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[우주로 가는 기업들]②신뢰성의 상징 아리안스페이스가 세대교체 감행하는 이유

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2018년 10월 27일 17:23 프린트하기

98% 발사 성공률...22년간 100회 꾸준히 발사

한국도 천리안2A호 무궁화 위성 발사 인연

위성 궤도에 내려놓고 다른 궤도 찾아가는 신개념 상단 엔진 장착

아리안6모델로 세대교체…재활용 모델 구상도

 

20일 프랑스 기아나 우주기지에서 발사되는 유럽의 민간 우주 발사체 아리안 5. 이번이 101번째 발사였다. 유럽과 일본의 수성탐사선을 실은 채 성공적으로 우주로 날아갔다. - 사진 제공 ESA/CNES/Arianspace
지난 20일 프랑스 기아나 우주기지에서 발사되는 유럽의 민간 우주 발사체 아리안 5. 이번이 101번째 발사였다. 유럽과 일본의 수성탐사선을 실은 채 성공적으로 우주로 날아갔다. - 사진 제공 ESA/CNES/Arianspace

10월 20일 새벽 1시 45분(현지시각), 프랑스 기아나 우주기지에서 굉음과 함께 유럽이 자랑하는 민간 발사체 ‘아리안 5’가 하늘로 치솟았다. 유럽우주국(ESA)와 일본항공우주연구개발기구(JAXA)가 공동 개발한 역대 세 번째 수성 탐사선 ‘베피콜롬보(BepiColumbo)’를 실은 채였다. 장장 7년에 걸쳐 수성에 접근하는 이 탐사선이 태양 주위를 돌도록 궤도(태양주회궤도)에 올리는 게 이번 아리안 5의 임무였다. 약 36분 뒤 독일 다름슈타트에 위치한 ESA의 위성 통제센터에서 베피콜롬보의 신호를 감지하면서, 이번 발사가 성공임을 알렸다.


베피콜롬보를 실은 이번 발사는 아리안 5의 101번째 발사였다. 지난 9월 말, 역사적인 100번째 발사를 마쳤다고 아리안 5의 운영사 아리안 그룹이 발표한지 한 달 만이다. 1996년 6월, 아리안5 G 모델을 시작으로, G+, GS, ECA, ES로 이어지며 22년동안 매년 4~5회 안정적으로 발사한 끝에 얻은 기록이다. 성공률은 98%. 실패는 단 두 번뿐이었다. 일부 탑재체가 손상되거나 제 궤도에 한 번에 오르지 못한 ‘부분 성공’이 3번 더 있기는 하다.


아리안 5가 왜 발사체 시장에서 ‘신뢰성의 상징’으로 불리는 지 잘 알 수 있는 사례다. 참고로 일본의 주력 발사체 H-2A는 39번 발사에 38번 성공, 미국 스페이스X의 팰컨 9이 62번 발사에 61번(부분 성공 1회 포함) 성공해 모두 성공률은 비슷하다. 하지만 22년, 100번의 발사를 한결 같이 이어온 ‘안정감’은 큰 장점이다.

 

그 동안 발사한 101번의 발사체 세부 종류(왼쪽)과, 발사 횟수 및 성공 여부 그래프. - 사진 제공 위키미디어
그 동안 발사한 101번의 발사체 세부 종류(왼쪽)과, 발사 횟수 및 성공 여부 그래프. - 사진 제공 위키미디어


101번의 발사 동안 아리안 5는 그 동안 170여 개의 위성을 정지궤도에 보냈고, ‘유럽의 위성위치확인시스템(GPS)’라고 불리는 갈릴레오 임무 위성 12기, 그리고 탐사선 로제타와 베피콜롬보를 우주에 보냈다. 100번째 발사 때도 통신위성 두 기 등 무게 10t의 발사체를 실어 보낸 데 이어, 101번째 발사 때도 4톤의 베피콜롬보를 보냈다. 12월5일에는 한국이 개발한 첫 정지궤도복합위성인 천리안-2A(GEO-KOMSAT-2A)를 정지궤도(약 3만 6000km 상공)에 띄울 예정이다.


한낮의 태양이 가장 밝을 때 밤을 대비한다고 했던가. 아리안 그룹은 이렇게 완벽에 가까운 신뢰성을 보이는 아리안 5를 놓고 굳이 다음 발사체를 연구하고 있다. 2020년, 불과 2년 뒤에는 새로운 발사체가 선을 보일 예정이다.


매튜 섀즈 아리안스페이스 아리안6개발 프로그램 담당 엔지니어는 1~5일 독일 브레멘에서 열린 제39회 국제우주대회(IAC)에서 기자와 만나 그 이유를 “시장 변화 때문”이라고 밝혔다. 그는 “블루오리진, 스페이스엑스 등 시장에 새로운 강자가 등장하면서 경쟁이 격화됐다”며 “아리안스페이스도 발사 비용을 40% 줄이고, 저궤도의 작은 위성부터 정지궤도위성 등 과학적으로 필요한 모든 궤도에 접근할 수 있어야 한다”고 말했다.

 

아리안 6 상상도. - 사진 제공 아리안스페이스
아리안 6 상상도. - 사진 제공 아리안스페이스

아리안스페이스가 개발 중인 차세대 발사체 아리안 6는 여러 면에서 기존 5보다 혁신적이다. 기술적으로 가장 큰 차이점은 상단에 탑재할 새 엔진이다. ‘빈시(Vinci)엔진’이라고 이름 붙인 이 엔진은 재점화가 가능하다는 게 특징이다. 점화는 총 네 번까지 가능하며, 총 연소시간은 900초(15분)이 목표다. 섀즈 연구원은 “예를 들어 군집위성을 올린다고 하면, 주 위성을 궤도에 올리고 다시 점화해 군집위성을 필요로 하는 여러 궤도에 접근해 위성을 내놓는다”고 말했다.


마지막 점화는 임무를 마칠 때까지 남겨 놓는데, 마지막으로 발사체를 우주에서 벗어나게 하기 위해서다. 이는 유럽의 새로운 우주 규제에 따라 궤도에 수명을 다한 발사체를 남겨 두지 않기 위해서다. 섀즈 연구원은 “다양하고, 강하고, 깨끗한 것이 새롭게 개발 중인 아리안 6의 특징”이라고 말했다. 빈시 엔진은 올해 7월 첫 엔진 점화 시험을 했으며, 12일 148번째이자 마지막 인증모델 시험을 성공적으로 마쳤다. 알랭 샤모 아리안그룹 CEO는 “빈시 엔진 인증모델 시험 성공은 아리안 6 개발의 중요한 이정표”라며 “내년에는 비행모델을 조립한 뒤 독일 브레멘에 있는 조립동에서 발사체 상단에 장착하게 될 것”이라고 말했다.


미래는 재활용도 고려하고 있다. 섀즈 연구원은 “엔진을 회수해 재활용하기 위해 ‘프로메테우스’라는 연구 프로젝트를 진행중”이라고 밝혔다. 현재 사용하는 1단 엔진인 벌컨 엔진은 2만7000초 이상 연소시험을 한 신뢰성이 뛰어난 엔진이지만, 차세대 엔진으로 재활용 엔진을 연구중이다. 1단을 통째로 재활용하는 것과 비교해 장단점이 모두 있다. 엔진은 1단 전체 비용 가운데 3분의 2를 차지하기 대문에, 엔진만 재활용해도 1단 복구 비용이 크게 줄어든다. 하지만 재활용이 바로 아리안 6에 적용될 가능성은 낮다.  섀즈 연구원은 “엔지니어로서 재활용이라는 아이디어가 무척 매력적이라고 생각한다”면서도 “하지만 그것이 사업적으로도 이점이 있는지는 좀더 연구가 필요하다”며 신중한 태도를 보였다.

 

아리안 6의 구조. - 사진 제공 위키미디어
아리안 6의 구조. - 사진 제공 위키미디어

앞으로 수요가 급증할 것으로 예측되는 소형탑재체 시장을 염두에 둔 포석도 보인다. 점점 다양해지고 있는 ‘고객’의 입장을 만족시키기 위해서다. 루스 파브레게테스 아리안스페이스 부회장은 “최근 위성 주문이 줄어드는 추세이므로 이런 전환기를 어떡헤 극복할지에 큰 신경을 쓰고 있다’고 말했다. 그는 기자와 만나 “아리안 6에는 큐브샛 등 작은 위성을 올릴 수 있는 구조를 갖고 있다”며 “소형 탑재체 시장에 대해서도 신경을 쓰고 있다”고 말했다.

 

섀즈 연구원은 “재점화가 가능한 빈시 엔진은 큰 메인 탑재체를 올린 뒤 다시 궤도를 바꿔 소형 위성을 올릴 수 있게 해 준다”며 “아리안 5가 보여준 높은 신뢰성으로 복합적인 임무를 해낼 것”이라고 말했다.

 

브레멘=윤신영 동아사이언스 기자

 

독일 브레멘에서 1~5일 개최된 국제우주대회(IAC)에서 유럽우주국장, 아리안그룹 회장, 아리안스페이스 부사장 등 유럽 발사체 분야의 리더들이 미래 발사체의 방향에 대해 논의하고 있다. 이들은 공통적으로 ′시장′에 맞춰 발사체 기업과 우주기구도 변해야 한다고 말했다. - 독일 브레멘=윤신영 기자
독일 브레멘에서 1~5일 개최된 국제우주대회(IAC)에서 유럽우주국장, 아리안그룹 회장, 아리안스페이스 부사장 등 유럽 발사체 분야의 리더들이 미래 발사체의 방향에 대해 논의하고 있다. 이들은 공통적으로 '시장'에 맞춰 발사체 기업과 우주기구도 변해야 한다고 말했다. - 독일 브레멘=윤신영 기자
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