벤처기업스페이스엑스의성공비결그리고우리에게의시사점
벤처기업스페이스엑스의성공비결그리고우리에게의시사점 지난해 12월 3일, 전세계우주산업계는미국플로리다주의케이프커내버럴우주센터를주목했다. 이곳에서는우주벤처기업스페이스엑스 (SpaceX) 사가자체개발한 팰컨 (Falcon)9 로켓이위성통신회사의상업위성을싣고우주로발사됐다 (< 그림 1>). 로켓은성공적으로발사됐고, 33분후목표로한전이궤도에성공적으로안착시켰다. 민간회사가자체개발한로켓으로, 정지궤도상업용위성을처음으로쏘아올리는데성공한것이다. [1][2] 더욱놀라운사실은이신생회사가 12월발사후 1달만인올해 1월 6일에다시정지궤도위성 THAICOM6를성공적으로궤도에올렸다는것이다 (< 그림 2>). [3][4] 발사이력이많은기존대기업들도 1달만의다음발사가쉽지않은데다대부분의사람들이휴가를즐기는연말연시기간에발사를준비하고성공적으로수행해모두를놀라게했으며, 이를지켜본전세계우주업계를큰충격에빠뜨렸다 (< 그림 3-6>). 팰컨9 로켓이조만간발사체업계의판도는물론세계우주개발패러다임을뒤바꾸게될것이라는사실을본능적으로예감했기때문이다. 더욱이 TAICOM6 발사는팰컨9의 8번째의성공적인로켓발사였다는점이다. 이미팰컨9 버전 1.0으로 5회, 버전 1.1로 3회발사를연속으로성공시킨것이다. [5] 하지만앞선이들발사임무는시험용이거나우주정거장화물운송이었고, 정지궤도위성을연달아성공적으로궤도에올린것은이번이처음이었다. [6] < 1> 9 7 (2013 12 3 ) : < 2> 9 8 (2014 1 6 ) : - 2 -
< 3> 4 (2013 8 28 ) : ULA < 4> V (2013 9 18 ) : ULA < 5> 5 72 (2014 2 6 ) : < 6> 5 73 (2014 3 22 ) : 스페이스엑스는창업한지 10년을겨우넘긴우주벤처기업이다. 그들의우주개발도전을무모한발상으로바라보는시선이많았다. 은근히 실패 를바라는사람도적지않았을것이다. 그런데이런신생우주벤처가자신들이자체개발한로켓을앞세워상업우주발사서비스시장에서가장큰규모를자랑하는정지궤도위성발사에당당히첫발을들여놓은것이 - 3 -
다. 고가의로켓으로애초에발사서비스상업화에실패한일본은열외로하더라도스페이스엑스의실패를예상했던 ( 혹은기대했던 ) 미국의보잉과록히드마틴, 유럽의아리안스페이스, 그리고러시아발사체회사들은큰혼란에빠졌다. [7][8][9][10] 아리안스페이스는스페이스엑스의팰컨9 로켓이위성발사에성공하자곧바로위성발사비용의 바겐세일 에들어갔다. 위성발사는물론우주개발시장의주도권을뺏길수있다는위기감이곧바로반영된조치였다. 우주개발은국가의전폭적인지원을받아도성공하기어려운분야다. 천문학적인예산이투입되어야하고장기간의연구개발과투자가필요하기때문이다. 그런데어떻게창업한지 10년에불과한신생벤처기업이, 믿기힘든짧은기간에, 그것도초저비용으로로켓개발과위성발사에성공할수있었을까? 스페이스엑스의성공기는본격적인우주개발시장에도전장을던진우리나라에시사하는바가적지않다. 따라서그들의성공담을부러운눈으로바라만볼것이아니라우주개발후발주자인우리나라가배워야할점을집중분석해볼필요가있다. I. 스페이스엑스의성공요인 1 : 자기동기부여로충만한엔진기술자탐뮐러 스페이스엑스하면가장먼저떠오르는인물은당연히창업자엘론머스크다. 하지만필 자는엘론머스크보다팰컨로켓용엔진 멀린 (Merlin) 을개발한탐뮐러에주목한다 (< 그 림 7>). 그리고그가스페이스엑스 제 1 의성공요인 이라고감히단언한다. 탐뮐러는퇴근후나주말에자비를들여동호인들과로켓엔진을만들었던로켓마니아였다. 동시에난관에봉착하면밤을새워서라도문제를해결해야직성이풀리는야심만만한엔지니어였다. 로켓개발에대한자기동기부여가충만했던뮐러가우주개발의야심찬꿈을갖고있던열정적인머스크를만나면서무서운시너지효과를발휘하게된것이다. 뮐러 - 4 -
에게는스페이스엑스에서로켓개발을하는것이자신의꿈을실현하는일이었다. 그것이바로때로는 1주일에 100시간이상일하면서도즐거울수있었던이유였다. 뮐러는미국아이다호에서벌목트럭운전기사의아들로태어났다. 어린시절에는미국의많은아이들처럼 Estes 모형로켓을만들고날리다가사고를치기도했다. 그는어려운가정형편때문에학비가싼가까운아이다호대학에서기계공학을전공하게되었다. 방학이되면학비를벌기위해벌목공으로일을했다. 이시절에뮐러는벌목기계나아버지의트럭을수리하면서금속의절단, 가공, 용접에능숙하게되었고이런능력이후에자기집작업실에서도엔진을만들엄두를내게했을것이다. 로욜라마운틴대학에서석사과정까지마친뮐러는주변의여러회사에서채용제안을받는다. 미국최고유명기업인 HP 하드디스크사업부에서온제안마저도 내가하드디스크나만들면서인생을보낼수는없다 며거절한후무작정짐을싸서캘리포니아로항공우주관련일을찾아나섰다. 아버지는아들이벌목일을계속해주길바랐지만그의마음속에는오래전부터 로켓엔지니어 라는꿈이자리잡고있었기때문이다. [11] 그는결국유명항공우주업체인 TRW에입사해로켓추진관련일을맡게된다. 그곳에서뮐러는아폴로우주선의달착륙에도사용된 핀틀인젝터 기술을활용한새로운액체수소엔진개발에참여했다. 그러나로켓엔지니어의꿈은이뤘지만이미시스템화된회사에서개인의아이디어를자유롭게발산하고, 넘치는창의성을발휘하는데는한계가있었다. 그의꿈은이미 TRW 너머를향하고있었던것이다. [12] 뮐러는퇴근후면자신의차고에서본인이직접설계한로켓엔진을만들기시작했다 (< 그림 8>). 또주말이면로켓마니아민간클럽인 RRS(Reaction Research Society) 멤버들과함께모하비사막으로향했다. 참고로 RRS는 1943년에만들어진미국에서가장오래된민간로켓기술동호회로모하비사막에자체소형로켓시험및발사시설까지가지고있다 (< 그림 9>). 그곳에서자신들이만든로켓을실험하고조립하면서실제로켓발사를 모의 하기도했다. - 5 -
그런데이들이모하비사막에서직접만든로켓을실험하고있다는소문이머스크의귀에들어갔다. 마침우주를향한남다른꿈을키우고있던머스크는뮐러를찾아갔다. 처음만난자리에서머스크는뮐러에게이렇게묻는다. 좀더큰놈도만들수있겠소? 우주개발의새로운역사는이렇게시작됐다. [13] 뮐러는자체로켓개발에도전장을던진세계최초의우주벤처기업스페이스엑스의창업멤버가된다. 머스크가처음뮐러를찾아갔을때감탄사를아끼지않았던로켓엔진은추진력 6톤짜리였다. [14] 현재한국항공우주연구원이한국형발사체 3단용으로개발중인엔진이 7톤임을감안하면개인취미로만든로켓엔진치고는엄청난수준이다. 일부자료에따르면뮐러가만든이엔진은아마추어가만든최고추력의로켓엔진이라고한다. ( 물론우주발사체가되기위해서는훨씬큰엔진이필요하다. 실제한국형발사체 1단에는 75톤엔진 4기가장착된다. [15] 참고로아폴로우주선의경우 1단에만추진력 800톤급로켓엔진이 5 기나장착됐다 (< 그림 10>). [16][17] ) - 6 -
이런뮐러의열정에머스크의파격적인지원이더해지면서로켓개발속도는날개를달았다. 2002년 6월에캘리포니아에서스페이스엑스가설립되었는데, 2003년 3월텍사스주맥그리거시험장에서최초로만든멀린엔진을테스트하기시작하였다. 창립 9개월만에소수의엔지니어들이모여신형로켓엔진을설계하고제작하여시험에들어갔으니이들의기술적능력은말할것도없고그일에대한열정이정말놀랍다. 곧이어팰콘1 로켓 2단에사용한케스트렐엔진도연달아시험했다니우리나라의 빨리빨리 를무색하게하는속도다. 아마, 먹고자는시간외에는일만하지않았을까생각된다. 이들은 2003년 12월에는엔진을장착한실물동체를캘리포니아에서부터워싱턴까지대륙을횡단하여실어나른후미국연방항공청 (Federal Aviation Administration, FAA) 빌딩앞에세워놓고대대적인홍보세리모니를벌이기도했다. 소소한실패를거듭하면서도 2005년 1월에는멀린엔진이완성되고 4월에는팰콘1 제 1호기가완성되었다. 곧이어서 1호기로반덴버그공군발사대에서점화시험도했다. 그러나공군의타이탄4 발사스케줄때문에팰콘1의발사가여의치않자스페이스엑스는완성된팰컨1을발사장이있는남태평양마샬군도로옮겨발사준비를했다. 몇번의연기끝에 2006년초마침내팰컨1이발사됐다. [18] 일반적으로로켓개발초기에는발사실패를겪게되는것처럼스페이스엑스역시첫번째발사는실패였다. 터보펌프의조그만알루미늄너트에서균열이발생하면서폭발한것이다. [19] 이후에도이런저런이유로두번이나실패의쓴맛을보게된다. 그리고 2008년 9월, 드디어네번째발사에서성공을거둔다 (< 그림 11>). [20] 로켓개발에착수한지채 6년도안된시점이었다. 어느국가도이루지못한초단기간의로켓개발성공인셈이다. 탐뮐러라는자기일에헌신적이면서자기동기부여가확실한사람이없었다면이루기힘든일이었다. - 7 -
스페이스엑스는로켓개발에더욱속도를냈다. 2009년에는비교적작은 180kg급위성의궤도진입을성공시켰고, 이러한성공에힘입어팰컨1 발사체개발을종료하고본격적인발사체인팰컨9 개발에착수했다. [21] 팰컨9은 4~5톤무게의정지궤도위성을궤도에올릴수있는수준이었으니그야말로눈이어지러울정도의빠른개발속도였다. [22][23] 물론이러한성공에는세차례의팰컨1 발사실패가 특효약 이됐다. 로켓 1단으로 멀린 1C형 엔진을 9개묶고, 2단은 1개의멀린엔진을사용하는팰컨9은다섯차례에걸친발사에모두성공한다. 그리고우주정거장에성공적으로화물을수송하고미우주항공국 (NASA) 으로부터거액의화물수송료를받으면서스페이스엑스의재정은단번에흑자로돌아선다. 그러나뮐러는여기에만족하지않고, 성능이더욱강력해진 멀린 1D 엔진개발에매진하여세계최고효율의엔진개발에성공한다 (< 그림 12>). - 8 -
엔진의효율성은여러면으로볼수있지만가장효율적인설계는무게대비추력이라고볼수있다. 멀린 1D 엔진은무게비추력이 150으로기존에최고효율을자랑하던러시아산 NK33의 130이라는수치를간단히뛰어넘은것이다. 항공우주시스템설계개발시에무게를줄이는것이얼마나어렵고고통스러운일인지아는사람들에게는경이로운일로보여지고있다. 새로이성능이향상된이엔진 9개를묶은팰컨9 버전 1.1로 2013년말과 2014년초에한달간격으로정지궤도상업위성발사에성공하면서경쟁업체들을초긴장상태로몰아넣고있는것이다. 올해는 27개의멀린엔진을 9개씩모듈로묶은 팰컨헤비 의발사를준비하고있다 (< 그림 13>). 팰컨헤비는 15톤무게의정지궤도위성을궤도에올릴수있는수준이다. [24] 궁극적인목표는팰컨헤비의신뢰도를향상시켜머스크의꿈인 인류의화성착륙 에사용하는것이다. 스페이스엑스는이미세계최초의민간로켓개발업체라는명예를얻었다. 이제팰컨헤비발사에성공하게되면스페이스엑스는아폴로를발사한새턴5 이후미국에서개발한최대성능의발사체개발업체라는새로운명예를얻게될것이다. 탐뮐러팀은궁극적인화성탐사등심우주탐사에대비해서더큰엔진들도개발하고있다. 스페이스엑스가진행하고있는또하나의프로그램인유 무인용우주선드래곤의제어에사용할드라코추력기, 발사실패시드래곤탑승객을안전하게내려놓을수퍼드라코, 그리고멀린1 엔진의차세대제품인랩터엔진등이언급되고있다 (< 그림 14>). 랩터는초기에액체수소엔진으로알려졌으나지금은액체메탄과액체산소의조합으로결정되었으며멀린1D의 4배수준의추력인 300톤급이될것으로예상되고있다. 가히화성거주지건설을위한꿈들이착착진행되고있어보인다. 뮐러는말한다. 로켓개발은정말힘든일입니다. 엄청난스트레스속에서밤낮없이일에매달려야되고실패했을때의그절망감은이루말할수없지요. 그러나성공했을때의 - 9 -
성취감은그동안견딘어려움을충분히상쇄하고도남습니다. 이러한성취감은 TRW 와같 은큰조직에서는도저히맛볼수없는것이지요. - 10 -
II. 스페이스엑스성공요인 2 : 세상을변화시키려는꿈을가진 CEO 엘론머스크 우리가주목해야할또한사람은스페이스엑스의창업자인엘론머스크다. 그는이미고등학교시절, 자신의꿈을 세상을변화시키는일을하자 로정했다. 이를실현하기위해필요한기술로첫째인터넷기술, 둘째대체에너지기술, 셋째로우주탐사기술을꼽았다고한다. 그리고그는실제로이꿈을하나씩실현해나갔다. 태생적모험가 이기도했던청년머스크는그는통장잔고가 200달러에불과했지만인터넷사업을시작한다. 자동차한대와컴퓨터한대로사업을시작한그가처음세운기업은 ZIP2 이다. 그는이회사를팔아남은수익금으로엑스닷컴 (X.com) 을세우고, 인수합병으로 페이팔 (PayPal) 을세웠다 (< 그림 15>). 페이팔은거금에팔렸다. 어느새억만장자의반열에오른머스크는이때부터 화성에거주지를건설하겠다 는자신의꿈을실현시킬회사를만들게되는데그것이바로 2002년에설립한우주벤처기업스페이스엑스다. 또이듬해인 2003년에는전기자동차회사인테슬라에공동투자하며설립에참여한다 (< 그림 16>). [25] 2006년에는대체에너지로세상을바꾸려는뜻으로태양광발전기를가정에설치해주는사업체인 SolarCity의창립에도참여했고현재는회장으로있다. [26] 원래머스크는로켓을개발할생각까지는없었다. 그러나우주탐사에필요한발사체로러시아발사체를염두에두고직접방문해보니일반인이우주탐사를하기위해서는발사비용이너무비쌌던것이다. 머스크는직접로켓을개발하겠다는구상을하게된다. 로켓개발비용에끼어있는군살을제거하고혁신적인설계를통해발사비용을 10분의 1로낮추겠다는목표를세웠다. 그의구상은파격적이었지만실현불가능한것은아니었다. 우선개발비용이적게들고실패위험이낮은작은추력의엔진을만들고이것을여러개로묶는클러스터링기술을통해대형로켓을구현한다는것이었다. 이렇게되면많은엔진이필요하게되고, 지금과같은소품종소량생산이아니라소품종대량생산이가능해당연히가격도낮아질것이라는생각이었다. 그의아이디어는현실화되어 2010년부터여덟차례연속팰컨9 발사에성공하면서세계를깜짝놀라게한다. 1971년남아프리카공화국에서태어난머스크는어릴때부터과학기술에큰흥미를보였 - 11 -
다. 당시에보급되기시작한 PC를가지고독학으로프로그램을만들었고, 중학교시절이미컴퓨터수업시간에선생님보다뛰어난실력을보였다. 또 12살에비디오게임을만들어팔기도하는등어린시절부터기업가의자질을발휘하기시작했다. 머스크는그때부터미국이야말로자신의꿈을달성할수있는곳이라고생각했다. 그리고 17살때어머니의노력으로이민이쉬운캐나다로국적을바꾼다. 당시남아공에서는성년이되면의무적으로군복무를해야했다. 군인의주된임무였던흑인탄압역할이나수행하면서세월을보낼수는없다는생각도캐나다이민을서두른이유였다. 머스크는캐나다퀸즈대학과펜실바니아대학에서경영학과물리학두분야의석사학위를받는다. 이후스탠포드대학물리학과박사과정에입학했지만이틀만에포기하고사업의길에나선다. 그가박사과정을포기한이유가 세상을바꿀정도의일은스탠포드대학에서없을것 이라는확신을얻었기때문이라니타고난모험가임에는틀림없어보인다. [27] ZIP2와페이팔을성공시켜얻은 2억달러의돈을쥐고머스크는다음꿈인우주탐사사업에나선다. 아예회사이름을 우주탐사 (Space exploration, 스페이스엑스 ) 라고명명하고민간우주사업을주요아이템으로정했다. 그리고일반인들이우주비행을하기위해서는값비싼발사비용이가장큰장애물이라는사실을간파한그는뮐러를설득해저렴한가격의로켓개발에착수한다 (< 그림 17>). - 12 -
하지만아무리모험심강한벤처기업가라고하지만그가투입할수있는돈에는한계가있었다. 그는자신의전재산가운데절반인 1억달러를투자하기로하고, 이돈을모두쓸때까지성공하지못하면사업을접겠다고마음먹는다. 새로운로켓을개발하려면보통수십억달러의개발비와십수년의시간이소요된다. 1억달러의돈으로, 그것도단몇년의짧은시간안에새로운로켓을개발하고, 실제상업발사를한다는것은누가봐도 무모한도전 이었다. 어쩌면머스크가로켓개발로돈을벌기가얼마나험난한길인지몰랐기때문에가능한일이었는지도모른다. 때는 2008년 8월, 두번의실패를겪은후세번째발사를앞두고있었다. 지난몇년간주당 70~80시간씩일하며로켓개발에매달려온스페이스엑스의직원들은기도하는심정으로발사장에서전송되는비디오화면을통해발사장면을지켜봤다. 1단연소는성공이었다. 그러나 2단분리, 2단점화부터화면이끊겼다. 알수없는이유로 1단과 2단로켓이충돌한것이다. 350여명의직원들은숨을죽인채다시영상이나오기를기다렸다. 만약실패로결론이나면회사는문을연지 6년만에문을닫아야한다. 모두실직자신세가되는것은물론이다. 이때침통한얼굴의머스크가나타나직원들에게이렇게연설하였다. 여러분모두받아들이기힘들겠지만오늘발사는실패했습니다. 하지만로켓개발이라는일이늘이렇습니다. 그러나오늘우리는적어도 1단로켓은제대로비행했다는것을확인했습니다. 현재로켓을보유한 6~7개국가도처음에는모두실패를경험했죠. 마침엔젤투자가최근이루어져두번더발사할수있는자금을확보했습니다. 그리고마지막으로외쳤다. 저는절대로포기하지않습니다. 절대로! 이감동적인연설로스페이스엑스직원들은다시고난의행군을기꺼이감수한다. 그리고드디어 4차, 5차팰컨1 발사에연속성공하고 2010년 6월에는로켓개발 8년만에 1단추력 500톤의로켓을개발한다 (< 그림 18>). 우주개발역사를새로쓴것이다. < - 13 -
팰컨9의성공은여러가지측면에서획기적이었다. 우선개발비용이대폭축소됐고, 개발기간도획기적으로줄었다. NASA는팰컨9 수준의로켓을개발하기위해서는최소한 36억달러가필요하다고예측했다. 그런데머스크는단돈 (?) 3억여달러에보란듯이개발에성공했다. 2013년 12월에이어지난 1월스페이스엑스는태국위성을정지궤도에안착시켰다. [28] 8차례나연속해서팰컨9 발사에성공한것이다. 스페이스엑스는위성발사비용을홈페이지에공개한다. 전세계어떤로켓보다가격경쟁에서우위에있다는자신감의표출이다. 또당초목표로했던저렴하면서도안전한로켓을개발하는데성공했다는사실을대내외에알리기위한것이다. 그렇다면이처럼스페이스엑스가발사비용을낮출수있었던요인은무엇일까? 먼저특별제작된비싼부품을거의쓰지않고 80퍼센트이상의부품을자체공장에서제작한다. 그리고본사의설계실과제작공장을하나로연결해설계자와제작자들이서로긴밀히협력할수있는환경을조성했다. 설계가변경되더라도빠른시간내에제작과정에반영할수있고, 가공기술자의의견이즉시설계자에게전달되어제품을쉽게구현할수있도록했다. 이와함께엔진의대량생산을위해공장의제작책임자는항공우주분야가아닌자동차회사출신을기용했다. 그러나모든일에는좋은면만있을수는없는일. 스티브잡스가그랬던것처럼 40대초반에인생의꿈을다이룬것처럼보이는머스크도정작본인은자신에대해더잘할수있는데하면서자신을채찍질한다고한다. 그러다보니보통사람들인주변사람들의일하는것이마음에들지않을때가많으리라. 그래서머스크와일해본사람은머스크와함께일하려면항상 불편하게 (discomfort) 구는것을감수해야한다고조언한다. [29] 성공이후에반갑지않은소식도들린다. 최근연속적으로팰컨9 발사에성공하면서전세계로부터발사의뢰가쇄도하자발사비용을올리고있다는것이다. 가격을올려도다른업체에비하면발사비용이 30~50% 수준이라는것이스페이스엑스의설명이지만당초 10% 대까지발사비용을낮추겠다고공표한것을생각하면아쉬운일이다. 초심을지키는일은누구에게나어려운모양이다. III. 성공요인 3 : 미국의도전적인벤처풍토, 넓은발사체기술저변, 거대군 수업체들의과점과나사의개발정책변화 1. 머스크는고교시절이미 미국에가서꿈을펼치자 고마음을먹었다. 그리고미국에서사업을시작했고성공했다. 실제스페이스엑스의대성공은독특한미국의기업풍토가있었기때문에가능했다. 미국의대기업들은신생벤처기업이라고하더라도미래가능성을보고대규모투자를한다. 이렇게투자를받아창업한벤처기업들은곧바로거액에회사를팔아다시과감하게새로운분야에투자한다. 아이디어로돈을벌고, 다시이돈으로새로운아이디어를찾는 선순환구조 가안착되어있는환경이다. 벤처회사를만들어초기에운영이잘되더라도경쟁기업수준으로회사를키우는데힘을쏟다보면어느새벤처회사를설립할당시의꿈은사라지고도전적인새로운분야에투자할여력도점차줄어들수밖에없다. 미국은이같은한계를극복할수있는기업환경이조성되어있는것이다. - 14 -
머스크는미국의이러한기업환경을최대한활용했다. 머스크가세상을변화시키겠다는꿈이있었고, 또그꿈을실현시킬엔지니어를만났지만, 만약이러한환경이조성되어있지않았다면로켓개발과같은거액의비용이드는일은아예시작조차못했을것이다. 그는앞에서언급한대로스페이스엑스설립이후전기자동차업체인테슬라를창업했고, 태양전지설치회사 솔라시티 (SolarCity) 에도투자를했다 (< 그림 19>). [30] 2008년금융위기때에는추가투자를통해파산에몰린테슬라를살리면서경영권을확보했다. 현재테슬라는가벼운알루미늄차체설계기술을스페이스엑스로켓동체의경량설계에서배우고있다. 스페이스엑스는저렴한대량생산기술을테슬라로부터벤치마킹하는등기술적인시너지효과도누리고있다. 스페이스엑스는이러한기반을바탕으로 2008년말 NASA와우주정거장화물운반계약을체결하게된다. [31] 결국스페이스엑스는흑자로돌아섰고, 머스크는미래의우주와육상교통수단을개발하고있는선두주자로서연예인에버금가는유명한사업가가되었다. 물론미국에서우주산업에투자하는기업가는머스크뿐만이아니다. 한때 IT 열풍이불면서많은돈을번 IT기업가들이우주벤처기업에많은관심을보이고있다. [32] 대표적인인물이아마존의베조스다. 그는머스크보다앞선 2000년에우주관광을꿈꾸며재사용이가능한발사체를개발하는 블루오리진 을창립했다. [33][34] 이회사는 NASA가진행중인유인우주탐사 CCDev(Commercial Crew Development) 에스페이스엑스와함께참여하고있다. 또관광용우주선발사를위한발사장으로아폴로가이륙했던역사적인케네디우주발사장사용권을두고경쟁하고있다. 마이크로소프트공동창업자인폴앨런도 스페이스십 2 개발에투자하고있다 (< 그림 20>). [35] 그는 버진갤럭틱사 의리차드브랜슨과준궤도우주관광사업을준비중이다 (< 그림 21>). [36] 구글의에릭슈미트, 래리페이지와영화감독제임스카메론등은소행성탐사후원광석을캐오는비즈니스에관심을쏟고있다. [37] - 15 -
2. 이처럼여러벤처회사들이우주기술로돈을벌겠다고과감히나설수있는것은미국내우주기술의저변이그만큼넓게퍼져있기때문이다. 스페이스엑스가그짧은시간에저렴한로켓개발에성공할수있었던것도이렇게좋은토양을자양분으로삼았기때문이다. 1940 년대에시작된미국의로켓기술은 1969년아폴로달착륙을이루면서엄청난발전을이루 - 16 -
었다 (< 그림 22, 23>). 일부전문가들은현재의로켓기술보다당시의기술수준이부분적으로는더앞섰다는평가를내놓기도한다. 어찌보면당시의우주기술은세상에없던기술이었다. 그런상황에서당시케네디대통령은야심찬우주도전을천명했고, 10년도안되는기간에엄청난국력을집중적으로쏟아부어달착륙프로그램을성공으로이끌었다. 그리고이때개발된많은기술들이스핀오프되어다양한산업분야에활용되고있으며, 이후의우주기술개발에밑거름이되고있다. - 17 -
대표적인사례가 핀틀인젝터 기술이다. 인젝터는로켓연료와산화제를적절히뿜어주어잘탈수있게해주는액체로켓엔진핵심부품이다. 자그마한분무노즐수백개를사용하는기존의인젝터는가공비가많이들고제작도어려운반면에핀틀인젝터는한개의큰동심형인젝터를사용해비교적형상이단순하고연소안정성도좋으며제작가격도싸다는것을스페이스엑스의멀린엔진이실증해주고있다. 핀틀인젝터는 1950년대나사 JPL(Jet Propulsion Laboratory) 에서연구되기시작해아폴로프로그램에서사용되기도했으며, TRW에서지속적으로연구개발해왔던분야다. [38] TRW 재직당시뮐러는핀틀인젝터를사용하는 300톤추력의액체수소엔진 TR106 개발에참여하고있었다. [39] 인젝터는연소기의위쪽부분에서연료와산화제를분사해주는역할을한다. 인젝터설계의가장어려운점은연소불안정성을피하는것인데, 핀틀인젝터는연소불안전현상이거의없으며단순한설계형상이라제작비가저렴하다. 뮐러는멀린엔진에이기술을적용하면서연소기시스템을짧은기간에저렴한비용으로제작할수있었다 (< 그림 24>). < 24> 뮐러는또한엔진의심장부라할수있는터보펌프는큰개발비를들이지않고바버-니콜스라는고성능펌프제작전문업체로부터사들였다 (< 그림 25>). [40] 이회사는 TR106 엔진의터보펌프를공급하던회사였다. 이런이유로한때 TRW로부터지적재산권도용논쟁에휘말리기도했지만결과적으로스페이스엑스는미국에넓게퍼져있는풍부한로켓관련기술을이용해자체적으로엔진을개발할수있었다. 상황이이렇다보니기존업체의발사체개발비나발사비용고가정책때문에어려움을겪고있던 NASA에게스페이스엑스가유력한대안업체로부상한것은어쩌면당연한일이다. - 18 -
< 25> : - 3. 미국의기존항공우주방위산업체들은일종의카르텔을형성하고있다. 이들은대부분개발비용과이윤을보장받는 개발비용플러스알파 라는형태로계약을체결한다. 이러한방식은개발기간이늘어나고개발비용이엄청나게불어나는데도어쩔수없이해당업체의이윤을보장해줘야하기때문에발주기관으로서는곤혹스러운제도일수밖에없다. 국방부와달리 NASA는연구개발비가점점줄어들면서 스페이스셔틀 의퇴역후에는우주공간에사람을보낼수있는수단이없어졌다 (< 그림 26>). 급기야러시아의소유즈로켓에매달릴수밖에없는처지로내몰리기도했다. [41] 게다가정권이바뀔때마다우주탐사목표가이리저리바뀌기도했다. 화성유인탐사를목표로하다가또소행성탐사를주요목표로정하기도한다. 이러니제대로된장기적우주개발계획은언감생심이었다. 화성착륙을목표로 NASA가개발중인발사체 SLS(Space Launch System) 의경우개발비가계속증가해이제는 1년 NASA 예산의 30% 를차지할정도로비용이증가할것이라는예상도있다. [42] 이것은어쩌면미국방위산업체의관행적인습관때문인지도모른다. 역사와전통을자랑하는 아틀라스 V 로켓도최근에는자체개발한엔진이아니라러시아 에네르고마쉬 ( 우리의나로호 1단엔진도이회사제품인 RD-191이다. [43] ) 의 RD-180 을 100억원정도의가격에수입해서쓰고있다 (< 그림 27>). [44] 그런데최근에는미국이이엔진을장착한로켓을군용목적에사용한다는이유로러시아정부가수출을금지할것이라는보도도나오고있다. [45][46][47] 록히드마틴사로서는곤혹스러운일이아닐수없다. 실제수출금지로이어지게되면아틀라스발사서비스는접어야할상황이다. - 19 -
결국우주개발의새로운환경변화는스페이스엑스를다시주목하게만들고있다. 스페이 스엑스가올해팰컨헤비발사에성공하면어차피보잉의 델타 로켓도사업을접어야할 - 20 -
지모른다. 이렇게스페이스엑스의사업모델은 꽃놀이패 양상으로가고있다. 이런상황을반영하듯최근스페이스엑스의사원모집공고에는자신감이잔뜩담겨있다. 스페이스엑스는특공대 (Special Forces) 와같다. 우리는사람들이불가능하다고생각하는임무를수행한다. 우리는말도안될정도로야심적인목표를가지고있다. 하지만우리스페이스엑스는인류의미래에믿기힘든변화를가져다줄충분한잠재력이있다. 불가능해보이고또미쳤다고할정도의도전적인프로젝트를빡빡한스케줄하에서능동적으로추구하는일을두려워하지않는다면스페이스엑스특공대의일원 (to be part of the SpaceX Legacy) 이될자격이있다. [48] IV. 우리의발사체개발현황과달탐사계획 이제우리의발사체개발을살펴보도록하자. 선진국들은다시뜀박질을시작하는데걸음마단계인우리는조만간닥쳐올우주산업화시대를앞두고어떤대비를하고있는가? 1인당소득 4~5만달러로선진국진입을꿈꾸고있는대한민국이수천억달러의시장으로개화 ( 開花 ) 할우주산업의주역이될초석을잘다지고있는가? 2조원이라는거금을들여발사체개발사업을하고있는데, 개발이끝나면국제무대에서어떤역할을할수있는지, 미래계획은무엇인지살펴봐야할시점이다. [49] 특히 2020년에는달탐사계획도잡혀있는데우리의기술로과연실현가능한지등의의문사항도함께짚어보도록하자. [50] 1. 우리나라는나로호개발사업을통해연구인력과발사장인프라를어느정도갖추게됐다. 시험시설과우주산업체인프라는한국형발사체개발사업을통해확보할수있을것이다. 한국형발사체개발은 2010년시작되어올해로개발 5년째를맞았다. 초기에는나로호발사실패로예산과인력이본격적으로투입되지않아더디게진행되다가 2012년부터본격적으로속도를내고있다. 올해 75톤, 7톤엔진등의설계를필두로 4,400억원이라는많은비용이드는시험시설인프라구축이대대적으로진행되고있다. 올해 4월경에있을터보펌프시험시설의완공을시작으로 5월에는연소기시험시설이완공되는등나로우주센터와한국항공우주연구원에 10개의시험시설들이줄줄이들어선다 (< 그림 28-34>,< 표 1> ). [51] < 28> < 29> - 21 -
< 30> 3 < 31> < 32> < 33> < 34> - 22 -
< 1> ( ) 한국형발사체는 1단에 75톤엔진 4기, 2단에는고공용 75톤엔진 1기, 3단에 7톤엔진 1기등총 6기의엔진을장착해 700km 태양동기궤도에 1.5톤무게의위성을투입할수있는위성발사용로켓이다. [52] 1단과 2단로켓을사용해적절한궤도에이른후비교적소형인 3단의 7톤엔진으로정밀조정해고도 700km 전후의태양동기궤도에정확히올릴수있다. 가장중요한핵심개발품은 75톤과 7톤엔진이다 (< 그림 35~37>). 이두종류의엔진을자력으로개발할수있느냐에사업의성패가달려있다. - 23 -
이와관련해지난 2 월, 한국항공우주연구원연소시험시설에서작지만의미있는시험결 과가나왔다. 7 톤엔진의상단부인젝터와연소실의연소시험에서우리엔지니어들이설계 - 24 -
당시예측한수치를약간상회하는연소시험결과가나온것이다 (< 그림 38-40>). 엔진의초기연소시험으로서는매우고무적인결과다. 나로호가러시아로부터 1단로켓을도입하는등로켓선진국과의공동개발임에도불구하고두번이나실패했는데, 과연독자적인발사체개발이가능하겠냐는지적도있다. 그리고이러한비난섞인주변의시선에해당연구원들의사기가다소떨어졌다는사실도부정할수없다. 이런상황에서의미있는연소시험결과는우리의능력에자신감을갖게하는긍정적인요인이됐다. 75톤엔진도이미초기설계를끝내고시험시설완공을기다리고있다. 오는 4월나로우주센터의시험시설이마무리되면 5월부터는 75톤연소기시험결과도국민에게공개할수있을것으로보인다. 이러한시험을시작으로 2020년발사시험까지오랜기간에걸쳐각종시험을통해이미개발된각부분품의신뢰성을확보하는과정을거치게된다 (< 그림 41-46>). 지금부터 2020년까지의개발과정은그야말로지루한시험의연속인셈이다. 올연말엔진시험시설이완공되면내년초부터는 75톤엔진, 7톤엔진의본격적인시험이진행된다. 2017년에는 75톤엔진하나를 1단으로장착한축소형 2단발사체의시험발사를거쳐단분리, 페어링분리등의중요한시험도수행하게된다. 이어 2018년부터각각의단별시험을거쳐신뢰성을확보하게되면 2019년후반부에는한국형발사체를시험발사할수있다. < 38> 7 (230 ) - 25 -
< 39> 7 (230 ).. < 40> (230 ) 5 69.5 bar, 2.46, 4.14t - 26 -
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3. 발사체개발기술은아직도완전하지않아실패가상존하는분야지만, 기술자체는이미오랜역사를거치며검증된기술이라할수있다. 1940년대초나치의 V2 로켓이이미산화제로초저온의액체산소를사용했다 (< 그림 47, 48>). [53][54] 또지금도어려워하는초저온의액체산소를연료와함께초고속으로끌어오기위해터보펌프를새롭게고안해사용했다. 로켓연소는그야말로준폭발, 혹은제어된폭발인만큼조금만잘못되어도실패하게된다. 당시로서는세상에없는기술로, 최첨단재료까지만들면서로켓이라는물건을탄생시킨것이다. - 28 -
이후미국과소련의우주경쟁으로로켓기술은급속도로발달했다. 지금으로부터 45년전인 1969년미국은달에착륙선을안착시켜인류의꿈을실현시키기에이르렀다. [55][56] 기술적으로가장놀라운일은아폴로의 새턴5 로켓이다. 1단에무려 5기의 800톤급엔진을붙였다는사실은지금기술로도쉽지않은일이다. [57][58] 이 괴물엔진 F-1은 1959년에이미연소시험을시작해 1963년에는발사체제작팀에처음납품을시작했다 (< 그림 49> ). [59] 그로부터 50년후인지금에도우리는 75톤엔진의개발에매달려있으니기술적차이가어느정도인지를짐작할수있다. - 29 -
하지만이런상황은오히려우리에게유리하다고할수있다. 초기로켓기술에관한중요한노하우들은극비문서로보관되어있었다. 브라운박사의학위논문은나치독일뿐만아니라미국에서도 60년대중반까지비밀로분류되어제한된사람들만볼수있었다. 그러나영원한비밀은없는법이다. 로켓관련기술정보들이 1940년대부터조금씩흘러나오기시작했다. 급기야 1949년에는관련교과서가등장하고, 지금은주요기술들이거의공개돼전세계대학에서관련기술을가르치고있다. [60] 우리나라의상당수엔지니어들도국내외대학에서배운로켓관련기술을실제설계에적용하고있다. 4.? 결국기술자체가아니라, 그기술을얼마나정확하게설계에적용하고, 정확하게제작할수있느냐가관건이다. 필자는이미세계적수준에도달한우리의자동차기술에주목해야한다고생각한다. [61][62] 여기에적용되는정밀기계가공기술을로켓엔진개발에접목하면선진국을충분히따라잡을수있다고본다. 이뿐만이아니다. 로켓에사용될첨단재료, 내열재료, 고강도경량리튬알루미늄합금등과관련해우리는수준높은기술을보유하고있다. 이러한국내기술수준에스페이스엑스와같은벤치마킹사례까지존재하고있다. 우리라고단기간내에적은비용으로우주선진국을따라잡지못할이유가없다. 실제시험과정을거치면서예상보다빨리신뢰성을확보하게되면현재계획된비교적보수적인시험횟수와일정을단축할수있을것이다. 따라서한국형발사체개발사업은스페이스엑스의경우만큼은아니더라도예상보다더빠른시간내에개발이완료되는대형연구개발사업이될수있다. 이과정에서절대잊지말아야할것은우리도스페이스엑스처럼로켓개발후양산가격인하를반드시이루어야한다는것이다. 물론미국과우리의환경이다른만큼스페이스엑스의수준으로낮추긴힘들겠지만가격경쟁력은우주기술의산업화를위한필요충분조건이다. 따라서지금부터제반부품의설계를되돌아보고양산과정에들어갔을때가격을낮출수있는제작공정을최대한도입해야한다. 스페이스엑스의궁극적인목표는팰컨9를재사용가능한로켓으로만들어 1기당 100억원까지가격을낮추는것이라는보고서도있다. [63] 우리의발사체는팰컨9이나팰컨헤비보다소형인만큼저궤도용발사체의현재발사가격인 300억원보다절반가량저렴한 150억원가량을목표로해야한다. [64][65][66] 가격경쟁력을갖춘발사체를개발하는일은결코쉬운일은아니지만우주산업화시대에반드시필요한경쟁력이다. 5. 달탐사계획은국내뿐아니라해외에서도비상한관심을갖고지켜보고있다. 우리의달탐사시계는 2020년으로맞춰져있다. [67][68] 탐사선은궤도선과착륙선으로이루어진다 (< 그림 50~54>). 달탐사는당연히한국형발사체의완성을전제로한다. 본격적인달탐사를남의나라발사체로하는국가는없다. 달탐사의핵심적인의미는기술확보와구현이다. 대표적인사례를우리는중국에서목격했다. 중국의창어달탐사선에자국민들이그토록열광한것은그들의기술력을세계에자랑했다는자부심때문이다. - 30 -
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우리의각각의달탐사선의무게는약 550kg정도로예상된다. [69] 한국형발사체가위성발사궤도보다낮은 300km의달전이궤도 (Lunar Transfer Orbit, LTO) 까지올려주면여기서부터달탐사선을달궤도까지보내줄킥모터가필요하다. 이는나로호 2단에사용된킥모터를개선해서사용하면된다. LTO까지는우리발사체가 3,000kg 정도까지올릴수있을것으로예상된다. 결국 2,400kg 정도의킥모터와달궤도까지가는데필요한장비를실을여유가있는셈이다. - 32 -
달로가는여정을어떻게설계할것인가도중요한데일단은우주탐사용궤도를설계할수있는 GMAT 이라는툴을사용하게될것이다. GMAT은 NASA 주도로참여국들의프로그래밍기술을통해개발되고있는국제소프트웨어개발과제인데우리도 2년전부터참여하고있다 (< 그림 55>). 이를통해다양한시뮬레이션을수행하고최적의경로를찾아낸다. 하지만지구와달, 태양의중력장만을고려해야하는만큼약간의경로수정이필요하고, 이를위해서는소규모의추력기도필요하다. 이추력기도해외구매가여의치않으면국내에서개발해야한다. 인공위성용으로일부개발해본경험이있어자체개발도충분히가능하다. 그러나착륙선은얘기가다르다. 착륙시역추진을위해좀더강력한추력기가필요하고한국항공우주연구원에서 2년전개발해시험을했지만앞으로많은개선이필요하다. 이와같은착륙선이나궤도선, 그리고우주탐사장비와탐사로봇은사업참여의사를밝힌 15개정부출연연구기관과대학의협력을통해충분히개발될수있다. 이미올해부터 15 개출연연은자체과제로관련예비연구를수행중이다. [70][71] 달탐사선의설계와개발은인공위성의연장선이다. 우리가충분한위성개발경험을가지고있는만큼크게어렵지는않다고본다. 그러나 20년의인공위성기술을갖고있더라도달로가는기술개발과정에는우리는해보지못한일들이라전혀예상하지못한부분들이있을것이다. 우리가모르는것도아직많다. 다행히이러한부분에대해서는 Ames Research Center, JPL, Goddard Space Flight Center 등 NASA 산하연구소들이기꺼이협력하겠다는의사를밝히고있다. 조만간 NASA 본부와우주탐사관련양해각서 (MOU) 체결도성사될것이다. 당초우리나라의달탐사는국가우주개발계획상막연하게 2023년과 2025년에수행하는것으로계획됐다. 한국형발사체개발에투입된예산때문에구체화되지못하고, 2020년경에발사체개발예산요구가줄어들면 4~6년이후에수행해보자는추상적인구상이었다. 다행히박근혜정부출범과함께달탐사와한국형발사체개발사업이국정과제로추진되면서속도를내고있다. 지난 3년여의항우연연구결과와앞으로의국제협력이더해지면앞으로의 7년은결코짧지않은기간이다. 2017년시험궤도선을먼저보내는계획이세워졌는 - 33 -
데, 이시험선발사는 2020년달탐사성공의바로미터가될수있다. 2020년은대한민국우주도전사에서새로운이정표가될것이다. 그동안그래왔던것처럼우주개발관련당사자들이열심히노력하면충분히이룰수있다. 달탐사성공을통해전세계에우리발사체의신뢰도를알리면위성의상업발사와우주여행, 궤도활용등을위한거대한시장이열리게될것이다. 스페이스엑스처럼발사가격경쟁력까지갖추게된다면우주산업이우리나라의 효자산업 으로자리매김하는날이올것이라고확신한다. V. 한국형발사체의성공적인발사, 그리고그이후 1. 현재우주궤도에위성을올릴수있는로켓을보유한나라는미국 ( 아틀라스, 델타, 팰컨, 안타레스 ), 러시아 ( 소유즈, 프로톤, 제니트, 드네프르 ), 유럽 ( 아리안, 베가 ), 일본 (H-II 계열 ), 중국 ( 장정계열 ), 인도 (PSLV, GSLV) 등 6개국이다 (< 그림56~64>). [72][73][74][75][76] [77][78][79][80][81][82][83][84][85][86] 다른나라도발사체를개발하고있지만의미있는크기의물체를우주궤도에올릴수있는수준은아니다. 이들나라에서현재사용하고있는로켓은오래전에설계되었거나아틀라스나안타레스처럼구소련시절에만들어진오래된엔진재고품을사용하고있다. 아리안과 H-II 계열로켓은비교적최신고급사양의로켓이지만액체수소엔진의낮은추력을보강하려면고가의고체부스터를사용해야하는만큼가격이만만치않다. - 34 -
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이들국가와관련업체들은일종의카르텔을형성하면서큰손해를보지않고지금까지그럭저럭버텨왔다. 미국의아틀라스와델타로켓은미국내국방수요에특화해서 1기당평균 2억달러가넘는발사비를받고있다. 유럽의아리안로켓도각국의위성발사수요와막강한마케팅능력으로상용발사점유율 1위를지켜왔다. 그러나스페이스엑스가저가의팰컨9 로켓을개발하면서사정이달라졌다 (< 표 2>). 제3세계국가들의발사수요가스페이스엑스로몰리기시작한것이다. [ton] kg [ ] [ ] 스페이스엑스의머스크는 1년전영국의 BBC방송에출연해아리안5에는미래가없다고단언한바있다. [87] 최근에는미의회에출두해아틀라스와델타를발사하는보잉과록히드마틴의합작사인 ULA(United Launch Alliance) 사의고비용발사행태를비판하기도했다. 미국방부가 ULA와위성 36기발사계약을체결하면서미국국민들이 116억달러의세금부담을더안게되었다는것이다. [88][89] 머스크는자사의저렴한로켓을무기로세계발사체시장판도를바꾸겠다는야심을감추지않고있다. 기존회사들은생존을위해발사비용을낮추거나강력한로비로대응하고있지만힘겨워보인다. [90][91] 결국발사비용은대폭낮아질것이고, 이에대응하지못하는발사체회사는낙오되는수순을밟게될것이다. - 37 -
2. 그렇다면발사체시장의게임룰을바꾸는머스크의이러한저가정책은우주발사체산업체들에도움이되는것일까? 당연히그렇다. 지금까지발사체시장이확대되지못한이유가바로너무비싼발사비용이었기때문이다. 머스크의목표대로발사가격이현재의 10분의 1로낮아진다면비싼가격때문에시도되지못한다양한우주관련사업이생겨날것이다. 자연스럽게새로운우주관련시장이형성되고관련업체들은폭발적으로늘어나게될것이다. 오늘날항공기산업팽창이항공운송비의파격적인인하때문인것과마찬가지이유다. 공상과학영화나우리가막연히꿈으로만간직했던일들도현실로나타나게될것이다. 단위무게당우주궤도운반비용이낮아지면올해부터시작될예정인지구궤도여행도더욱탄력을받게될전망이다. 또머지않은미래에달관광사업이나화성이주사업과같은꿈같은일들이실제로벌어지게될것이다. 발사비용이아주저렴해지면궤도에구조물을설치하는사업들도번성할수있다. 우주호텔사업도상상할수있다. 지금도우주정거장이있지만한번갔다오는데 200억원이상의비용이필요하다. [92] 발사비용이낮아지면우주여행상품이나오고체류하기편한우주정거장, 즉우주호텔도생겨날것이다. [93] 또우주태양광발전도유망한산업이될수있다 (< 그림 65>). [94] 현재우주에서발전시킨에너지를지구로내려보내는방법이가장큰관건이다. 마이크로파로넓은면적에내려보내는것도한방법이다. 만약지금의직사태양광의 2배정도로지상에내려보내면에너지파가지나가는곳을통과하는사람이나물체에피해를주지않고에너지를공급할수있다. 실제 1km3면적에직사태양광 2배의에너지가쬘때효율에서 40% 정도의발전이가능하다면 200메가와트의발전이가능하다는보고도있다. 정지궤도위성을통해에너지를발전시켜지구로내려보내면밤낮으로발전을할수있고, 구름도투과하는마이크로파의성질때문에전천후발전이가능해진다. [95][96][97] - 38 -
3. L4 L5 어쩌면발사체활용의가장큰분야는 라그랑주점 의활용이될지도모른다. 지구와달의중력에너지와우주물체의원심력을고려했을때에너지소모없이물체를보관할수있는라그랑주점을활용하는것이다. 18세기물리학자오일러와라그랑주는태양-지구, 혹은지구-달처럼크기차이가비교적큰두물체사이에다섯점의평형포인트가있다는것을밝혀냈다 (< 그림 66>). [98] 이가운데 L1, L2, L3점은불안정하지만달궤도전후에있는 L4와 L5점은안정적이다. [99] 그크기도 30만km 길이에 10만km의폭을갖고있다고한다. 이곳에지구나달에비해상대적으로아주작은물체가갇히면특별한탈출에너지가없이는나올수없다. 소위 안정적장소 인것인데태양인력으로인한섭동효과를고려해도 10억년정도는안정적으로위치하며, 주변행성의중력효과를고려해도수백만년은안정적이다. 이라그랑주점은오래전부터유명해 L5에초대형도너츠형태의인류거주지를짓고, 물과토양씨앗등을가져가태양에너지로대기권순환까지시키면서거주하는일종의유토피아를꿈꾸는사람들도있었다 (< 그림 67>). [100] - 39 -
L5 인류거주지건설사업은먼미래의얘기라고하더라도이러한라그랑주포인트에핵폐기물을보관하는일은짧은시간내에가능하다고본다. 이러한핵폐기물우주보관아이디어도미국에서는이미오래전부터연구되어왔다. 주로핵폐기물을실은발사가실패하는경우에대비한안전성확보에연구가집중되고있다. 그럴듯한아이디어들이많이나왔지만지하저장에비해발사비용이너무커서구체적으로논의되지못하고있는실정이다. 특히땅이넓은미국의경우핵폐기물을지하에묻는것이한시적이긴하지만가격도저렴하고사회적저항도적어우주공간활용은검토하지않고있다. 반면우리나라는한시적으로라도핵폐기물을처리할땅도없고, 사회적인저항도크다. 당장은아니더라도기왕에수조원의비용이드는핵폐기물처분방법으로거의영구적인보관장소인라그랑주점을활용하는것도고려해볼만한일다. 이것이실현되면매년막대한우주수송수요가발생해서발사서비스시장이큰폭으로성장할것으로예상된다. 4., 그렇다면우리는어떻게신뢰성높고, 가격경쟁력도우수한발사체를만들것인가? 우선우리와아주유사한스페이스엑스의모델을집중적으로살펴봐야한다. 스페이스엑스에도발사체개발의경험이많은리더는없었다. 뮐러도엔진개발경력은있지만발사체전체를개발해본경험은없었다. 그래서엔진을빠른시간에개발한다음팰컨1을통해많은발사시험을해본것이다. [101] 우리도발사체전체를개관할정도로개발경험이있는확실한리더는없다. 비록나로호개발을했지만사실상전체설계개발을총괄하고이끈것은아니었다. 따라서우리도빠른시간내에 1차적인설계를마무리하고실제테스트에들어가야한다. 부품레벨테스트를 - 40 -
빠른시간내에끝내면설계를수정해엔진테스트에착수해야한다. 시스템이복잡해질수록문제가생기는부분이많아지기때문이다. 특히엔진에는밸브, 씰, 파이프등의많은공급계통들이있고구조가더복잡해지는만큼많은시험시간을여기에할당해야한다. 스페이스엑스의뮐러는개발시작 2년만에엔진시험을시작했고그이후에많은설계개선을이루었다. 다시말해초기부품설계개발에너무많은시간을보내면서가장예측하기어렵고실패요인이큰엔진이나단체계시험에적은시간을배정하는우를범하지말아야한다. 저렴한가격의로켓을개발하기위해서는설계 제작단계부터신경을써야한다. 한국형발사체는나로호와는달리성공적인발사가궁극적인목적이아니다. 성공적인개발후달탐사를시작으로국내위성뿐아니라다른나라의위성도발사할수있는경쟁력을갖춰야한다. 개발단계에서는예산이더들어가도양산단계에서는가격이낮아질수있도록설계되어야한다. 예를들어터보펌프의경우각정밀부품을기계가공이아니라금형이나틀제조를통해개발할수있도록설계되어야한다. 소위 비반복비용 (NRC, Non-Recurring Cost) 과 반복비용 (RC, Recurring Cost) 을잘분류해서최적의제작방법을선택해야한다는것이다. 즉, 현재항우연한국형발사체사업단에서개발하고있는엔진과주요부품들, 배관및밸브류, 로켓의연료, 산화제통및페어링의제작, 그리고탑재되는에비오닉스등부품류의생산단가를낮추는데초점을맞춰야한다. 그래야개발이끝난후에도국내외상업발사에서가격경쟁력을갖출수있다. 다시말하면예술품을만들것이아니라공산품을만들어야한다. 필자는한국형발사체의성공적인개발뿐만아니라개발이후의비전을보여주는것이더욱중요하다고생각한다 (< 그림 68>). 산업체들의우주개발사업참여를유인할수있는계기를마련해주고, 사업의발전방향에대한희망과의욕을갖게할수있기때문이다. - 41 -
5. 그렇다면한국이발사체강국, 나아가우주강국이되기위해필요한것은무엇일까? 우선다음과같은 4대인프라를갖춰야한다 (< 그림 69>). 첫째, 기술인력인프라이다. 발사체를설계하고주요부품의스펙을정하고성능을예측하고초기설계를수행하는인력이있어야한다. 둘째, 로켓을발사할발사장이있어야한다. 인공위성을적정한궤도에올릴수있는곳에발사장이위치해야하며발사준비에필요한각종장비와발사후추적과제어에필요한시설을갖춰야한다. 다행히이두인프라는나로호개발을통해일차적으로확보되었다. 셋째, 개발되고있는엔진의터보펌프, 연소기, 가스발생기및관련밸브류등의주요부품과엔진시험장치, 발사체각단별시험이가능한시험설비인프라가갖춰져야한다. 큰추력의화염을내뿜는엔진과 1단시험장치는건립비용도많이들고, 안전한장소선택도필수적이다. 현재항우연은 4,000억여원을들여 10개의시험시설을짓고있다. 이가운데실제연료와산화제를사용하지않는시험시설 3개는대전본원에설치중이고, 화염방출을유발하는시설 6개는나로우주센터에, 조립관련시험시설은산업체에설치할예정이다. [102] 마지막으로 75톤과 7톤급엔진, 그리고액체산소와연료를저장할거대한통들, 그리고각단의제작조립을신뢰성있게진행할산업체인프라가필요하다. 우주발사체강국이된다는것은바로능력있는관련산업체인프라의확보라고해도과언이아니다. 이러한인프라를바탕으로우리나라는 2020년경에발사체강국에들어설수있는기반을완비할수있을것으로예상된다. 이후에는완비된기반을토대로엔진의성능향상, 1단파워증가등과같은한국형발사체성능향상에나서야한다. 우선현재의 75톤엔진은무게에비해추진력이좋은편이아니다. 경량화설계와다단연소기술등무게대비추력을향상시킬수있는기술을지속적으로개발해야한다. 현재의엔진무게를 980kg에서 700kg 이하로줄이면서추력은 100톤수준으로끌어올려추력중량비가 140이상되도록하는것을목표로삼아야한다. - 42 -
가격경쟁력확보를위해서는스페이스엑스엔진이채택한핀틀인젝터기술을적용하는것도고려해봐야한다. 현재한국형발사체 1단의엔진 4개형상을새턴5처럼엔진 5개형상으로만들수있고, 그렇게되면 1단추력 500톤급의강력한저궤도위성발사용로켓이된다. 참고로지난해러시아에서발사한아리랑 5호의발사체드네프르로켓의 1단추력은 460톤이었다. 다음으로는팰컨9처럼 1단엔진 9개를사용한정지궤도용발사체를개발할수있다. 이렇게되면 900톤 1단추력이되는만큼 6톤정도의정지궤도위성발사가가능하게된다. 정지궤도위성은적도에가까운곳에서발사할수록효율이좋기때문에우리의세계 1위조선기술을이용해해상발사선을개발하는것도검토해볼만하다 (< 그림 70>). 이렇게발사체를성공적으로개발해나로우주센터에서연간 10회, 해상에서연간 8회정도의발사능력을갖추면우리나라는상업위성발사국대열에당당히이름을올리게될것이다. VI. 맺음말 지금까지세계적으로주목받는우주개발벤처회사스페이스엑스의강점을분석하고우리가배울것과벤치마킹할전략이무엇인지살펴보았다. 한국형발사체개발에있어서우리의과제는발사체와엔진의자력개발경험이없는상태에서기술적으로신뢰성있는발사체를개발할수있을것인가, 스페이스엑스가시장을완전히선점하기전에빠른시간내에개발할수있을것인가, 그리고마지막으로가격경쟁력있게개발할수있을것인가이다. 먼저, 기술적으로원하는성능과신뢰성을계획된기간내에확보할가능성은아주크다고생각한다. 지금우리가개발하고있는한국형발사체는세상에없던것을새롭게개발하는것은아니다. 발사체관련기술은이미오래된기술이며이제는많이알려진기술이다. 그리고우리나라의정밀기계가공, IT, 재료등관련산업이세계적수준에도달해있어, 이들기술을적극활용한다면기술적으로큰문제없이빠른시간내에개발이가능할것이다. - 43 -
하지만우리에게정말어려운과제는가격경쟁력을확보하는것이다. 얼마전항공기국제공동개발워크쉐어를협상하는과정에서우리항공산업체엔지니어임률이 1인당국민소득이우리의두배에달하는선진국보다높다는이야기를듣고서놀람과걱정이교차되었다. 해외선진국의항공우주제품이높은개발비때문에비싸다는사실은이미알고있었지만우리나라까지이렇게고비용구조가된것은참으로우려스러운일이다. 미국의경우항공우주제품이고가인이유는우선항공우주엔지니어임금이세계최고수준이며, 더불어국가재정으로추진되는항공우주 방위사업에대한합법화된다양하고강력한로비체계로인해비용이상승했기때문이다. 또한국민들로부터지지를얻기위해생산시설을미국전역에분산배치하고있어제품개발과생산에고비용구조가형성되었다. EU의경우도연구개발기관과생산시설들이회원국에분산되어있어천문학적인출장비용이발생하는등의이유로항공우주산업이고비용구조가되었다. 그러나이들은세계최고의제품을통해글로벌시장에서가격결정권을발휘하고있어고비용에도불구하고이윤을창출하고있다. 하지만아직브랜드가치가낮은우리항공우주산업이세계최선진국수준의임률로항공우주제품을개발해서는국제시장에서경쟁력을갖추기어렵다. 미국이나유럽과달리로비비용이나생산시설의분산등으로인한비용증가요인이적은우리나라에서지금과같이높은비용구조가용인되었던이유는지금까지항공우주 방위사업이불연속적으로진행되어, 사업단절에따른경영상의위험이반영되었기때문이다. 하지만현재우리나라항공분야에서는훈련기의수출과헬기사업들의지속적진행, 중형항공기개발사업그리고 KFX사업들이줄을서있다 (< 그림 71~74>). 우주분야에서도한국형발사체, 다목적실용위성시리즈, 정지궤도복합위성등의개발사업이진행되고있으며, 최근정부에서 2040년까지의우주개발중장기계획을발표함으로써달탐사, 정지궤도발사체개발등을포함하여다양한대형사업들이지속적으로진행될계획이다 (< 그림 75>). 따라서이제는항공우주개발사업의단절위험으로인한비용상승요인에대해서다시고민할필요가있다. - 44 -
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지금글로벌우주분야에서는상업화의흐름과함께가격경쟁력확보가중요한화두로대두되고있다. 우주발사체분야에서도일본의 H-I, H-II 로켓은기술적완성도와는별개로높은발사비용때문에세계시장에서외면받고있는반면, 앞에서살펴보았듯이스페이스엑스의팰컨9은높은가격경쟁력을바탕으로각광받고있다. 이는항공우주분야후발주자인우리나라가세계시장에진출하기위해서는고비용구조의개선이필수적임을보여준다. 이번한국형발사체개발사업을통해핵심기술개발과함께가격경쟁력있는산업기반을구축한다면향후우리나라우주산업이자생력을갖고세계시장에진출하는계기가될것이다. 하지만우리기업들이고비용구조개선에실패한다면정부의지원이끊어지는순간항공우주산업전체가고사될위험에처할수있다. 우리에게시간은그리많지않다. 한국형발사체의가격경쟁력확보를위해우주산업체들의근본적혁신 (radical innovation) 을통한비용절감노력을기대해본다. - 47 -
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