발사 실패한 일본 신형 로켓 H3, 마냥 비웃을 처지는 아닌 한국

2014년부터 약 2,060억 엔(1조9,700억원) 투자한 2단 로켓: H3 수소(Hydrogen)를 로켓 연료로 사용하는 ‘H 시리즈’ 최신작 한국도 적극적으로 일본의 경험을 배우고 발사 기술 경쟁력 확보해야

H3로켓 발사 장면/사진=JAXA webcast

일본은 수십 년 동안 로켓 기술을 선도해 왔지만, 지난 7일 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발한 H3 로켓이 발사에 실패했다. 하지만 이것이 일본 로켓 기술의 퇴보를 의미하지는 않는다. 오히려 한국도 일본의 경험을 배워 자체 로켓 기술을 향상시켜야 한다는 목소리가 커지고 있다.

H3 로켓은 2014년부터 약 2,060억 엔(1조9,700억원)을 들여 개발한 2단 로켓으로, 상업용 위성 발사 시장에 진출하기 위해 설계된 로켓이다. 그러나 지난 7일 엔진 고장으로 발사에 실패해 비행종료시스템(FTS)에 의해 공중에서 파괴됐다.

일본은 수소(Hydrogen)를 로켓 연료로 사용하는 ‘H 시리즈’ 로켓을 개발해 왔다. 2003년 11월 발사에 실패한 H2A 로켓을 제외하고는 모두 성공했다. 일본이 로켓 발사에 실패한 것은 지난해 10월 소형 고체 연료 로켓 입실론 6호가 가장 최근이다. 한편 한국의 누리호는 1조9,572억원이 투입된 3단 로켓으로 비슷한 기술 수준에 있는 것으로 평가받고 있다. 

실패는 성공의 어머니, 다양한 혁신 기술 실험 중인 일본 우주기술

일본 엔진 기술 발전도/사진=JAXA

H3는 기존의 주력 대형 로켓인 H2A를 대체할 기종이었던 만큼 일본은 이번 H3 발사로 대형 로켓의 세대교체와 함께 위성 발사 수주 사업의 확대를 꿈꿨지만, 계산을 다시 할 필요가 있다. JAXA와 함께 2014년부터 H3을 개발해온 미쓰비시중공업도 이날 주가가 급락하는 등 타격을 입었다. 이에 NHK는 “H3은 국산 주력 로켓으로 일본의 향후 우주 개발의 ‘카드’로 불렸던 만큼 발사 실패의 영향이 불가피할 것”이라고 밝혔다.

발사 실패에도 불구하고 H3 로켓에는 수소를 로켓 연료로 사용하는 등 여러 가지 신기술이 적용됐다는 점에 주목할 필요가 있다. 액체 수소는 알려진 추진제 중 비임펄스가 가장 높기 때문에 추진제 질량 단위당 가장 뛰어난 추력을 제공하는 만큼 로켓에 더 많은 위성과 탑재체를 실을 수 있어 장기적으로 비용 효율성이 높다. 

국내 로켓 전문가들은 상업용 발사 시장에서 원가 경쟁력을 확보하기 위해 다양한 혁신 기술을 접목하려는 일본의 시도에 주목하고 있다. 한국항공우주연구원 발사체연구소 관계자는 일본이 3D 프린팅을 활용해 로켓 부품을 제작하고, 자동차에 사용되는 전자장치(로켓 내부의 컴퓨터)를 탑재해 원가를 낮추는 등 다양한 시도를 하고 있다고 부연했다.

로켓 분야에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 새로운 기술을 적용해 원가를 절감하는 것이 필요하다. 민간 기업들은 3D 프린팅, 로켓 재활용 등 색다른 전략을 통해 우주로 로켓을 발사하는 데 드는 비용을 줄이기 위해 노력하고 있다. 그러나 발사 비용은 여전히 너무 비싸다. 1kg당 평균 1만 달러(약 1,180만원)가 든다. 전 세계 전문가들은 우주 태양광 발전이 실현되려면 로켓 발사 비용이 킬로그램당 600달러까지 내려가야 한다고 말한다.

발사 비용 절감을 위한 세계적 노력

미국에서는 국방부와 민간 기업 보잉이 XS-1이라는 극초음속 우주 비행기를 개발하고 있다. 이 비행기는 현재 발사 비용 대비 매우 저렴한 5백만 달러 미만의 비용으로 10일 동안 주어진 궤도를 10회 비행할 수 있도록 설계됐다. 엘론 머스크의 SpaceX는 민간인을 달과 화성에 관광객으로 태우고 갈 수 있는 초대형 로켓인 빅 팰컨 로켓도 개발 중이다.

기업들은 발사 비용을 줄이는 것 외에도 로켓 성능을 개선하기 위해 새로운 기술을 연구하고 있다. 미국의 테더스 언리미티드(Tethers Unlimited)는 새로 제작되는 모든 인공위성에 전기로 구동되는 와이어 장치를 부착하는 ‘터미네이터 테더(Terminator Tether)’ 기술을 개발했다. 이 테더는 두 가지 방법으로 비용을 절감한다. 첫 번째 접근 방식은 밧줄을 휘두르는 것처럼 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 운동량을 전달하는 것으로, 궤도에 진입할 에너지가 부족한 위성에 에너지를 공급하는 데 사용할 수 있다. 두 번째 방법은 지구 자기장을 활용하여 양쪽 끝에 부착된 위성의 궤도를 높여준다.

로켓을 재사용하고 규모의 경제를 달성할 수 있다고 해도 연료 비용은 여전히 기업에 큰 부담이다. 로켓 발사의 비용 효율성에 기여하는 또 다른 중요한 요소는 로켓을 재사용할 수 있다는 점이다. 로켓을 재사용하면 매번 발사할 때마다 새 로켓을 제작하는 데 드는 비용이 절감되기 때문에 발사 비용을 크게 줄일 수 있다. 재활용이라는 낡은 개념이 최근 몇 년 동안, 특히 민간 우주 산업에서 큰 주목을 받고 있다.

우주선도 재활용은 필수

엘론 머스크가 설립한 민간 우주 탐사 회사인 SpaceX는 로켓 재활용 분야에서 상당한 진전을 이루었다. 이 회사의 팰컨 9 로켓은 재사용이 가능하도록 설계되었으며, SpaceX는 로켓의 첫 번째 단계를 지구에 여러 번 성공적으로 착륙시켰다. 이를 통해 각 발사 비용을 크게 절감하여 상업용 발사 시장에서 입지를 굳혔다. 블루 오리진이나 버진 갤럭틱과 같은 다른 회사들도 재사용 가능한 로켓을 개발하기 위해 노력하고 있다. 실제로 블루 오리진의 뉴 셰퍼드 로켓은 이미 여러 차례 시험 비행을 성공적으로 완료하여 상업용 발사 시장에서 재사용 가능성의 잠재력을 입증했다.

로켓 재사용성은 그간 업계에서 크게 주목받지 못했지만, 현재 많은 기업들이 자체 재사용 로켓 개발에 투자하고 있다. 이에 한국은 2024년까지 자체 재사용 로켓을 개발할 계획을 발표하기도 했다. 상업용 발사체 시장에서는 비용 효율성 외에도 로켓을 더 자주 발사할 수 있는 능력도 중요한 요소이다. 로켓을 더 자주 발사할수록 더 많은 수익을 창출할 수 있기 때문이다. 이를 위해서는 로켓이 안정적이어야 하고 발사 사이에 최소한의 유지보수가 필요하다.

최근 일본의 H3 로켓 실패를 계기로 한국도 일본의 경험을 배우고 새로운 기술을 접목해 상업용 발사 시장에서 원가 경쟁력을 확보해야 한다는 목소리가 커지고 있다. 상업용 발사 시장에서 비용 효율성은 핵심 요소이지만 신뢰성, 재사용성, 발사 빈도도 상업용 발사 벤처의 성패를 좌우할 수 있는 중요한 요소라는 점을 기억해야 한다. 우주 기술 개발의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다.

일본이 보여준 것처럼 실패는 때때로 피할 수 없지만, 실패로부터 배우고 새로운 기술을 도입하는 것은 경쟁이 치열한 상업용 우주 발사 세계에서 성공하기 위해 필요한 과정의 일부다. 실패를 비웃는 몰지각한 반응에 안심해서는 안 된다. 일본의 적극적인 우주개발 투자에 경각심을 느낄 필요가 있다.

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