少年의 거침없는 挑戰

스페이스-X社의 創業者인 앨런 머스크도 注目해야 한다. 그는 高等學生 時節부터 世上을 변화시키는 꿈을 꿨다고 한다. 이를 爲해 必要한 技術로 첫째 인터넷, 둘째 代替에너지, 셋째 宇宙探査를 꼽았다고 한다. 그리고 꿈을 實現하려는 努力을 펼쳤다.

‘胎生的 冒險家’인 그는 通帳 殘高가 200달러밖에 없을 때 인터넷 事業을 始作했다. 自動車 한 대, 컴퓨터 한 臺로 세운 첫 企業이 ‘ZIP2’였다. 이 會社를 팔아 남은 收益金으로 엑스닷컴(X.com)을 세우고, 引受合倂으로 ‘페이팔(PayPal)’을 세워 巨金에 팔았다.

億萬長者가 된 그는 ‘火星에 居住地 建設’ 꿈을 實現할 會社를 만들게 되는데 그것이 바로 스페이스-X私다. 이듬해인 2003年 電氣自動車 會社인 ‘테슬라’ 設立에 共同 投資 形態로 參與하고, 2006年에는 太陽光 發電機를 家庭에 設置하는 솔라시티(Solar City)社를 만들어 現在 會長으로 있다.

머스크는 로켓을 開發할 생각까지는 없었다고 한다. 그는 宇宙探査에 必要한 發射體로 러시아 發射體를 念頭에 뒀다. 그런데 러시아를 訪問해 살펴본 結果 一般人이 宇宙探査를 하기 위해서는 發射 費用이 너무 비싸다는 點을 깨닫고 直接 開發로 돌아섰다.

그는 군살을 除去하고 革新的인 設計를 해, 發射 費用을 10分의 1로 낮춘다는 目標를 세웠다. 開發 費用이 적게 들고 失敗 危險이 낮은 ‘작은 推力의 엔진’을 만들고, 이것을 여러 個로 묶는 클러스터링 技術로 大型 로켓을 具現한다는 것이었다. 이렇게 되면 작은 推力의 엔진을 大量生産할 수 있으니 ‘當然히’ 價格이 낮아진다. 이를 팰컨龍 멀린 엔진 開發을 통해 성사시켰다.

1971年 남아공에서 태어난 그는 어릴 때부터 科學技術에 큰 興味를 보였다. 當時 막 普及되기 始作한 PC를 갖고 獨學으로 프로그램을 만들고, 中學校 컴퓨터 授業時間엔 先生님보다 뛰어난 實力을 보였다. 12歲에 비디오 게임을 만들어 팔아 企業家의 資質도 보였다. 그리고 꿈을 實現할 空間으로 美國을 꼽았다. 이를 爲해 17歲 때, 어머니의 努力으로 移民이 쉬운 캐나다로 건너가 國籍을 바꿨다.

當時 남아공에서 成年이 된 靑年은 義務的으로 軍 服務를 해야 했다. 軍人의 주된 任務인 ‘黑人 彈壓’이나 하면서 歲月을 보낼 수는 없다는 생각도 캐나다 移民을 서두르게 한 理由였다고 한다. 머스크는 캐나다의 퀸스代學科 펜실베이니아대학에서 各各 經營學科 物理學 碩士學位를 받았다. 그리고 美國 스탠퍼드대학의 物理學科 博士課程에 入學했으나 이틀 만에 抛棄하고 事業家의 길에 들어섰다.

그는 그 理由를 “世上을 바꿀 程度의 일은 스탠퍼드대학에서는 없을 것이라는 確信 때문이었다”라고 말한 적이 있다. ZIP2와 페이팔을 성공시켜 얻은 2億 달러를 손에 쥔 그는 宇宙探査 事業에 들어갔다. 會社 이름을, 宇宙探査人 Space Exploration을 뜻하는 스페이스-X라고 定한 그는 ‘民間 宇宙事業’을 주된 아이템으로 定했다. 그리고 뮐러를 說得해 低廉한 價格의 로켓 엔진을 만들게 했다.

하지만 그가 投入할 수 있는 돈에는 限界가 있었다. 그는 全 財産의 折半인 1億 달러를 投資하기로 하고, 이 돈을 다 쓸 때까지 成功하지 못하면 接겠다고 마음먹었다. 새로운 로켓 開發에는 數十億 달러의 開發費와 十數 年의 時間이 所要된다는 것을 안다면 이는 無謀한 생각이었다. 그런 그도 障壁에 直面했었다.

“나는 絶對로 抛棄하지 않는다”

2008年 8月 스페이스-X社는 세 番째로 팰컨-1을 쏘게 됐다. 職員들은 祈禱하는 心情으로 畵面으로 發射 場面을 지켜봤다. 1段 燃燒는 成功이었다. 그러나 2段 分離, 2段 點火에서 畵面이 끊겼다. 알 수 없는 理由로 1段과 2段 로켓이 衝突한 것이다. 350餘 名의 職員은 숨을 죽인 채 다시 映像이 나오기를 기다렸다. 失敗라는 結論이 나면 會社는 門을 닫아야 한다. 모두 失職者가 되는 것이다.

그때 沈痛한 얼굴의 머스크가 나타나 演說했다. “여러분 받아들이기 힘들겠지만 오늘 發射는 失敗했습니다. 하지만 로켓 開發이라는 일이 늘 이렇습니다. 그러나 적어도 1段 로켓은 제대로 飛行했다는 것을 確認했습니다. 現在 發射體를 運用하는 6~7個 國家도 처음에는 모두 失敗를 經驗했죠. 마침 에인절 投資가 이루어져 두 番 더 發射할 수 있는 資金을 確保했습니다.” 그리고 외쳤다. “저는 絶對로 抛棄하지 않습니다. 絶對로!”

이 感動的인 演說로 職員들은 다시 苦難의 行軍을 甘受했다. 그리고 4次, 5次의 팰컨-1 發射에 成功하고, 2010年 6月에는 創業 8年 만에 1段 推力 500t의 發射體(팰컨-9)를 만들어냈다. 宇宙開發의 새 歷史를 쓴 것이다. 이 成功은 여러 가지 面에서 劃期的이었다. 開發 費用과 期間을 大幅 縮小했다. NASA는 500t 推力의 發射體 開發에는 最小 36億 달러가 必要하다고 豫測했는데, 머스크는 단돈(?) 3億餘 달러로 成功했다.

價格競爭에서 自身이 있기에 스페이스-X社는 衛星 發射 費用을 홈페이지에 公開한다. 그러나 좋은 面만 있을 수는 없는 法. 스티브 잡스가 그랬던 것처럼 40代 初盤에 人生의 꿈을 다 이룬 머스크지만, 아직도 自身을 채찍질한다. 그러니 周圍 사람들이 不便해진다. 머스크와 일해본 사람들은 그와 일하려면 그가 ‘不便하게(discomfort) 구는 것’을 甘受해야 한다고 말한다.

반갑잖은 消息도 들려온다. 依賴가 殺到하자 팰컨-9의 發射 費用을 올린다는 것이다. 그래도 다른 業體의 30~50% 水準이라지만, 그의 公言과는 다른 方向이다. 發射 費用을 現在의 10%臺로 낮추겠다고 分明히 公言했는데…. 初心을 지키는 것은 누구에게나 어려운 일인가 보다.

스페이스-X의 成功은 美國의 企業 風土 德分에 可能했다. 美國 大企業은 可能性이 있는 벤처企業에도 大規模 投資를 한다. 投資를 받아 일어선 벤처企業家들은 巨額을 받고 會社를 팔아 새로운 挑戰을 한다. 아이디어로 돈을 벌고, 그 돈으로 새 아이디어를 펼치는 ‘善循環 構造’가 安着돼 있는 것이다.

美國 宇宙産業의 繁榮과 危機

美國에서 宇宙産業에 投資한 企業家는 머스크만이 아니다. IT 烈風으로 돈을 번 事業家들이 宇宙벤처에 많은 關心을 보였다. 代表的 人物이 아마존의 제프 베조스다. 그는 머스크보다 앞선 2000年 宇宙觀光을 꿈꾸며 再使用이 可能한 發射體를 開發하는 ‘블루 오리진’社를 創立했다. 이 會社는 NASA가 하는 誘引 宇宙探査 ‘CCDev(Commercial Crew Development)’ 事業에 스페이스-X社와 함께 參與한다.

마이크로소프트의 共同創業者인 폴 앨런은 ‘스페이스十-2’ 開發에 參與한다. 그는 ‘버진 갤럭틱’社의 리처드 브랜슨과 준(準)궤도 宇宙觀光事業도 準備하고 있다. 구글의 에릭 슈미트와 래리 페이지, 映畫監督 제임스 캐머런 等은 小行星 探査 後 原鑛石을 캐오는 비즈니스에 關心을 쏟는다.

1940年代 始作한 美國의 로켓 技術은 1969年 달 着陸에 成功하면서 엄청나게 發展했다. 一部 專門家들은 當時의 로켓 技術이 現在의 技術 水準보다 部分的으로는 앞섰다는 評價를 내놓기도 한다. 그때 開發된 많은 技術이 ‘스핀 오프(spin off)’돼 여러 産業 分野에서 活用된다.

代表的인 것이 ‘핀틀 인젝터’ 技術이다. 인젝터(injector)는 燃料와 酸化劑를 適切히 뿜어줘 잘 탈 수 있게 해주는 部品이다. 자그마한 噴霧 노즐 數百 個를 使用하는 旣存 인젝터는 加工費가 많이 들 뿐 아니라 製作도 어렵다. 그러나 핀틀 인젝터는 形象이 單純하고 燃燒 安定性이 좋으며 製作費도 싸다. 이를 스페이스-X社는 멀린 엔진 開發을 통해 證明해 보였다.

핀틀 인젝터는 1950年代 NASA의 제트推進硏究所가 硏究하기 始作해 아폴로 프로그램에서 1次 使用했던 것이다. 以後로는 TRW社가 硏究 開發해왔다. 뮐러度 TRW社 時節 핀틀 인젝터를 使用하는 300t 推力의 液體水素 엔진 ‘TR106’ 開發에 參與했다. 그 때문에 뮐러가 이 技術을 멀린 엔진에 適用하자, TRW社는 知的財産權 盜用 是非를 걸기도 했다.

美國의 航空宇宙·防衛産業體들은 一種의 카르텔을 形成한다. 大部分이 開發費用과 利潤을 保障받는 ‘開發費用 플러스알파’ 形態로 契約을 締結한다. 開發 期間과 費用이 불어나면 發注機關이 곤혹스러워지는 制度다. 이것 때문에 NASA는 相當한 壓迫을 받는다. 火星 着陸을 目標로 開發에 들어갔던 發射體 ‘SLS(Space Launch System)’는 開發費가 繼續 增加해 NASA 1年 豫算의 30%에 肉薄할 것이라는 豫想도 나온다.

國防部와 달리 NASA의 硏究開發費는 인플레를 考慮하면 되레 줄고 있다. 그 때문에 宇宙往復船을 退役시킨 다음에는 宇宙 空間에 사람을 보낼 手段이 없어 러시아의 소유즈 로켓에 매달리는 處地가 됐다. 政權이 바뀔 때마다 宇宙探査 目標를 火星에서 小行星 探査 式으로 자꾸 바꾼 것도 NASA의 발목을 잡았다.

外部 要素도 美國을 壓迫한다. 美國 ULA社가 發射하는 ‘아틀라스-V’ 發射體는 러시아의 ‘에네르高마쉬(우리의 羅老號 1段 엔진도 이 會社 製品인 RD-191이다)’사의 ‘RD-180’ 엔진을 100億 원 程度에 輸入해서 搭載한다. 그런데 美國이 이 엔진을 裝着한 發射體를 軍用 目的에 使用한다는 理由로 러시아가 輸出을 禁止할 것이라는 報道가 나온다. 輸出이 禁止되면 美國은 아틀라스-V의 發射 서비스를 접어야 한다.

“우리는 宇宙開發 特攻隊”

이렇게 劣惡해진 美國 宇宙産業 環境이 스페이스-X社를 注目하게 만들었다. 이를 反映하듯 스페이스-X의 社員 募集公告에는 自信感이 잔뜩 담겨 있다.

“스페이스-X는 特攻隊(Special Forces)와 같다. 우리는 不可能하다고 보는 任務를 遂行한다. 말도 안 될 程度로 野心的인 目標를 가지고 있다. 하지만 우리는 人類의 未來에 믿기 힘든 變化를 가져다줄 것을 自信한다. 不可能해 보이고 또 미쳤다고 할 程度로 挑戰的인 프로젝트를, 빡빡한 日程下에 能動的으로 해낼 수 있다면, 當身은 스페이스-X 特攻隊員이 될 資格이 있다.”

第2部 ‘달나라를 向해’, 世界가 注目하는 韓國의 挑戰

우리의 發射體 開發 現況을 살펴보자. 先進國 進入을 눈앞에 둔 大韓民國은 數千 億 달러의 市場으로 開花(開花)할 宇宙産業의 主役이 될 礎石을 잘 다지고 있는가. 우리는 2兆 원이라는 巨金을 들여 發射體를 開發하는데, 이것이 끝나면 國際舞臺에서 어떤 役割을 할 수 있을까. 公言한 대로 2020年 달 探査를 해낼 수 있는가.

韓國型發射體 開發은 2010年 始作됐다. 初期에는 羅老號의 發射 失敗로 豫算과 人力이 分散돼 더디게 進行되다 2012年부터 速度를 냈다. 올해 75t과 7t 엔진의 設計에 들어간다. 4400億 원을 들여 試驗施設 인프라를 構築한다. 航宇硏과 羅老宇宙센터 等에는 10個의 試驗施設이 들어선다.

韓國型發射體는 1段에 75t 엔진 4期, 2段에 高共用 75t 엔진 1期, 3段에 7t 엔진 1期를 裝着해 700km 太陽動機軌道에 1.5t 무게의 衛星을 投入하는 것을 目標로 한다. 1段과 2段 로켓으로 適切한 軌道에 이르게 한 後 3段(7t 엔진)으로 精密 操縱해 衛星을 高度 700km 前後의 太陽動機軌道에 正確히 올리는 것이다. 이 事業의 核心은 ‘75t과 7t 엔진을 自力으로 開發할 수 있느냐’다.

지난 2月 航宇硏은 7t 엔진의 上端部 인젝터와 燃燒室의 燃燒試驗에서 設計 때 豫測한 數値를 若干 上廻하는 結果를 얻었다. 鼓舞的인 結果가 나온 것이다. 75t 엔진은 初期 設計를 끝내고 試驗施設의 完工을 기다리고 있다. 이 試驗施設이 完工된 5月부터는 75t 燃燒器의 試驗結果도 公開할 수 있을 것이다.

엔진 試驗施設이 完工되는 來年 初부터는 75t과 7t 엔진을 試驗한다. 2017年에는 75t 엔진 하나를 1段으로 限 縮小型 2段 發射體를 試驗 發射해, 單(段) 分離와 페어링 分離 等의 重要한 試驗을 遂行한다. 2018年 各各의 段別 試驗을 거쳐 信賴性이 確保되면 2019年 後半부터는 韓國型發射體를 試驗 發射할 수 있게 된다.

後發走者의 長點을 누려라

發射體 開發 技術은 아직도 完全하지 않기에 失敗할 수 있다. 그러나 技術 自體는 오랜 歷史를 가졌기에 檢證됐다고 할 수 있다. 1940年代 初 나치 獨逸이 만든 V-2 로켓은 酸化劑로 超低溫 液體酸素를 使用했다. 超低溫 液體酸素를 燃料와 함께 超高速으로 끌어오기 위해 只今도 어려워하는 터보펌프를 考案해냈다. 로켓 燃燒는 ‘준(準)爆發’ 或은 ‘制御된 爆發’이라 조금만 잘못돼도 失敗하는데, 나치 獨逸은 世上에 없는 技術로 最尖端 材料까지 만들어 V-2를 製作해냈다.

美國과 蘇聯의 宇宙開發 競爭도 로켓 技術을 級發展시켰다. 1969年 달에 着陸線을 安着시킨 美國의 ‘새턴-5’ 로켓 開發은 技術的으로 놀라운 進步였다. 새턴-5는 1段에 800t級 엔진 5基를 붙였는데 이는 只今의 技術로도 쉽지 않다. ‘F-1’으로 불린 800t級의 이 怪物 엔진은 1959年 燃燒試驗에 들어가 1963年부터 發射體 製作팀에 納品됐다. 그리고 50餘 年이 지난 只今 우리는 75t 엔진 開發에 매달려 있으니 韓美 間의 技術的 差異가 어느 程度인지를 斟酌할 수 있을 것이다.

하지만 이런 狀況이 ‘오히려’ 有利하게 作用할 수 있다. 로켓 開發 初期 重要한 技術에 對한 노하우는 極祕文書로 保管됐다. V-2 開發責任者人 폰 브라운 博士의 學位論文은 나치 獨逸뿐 아니라 美國에서도 1960年代 中盤까진 祕密로 分類돼 制限된 사람들만 볼 수 있었다. 그러나 永遠한 祕密은 없는 法. 第2次 世界大戰이 끝나면서 로켓 關聯 技術 情報가 흘러나오더니 1949年 關聯 敎科書가 登場했다. 現在는 主要 技術이 거의 公開돼, 全 世界大學에서 가르치게 됐다.

따라서 只今은 ‘技術을 아느냐’가 아니라 ‘알고 있는 技術을 얼마나 正確히 設計에 適用해 製作할 수 있느냐’가 關鍵이 된다. 우리는 世界 水準에 到達한 우리의 自動車 技術에 注目해야 한다. 自動車에 適用되는 精密機械 加工技術을 로켓엔진 開發에 椄木하면 先進國을 따라잡을 수 있기 때문이다. 그뿐 아니다. 로켓에 使用될 수 있는 尖端 材料와 耐熱 材料, 高强度 輕量 리튬알루미늄合金 等과 關聯된 技術도 가졌다.

여기에 스페이스-X社처럼 벤치마킹할 對象까지 있으니, 短期間에 적은 費用으로 宇宙 先進國을 따라잡지 못할 理由가 없다. 實際 試驗 過程에서 豫想보다 빨리 信賴性을 確保하게 된다면 餘裕 있게 잡아놓은 試驗 回數와 日程을 短縮할 수 있을 것이다. 스페이스-X社처럼 豫想보다 빠른 時間에 韓國型發射體 開發을 完了할 수도 있다.

銘心해야 할 것은 스페이스-X社처럼 ‘반드시’ 發射 價格을 낮춰야 한다는 點이다. 따라서 諸般 部品의 設計를 되돌아보고 量産過程에 들어갔을 때 價格을 낮출 수 있는 製作工程을 最大限 導入해야 한다. 韓國型發射體는 팰컨-9나 팰컨-헤비보다 小型인 만큼 發射 費用은 低軌道龍 發射體의 現在 發射 價格인 300億 원의 折半인 150億 원假量이 되도록 맞춰야 한다. 쉽지 않지만 반드시 到達해야 할 目標다.

달 探査 爲해 NASA와 協力

우리의 달 探査 計劃은 國內뿐 아니라 海外에서도 非常한 關心을 끈다. 달 探査는 韓國型發射體의 完成을 前提로 한다. 달 探査의 核心的인 意味는 技術의 確保와 具現이다. 달 探査船은 軌道船과 着陸線으로 이루어진다. 달 着陸線을 包含한 探査船의 무게는 550kg 程度이고 이것을 달 軌道로 보내주는 ‘킥 모터(kick motor)’의 무게는 2.4t 程度가 될 것이다.

韓國型發射體는 둘을 합친 ‘3t짜리’를 衛星發射 軌道보다 낮은 300km의 ‘달 轉移軌道(Lunar Transfer Orbit· LTO)’까지 올려줘야 한다. 그리고 킥모터가 作動해 探査船을 달 軌道에 進入시킨다. 이 킥모터는 羅老號 2段에 使用된 킥모터를 改善해 使用한다.

달 軌道를 제대로 돌게 된 探査船은 軌道船은 남기고 달 着陸線을 發射한다. 着陸船은 逆推進을 하며 달에 着陸해 探査 로봇을 내려놓아 달 表面을 調査하게 한다. 이러한 달 探査를 위해 15個 政府出捐 硏究所와 大學이 參與한다. 달 探査船의 設計와 開發은 人工衛星 技術의 延長인데, 우리는 開發 經驗이 있어 그리 어렵지는 않으리라고 본다.

달로 가는 旅程을 어떻게 짤 것인지도 重要하다. 一旦은 宇宙探査用 軌道를 設計할 수 있는 ‘GMAT’를 使用하게 될 것이다. GMAT는 NASA가 主導하고 우리를 비롯한 여러 나라가 參與해 共同으로 開發하는 소프트웨어다. 最適의 經路를 찾아내기 위한 시뮬레이션이라고 보면 된다.

그런데 地球와 달, 太陽 사이에는 ‘重力場’이 作用해 實際 飛行에서는 若干의 經路 修正이 必要하니, 小規模의 推力機를 搭載한다. 推力機는 購買가 如意치 않으면 國內에서 開發한다. 이미 人工衛星用으로 開發한 經驗이 있으므로 自體 開發도 可能하다. 그러나 着陸船 部分에서는 이야기가 달라진다. 달에 내려간 着陸線을 軌道船으로 돌아오게 하려면 더욱 强力한 推力機가 必要하다. 航宇硏은 2年 前 이를 開發해 試驗했지만, 아직은 많은 改善이 必要한 狀態다.

달 探査는 해보지 못한 分野라 우리가 미처 豫想하지 못한 일이 發生할 수 있다. 多幸히도 이에 對해서는 Ames硏究所와 JPL 等 NASA 傘下의 硏究所들이 기꺼이 協力하겠다는 意思를 밝혔다. 早晩間 우리는 NASA와 ‘宇宙探査 關聯 諒解覺書(MOU)’를 締結하려고 한다.

事實 우리의 달 探査 計劃은 漠然했었다. 韓國型發射體 開發에 投入할 豫算 때문에 具體化되지 못했다. 그런데 朴槿惠 政府 出帆과 함께 달 探査와 韓國型發射體 開發 事業이 國政課題로 推進되면서 速度를 높이게 됐다. 2020年까지 남은 6年은 決코 짧은 期間이 아니다. 2017年 우리는 試驗 軌道船을 먼저 보내려고 하는데, 이 試驗船 發射가 2020年 달 探査 成功의 바로미터가 될 수 있다.

2020年은 大韓民國 宇宙 도전사에서 매우 重要한 時點이 될 것이다. 달 探査를 통해 스페이스-X社처럼 價格競爭力 있는 發射體 開發을 立證한다면, 우리는 衛星 發射와 宇宙旅行 等 다양한 宇宙産業에 뛰어들 수가 있다. 宇宙産業은 우리 經濟를 이끌어가는 孝子産業이자 成長動力이 될 수 있는 것이다.

現在 宇宙 軌道에 衛星을 올릴 수 있는 發射體를 保有한 나라는 美國(아틀라스, 델타, 팰컨, 안타레스), 러시아(소유즈, 프로톤, 제니트, 드네프르), 유럽(아리안, 베가), 日本(H-2 系列), 中國(壯丁 系列), 印度(PSLV, GSLV) 等 6個國이다. 그리고 몇몇 나라가 開發했거나 開發 中이지만, 아직 意味 있는 크기의 物體를 宇宙 軌道에 올릴 수 있는 水準은 아니다.

宇宙觀光과 宇宙호텔

成功한 6個國 中에도 經濟性 때문에 苦痛받는 발사체가 많다. 아리안과 H-2 系列이 그러하다. 이들은 比較的 最新의 高級 辭讓을 採擇한 로켓이지만, 液體水素 엔진의 낮은 推力을 補强하기 위해 高價의 固體 부스터를 使用해, 發射 價格이 매우 높다는 ‘決定的인’ 弱點이 있다.

美國의 아틀라스와 델타는 美國 國防部 要求에 特化함으로써 1基當 平均 2億 달러가 넘는 發射費를 받아낸다. 유럽의 아리안은 유럽 여러 나라의 衛星 發射 需要를 吸收하고 마케팅 能力까지 發揮해 常用 發射 占有率 1位를 지켜왔다. 그러나 스페이스-X가 低價의 팰컨-9 로켓을 開發하면서 順位가 달라졌다. 第3世界 國家들의 發射 需要가 스페이스-X로 몰리기 始作한 것이다.

1年 前 머스크는 英國의 BBC 放送에 出演해 “아리안-5에는 未來가 없다”고 斷言했다. 最近에는 美 議會에 出頭해 아틀라스와 델타를 發射해주는 보잉과 록히드마틴의 合作社인 ‘ULA(United Launch Alliance)’社의 高費用 發射 行態를 批判했다. 美 國防部가 ULA와 衛星 36期 發射 契約을 締結하면서 116億 달러의 稅金을 美 國民에게 더 떠안겼다는 指摘이었다.

머스크는 野心을 감추지 않는다. 旣存 會社들은 强力한 로비로 對應하고 있지만 힘겨워 보인다. 스페이스-X社의 挑戰에 對應하지 못하는 發射體 會社들은 結局 落伍하게 될 것이다.

머스크의 目標대로 發射 價格을 現在의 10分의 1로 낮춘다면, 비싼 價格 때문에 試圖되지 못했던 다양한 宇宙 關聯 事業이 생겨날 것이다. 航空運送비가 破格的으로 引下되면서 오늘날 航空機 産業이 急膨脹한 것과 마찬가지 理由다.

그렇게 되면 머지않은 未來에 달 觀光이나 火星 移住事業과 같은 꿈같은 일이 現實로 벌어지게 된다. 軌道에 構造物을 設置하는 事業도 蕃盛한다. 宇宙호텔 事業도 想像해볼 수 있다. 只今 宇宙停車場에 다녀오는 데는 200億 원 以上이 所要된다. 그러나 發射費用이 낮아져 宇宙旅行 商品이 나오면, 滯留하기 便安한 宇宙停車場과 宇宙호텔이 생겨날 수밖에 없다.

宇宙 太陽光發電度 有望한 産業이 될 수 있다. 宇宙에서 生産한 에너지를 直射 太陽光의 2倍 程度 마이크로파로 넓은 面積에 내려보내는 것이다. 사람이나 物體는 이 程度 에너지에는 해를 입지 않는다. 直射 太陽光의 2倍 에너지가 내려갈 수 있다면 1기가와트의 發展이 可能하다는 報告가 있다. 靜止軌道衛星을 통해 에너지를 발전시켜 地球로 내려보낸다면 밤낮으로 發展할 수도 있다. 구름도 透過하는 마이크로파의 性質 때문에 全天候 發展도 可能해진다.

核廢棄物, 宇宙에 隔離 保管

發射體 技術로 ‘라그랑주 點’을 活用할 수도 있을 것이다. 18世紀의 物理學者인 오일러와 라그랑주는 太陽-地球, 或은 地球-달처럼 比較的 크기 差異가 큰 두 物體 사이에는 다섯 點의 坪型 포인트가 있다는 것을 밝혀냈다. 이 가운데 L1, L2, L3點은 不安定하지만, 달 軌道 前後에 있는 L4와 L5點은 安定的이다. 그 크기는 길이 30萬km에 幅 10萬km인데, 그곳에 들어간 物體는 특별한 에너지가 없으면 나올 수 없다.

‘安定的 場所’라는 얘기인데, 太陽 人力으로 因한 攝動(攝動·perturbation) 效果를 考慮해도 10億 年 程度는 安定이 維持된다. 周邊 行星의 重力 效果를 考慮해도 數百萬 年은 安定的이다. 오래前부터 有名한 것이 L5 라그랑주 點이다. 유토피아를 꿈꾼 사람들은 그곳에 超大型 도넛 模樣의 居住地(一種의 地球)를 짓고, 太陽에너지로 大氣圈 循環을 시키면서 물과 土壤 씨앗 等을 가져가 살자고 했다.

L5에 人類의 居住地를 짓는 것은 먼 未來의 얘기일 수 있다. 그러나 核廢棄物을 保管하는 일은 짧은 時間 內에 可能하다고 본다. 地球와 永遠히 隔離된 그곳에 保管한다면 우리는 核廢棄物 恐怖로부터 自由로울 수 있다. 이 아이디어는 美國에서 오래前부터 硏究해왔다.

그런데 核廢棄物을 싣고 날아가는 발사체가 爆發할 境遇 放射能 被害를 막을 수 없다는 것이 問題였다. 그럴듯한 代案이 쏟아졌지만 放射能 被害를 막는 發射費用이 너무 커서 具體化되지 못했다. 땅이 넓은 美國에는 沙漠을 비롯한 不毛地가 많다. 그곳에 核廢棄物을 묻는 것이 훨씬 經濟的이라는 것도 이 硏究를 막은 한 要因이 됐다.

그러나 땅이 좁고 沙漠이 없는 우리는 事情이 다르다. 따라서 事故가 나더라도 安全이 保障되는 技術이 開發된다면 우리는 라그랑주 點 活用을 檢討할 수도 있겠다. 事故에도 對備할 수 있고 價格競爭力이 좋은 發射體를 開發할 수 있다면 우리의 宇宙産業은 飛躍的으로 成長할 것이다.

藝術品 아닌 工産品을 만들자

스페이스-X使에는 우리처럼 發射體 開發 經驗이 많은 리더가 없었다. 뮐러度 엔진만 開發해봤지 發射體 全體를 開發해본 經驗은 없었다. 그래서 멀린 엔진을 開發한 다음 팰컨-1을 통해 發射 試驗을 數次 해본 것이다.

우리도 羅老號를 開發했다고 하지만, 全體 設計 開發을 總括한 것은 아니었다. 따라서 빠른 時間 內 엔진에 對한 1次 設計를 마무리하고 테스트에 들어가야 한다. 部品 레벨 試驗도 빠른 時間 內 끝내고 그 結果를 土臺로 設計를 修正해 엔진 테스트에 着手한다. 시스템은 複雜해질수록 問題가 생기는 部分이 많아지기 때문이다.

뮐러는 開發 始作 2年 만에 엔진試驗에 들어갔고, 그 後 많은 設計 改善을 이루었다. 初期의 部品 設計에 너무 많은 時間을 보내면 困難하다. 가장 豫測하기 어렵고 失敗 要因이 큰 엔진이나 단(段) 體系 試驗에 적은 時間을 配定하는 어리석음을 우리는 犯하지 말아야 한다.

韓國型發射體는 藝術品이 아니라 ‘價格競爭力이 있는 工産品’이라는 것을 잊지 말아야 한다. 이를 爲해 航宇硏의 韓國型發射體事業團은 이미 엔진과 主要 部品, 配管 및 밸브類, 로켓의 燃料, 酸化劑桶 및 페어링의 製作, 그리고 搭載되는 餘他 部品類의 生産單價를 낮추는 데 焦點을 맞추고 있다. 그리고 重要한 것이 韓國型發射體 開發 以後의 비전을 보여주는 것이다. 비전이 있어야 産業體들이 宇宙開發에 參與한다.

宇宙 强國이 되기 위해서는 4代 인프라를 갖춰야 한다. 첫째, 技術人力 인프라. 둘째, 發射場과 發射 準備에 必要한 各種 裝備와 發射 後 追跡과 制御에 必要한 施設이다. 두 인프라는 羅老號 開發을 통해 相當部分 確保된 狀態다.

셋째, 開發 中인 엔진의 터보펌프, 燃燒器, 가스發生機 및 關聯 밸브類 等의 主要 部品과 엔진 試驗裝置, 發射體 各 段別 試驗이 可能한 試驗設備 인프라다. 큰 推力과 火焰을 내뿜는 엔진과 1段 試驗 裝置는 建立 費用이 많이 들 뿐만 아니라 安全한 곳에 지어야 한다. 現在 航宇硏은 4000餘億 원을 들여 10個의 試驗施設을 짓고 있다. 實際 燃料와 酸化劑를 使用하지 않는 試驗施設은 大田 本院에, 火焰 放出을 誘發하는 施設은 羅老宇宙센터에, 組立 關聯 試驗施設은 産業體에 設置할 豫定이다.

넷째, 75t과 7t級 엔진, 液體酸素와 燃料를 貯藏할 巨大한 桶, 그리고 各 段(段)의 製作과 組立을 信賴性 있게 할 産業體 인프라가 必要하다.

이를 갖춘다면 2020年頃 우리는 發射體 强國으로 일어설 수 있다. 그 後로는 完成된 基盤을 土臺로 엔진의 性能을 向上시키고 1段의 파워 增强을 통해 韓國型發射體의 性能을 向上시킨다. 980kg이 될 것으로 보이는 75t 엔진의 무게를 700kg 以下로 줄이고, 推力은 100t 水準으로 끌어올려 무게比(比) 推力이 140 以上이 되도록 해야 한다.

高賃金-高費用 構造 만들지 말라

價格競爭力을 確保하려면 멀린 엔진이 採擇한 핀틀 인젝터 技術의 適用도 考慮해야 한다. 韓國型發射體의 1段을 4個가 아니라 性能이 더욱 向上된 5個 엔진으로 묶는다면, 그 推力이 500t에 이르므로 우리는 强力한 低軌道 衛星 發射體를 만들 수 있다. 지난해 아리랑-5號 衛星을 쏘아준 러시아의 드네프르 發射體의 1段 推力이 460t이었다는 것을 잊지 말아야 한다.

그다음에는 팰컨-9처럼 9個 엔진으로 1段을 만들어 靜止軌道衛星 發射體 製作에 挑戰한다. 그렇게 하면 1段의 推力이 900t에 이르니 6t 程度의 靜止軌道衛星 發射가 可能해진다. 靜止軌道衛星은 赤道에 가까운 곳에서 發射해야 效率이 좋다. 따라서 世界 1位의 朝鮮技術을 利用해 海上 發射選 開發을 檢討할 만하다.

成功的인 發射體 開發을 土臺로 羅老宇宙센터에서 年間 10回, 海上에서 年間 8回 程度 發射한다면, 韓國은 年 1兆 원 以上의 賣出을 올리는 商業衛星 發射國이 될 수 있을 것이다.

美國의 防産業體는 合法化된 로비를 통해 國防과 航空宇宙體系를 開發해왔다. 國民的 支持를 얻기 위해 生産施設을 美國 全域에 分散配置했다. 이것이 莫大한 費用 上昇을 招來했다. 유럽도 여러 나라가 共同으로 宇宙開發을 하다보니 美國보다 더 비싼 構造가 됐다.

그러나 內需市場이 큰 데다 充分한 名聲까지 獲得하고 있어 世界 進出에 큰 어려움이 없었다. 美國 製品은 信賴度가 높아 다른 나라들이 購買할 수밖에 없다. 우리가 開發이 끝나지 않았고 價格도 매우 높은 스텔스 戰鬪機 F-35를 믿고 사주기로 한 것이 그런 例다. 宇宙開發 後發國인 우리에게는 이러한 프리미엄이 붙을 수 없다. 따라서 價格競爭力을 갖추는 데 全力을 기울여야 한다.

問題는 硏究開發과 生産費用 産出이 美國 水準에 맞춰졌다는 點이다. 우리는 開發費用을 算定할 때 美國의 ‘군산(軍産)複合體’가 만든 豫想費用 導出模型을 使用해서는 안 된다. 스페이스-X社도 그 모델을 使用하지 않았다.

얼마 前 航空機 國際共同開發 워크셰어를 協商할 때 우리 航空 産業體 엔지니어의 賃率(賃率)李 先進國보다 높다는 이야기가 나왔다. 우리의 航空宇宙·防衛産業이 不連續으로 進行됐기 때문이다. 事業이 자주 斷絶돼 그에 따른 危險을 줄이다보니 林率이 높아졌다는 것이다.

科學 아닌 産業의 눈으로 보자

只今 우리 航空宇宙産業은 모처럼 連續性을 띠고 있다. T-50 高等訓鍊機의 輸出에 이어 수리온 헬기 生産에 들어갔다. 그 뒤에는 中型航空機 開發과 韓國型 重刑戰鬪機 KFX 事業이 기다린다. 韓國型發射體와 多目的實用衛星 시리즈, 靜止軌道 複合衛星 等의 開發 事業도 進行된다. 政府가 2040年까지의 宇宙開發 中長期 計劃을 發表했으니, 달 探査와 靜止軌道衛星 發射體 開發 等 大型 事業들이 追加的으로 進行될 것이다.

이러한 連續性이 큰 機會가 된다. 價格競爭力 있는 製品을 만들 수 있는 條件이 다져지는 셈이다. 우리는 高費用 構造를 革罷해야 한다. 美國처럼 政府 支援에 依存하는 宇宙産業을 하면 안 된다. 價格競爭力을 갖춘 韓國型發射體 開發이 우리의 宇宙産業을 根本的으로 바꾸는 偉大한 挑戰이 될 것이다. 張差 衛星發射 事業은 年 1兆 원臺로 커질 수 있다. 科學의 눈으로만 宇宙를 보지 말고 産業의 눈으로도 볼 줄 알아야 한다.