시크릿 1_ 로켓 없인 인공위성도 우주 못 올라가 우주기술은 크게 두 가지로 나뉜다. 미사일이나 우주 로켓의 역할을 담당하는 발사체 기술과 우주궤도를 돌면서 특정 임무를 수행하는 인공위성 기술이 그것. 기술적으로 어느 한쪽이 더 어렵다고 할 순 없지만 아무리 뛰어난 인공위성을 만들어도 이를 우주궤도에 올릴 발사체(로켓) 기술이 없으면 아무 소용없다. 그래서 로켓은 우주기술의 원동력으로 불린다. 특히 로켓에 인공위성 대신 탄도를 장착하면 바로 군사용
미사일이 될 수 있어 로켓 기술은 더 큰 의미를 갖는다. 북한의 ‘은하 2호’에 전 세계가 주목한 이유도 이 때문이다. 전문가들은 북한이 인공위성인 ‘광명성 2호’를 우주궤도에 진입시키는 데는 실패했지만 장거리 미사일 개발에 필요한 로켓 기술은 확보한 것으로 보고 있다.

시크릿 2_ 작용 반작용 법칙에 따라 하늘로 쓩~ 로켓이 중력을 거슬러 우주로 올라가는 원리는 간단하다. 고무풍선에 입을 대고 공기를 잔뜩 불어넣는다고 하자. 그런 다음 풍선의 입구를 막은 손을 뗀다면? 풍선은 공기를 뿜어내며 날아간다. 물리에서는 이를 ‘작용과 반작용의 법칙’이라고 부른다. 로켓도 마찬가지다. 로켓 내부에 저장된 연료를 외부로 분사하면서 생긴 반작용에 의한 힘으로 추력이 발생해 위로 올라갈 수 있다.

시크릿 3_ 액체로켓과 고체로켓의 차이 로켓은 어떤 연료, 즉 어떤 추진제를 사용하느냐에 따라 종류가 결정된다. 추진제는 로켓이 앞으로 나아가게 만드는 힘을 내기 위한 연료와 이 연료가 불탈 수 있도록 산소를 제공하는 산화제로 구성되는데, 이 추진제가 액체 상태면 액체로켓이, 고체 상태면 고체로켓이 되는 셈이다. 오는 7월 말 전남 고흥 외나로도우주센터에서 발사될 예정인 한국 최초 우주 로켓 KSLV-1은 두 종류의 로켓을 모두 사용한다. 1단은 액체로켓이고, 2단은 고체로켓이다.

액체로켓은 고체로켓보다 추진력이 강하고 발사 뒤에도 점화와 소화를 반복하면서 원하는 궤도에 위성을 정확히 진입시킬 수 있기 때문에 대부분의 로켓에 사용된다. 반면 고체로켓은 일단 점화하면 속도 조절이 불가능하고 작동이 간단해 주로 군사용 미사일로 사용된다. 제2차 세계대전 때 영국을 괴롭힌 독일의 V2로켓이나 인류 최초의 인공위성인 옛 소련의 스푸트니크 1호와 미국 우주선인 아폴로를 달에 보낸 로켓, 그리고 디스커버리, 엔데버 등 미국의 우주왕복선을 우주로 올려 보낸 로켓은 모두 액체로켓이었다. 이 밖에 고체로켓의 단점을 개량해 연료는 고체로 만들고 산화제는 액체로 만들어 연소시키는 하이브리드로켓과 이온로켓, 원자력로켓 등도 있다.

시크릿 4_ 우주선 소재엔 탄소섬유가 딱 우주선 겉을 감싸는 외피로 가장 적합한 소재는 티탄알루미나이드 (TiAl)다. 티탄알루미나이드는 알루미늄과 티탄이 1대 1로 결합한 화합물. 1000℃ 이상의 고온과 영하의 저온에서 모두 잘 견디기 때문에 우주선 소재로 적합하며, 초음속 전투기의 엔진에도 시험적으로 사용 중이다. 복합재료도 우주선 재질로 주목받고 있다. 알루미늄에 탄화규소가 포함된 복합재료는 기존의 알루미늄보다 강도가 훨씬 높아지며, 탄소와 탄소가 결합한 복합재료는 1800℃ 이상의 고온에서 견딜 수 있어 로켓 엔진이나
로켓 앞부분에 종종 사용된다. KSLV-1도 동체에 탄소섬유 소재를 사용했다. 한편 일반적으로 잘 알려진 철이나 알루미늄, 티탄합금은 우주선 재료로 적합하지 않다. 철은 값이 싸고 강도도 높지만 무겁다는 결정적인 단점이 있고, 알루미늄은 철보다 가벼운 대신 강도가 떨어진다. 또 항공기 날개나 동체, 엔진 부품에 널리 사용되는 티탄합금은 600℃ 이상의 고온에서는 흐물흐물해져 우주선 재료로는 실격이다.

시크릿 5_ 2단이냐, 3단이냐 로켓은 구조에 따라 2단 또는 3단으로 나뉜다. 북한의 ‘은하 2호’는 3단 로켓이며, 한국의 KSLV-1은 2단 로켓이다. 2단 로켓을 기준으로 로켓 구조를 보면, 1단은 엔진부(주엔진과 날개 장착), 탱크부(엔진에 산화제와 연료 공급), 가압탱크부(연료 및 산화제를 가압)로 이뤄져있고, 2단은 노즈페어링부(위성 등 탑재물 장착 부위), 전자탑재부(지상과 교신 담당), 자세제어부(로켓 자세 제어), 단 분리부로 이뤄져 있다. 로켓 발사가 성공하기 위해서는 모든 부분이 잘 작동해야겠지만 그 중에서도 자세제어부와 단 분리부가 가장 중요하다. 자세제어부는 1단과 분리된 뒤 2단 로켓의 자세 제어를 담당한다. 북한의 ‘은하 2호’가 궤도 진입에 실패한 이유도 단 분리에 문제가 있었기 때문으로 추정된다. ‘광명성 2호’를 궤도에 진입시키려면 로켓의 2단과 3단이 각각 분리되면서 추진력을 얻어야 하는데, 이 부분이 실패했다는 것이다.

시크릿 6_ 로켓은 모두 동쪽으로 발사된다 로켓의 국적에 상관없이 공통점이 하나 있다. 모든 로켓은 동쪽으로 발사된다는 것. 이는 지구의 자전 방향이 동쪽이기 때문이다. 지구가 동쪽으로 회전할 때 적도를 기준으로 시속 약 1666km다. 한국이 속한 북위 35~40도 사이에서는 이보다 조금 느린 시속 약 1314km다. 로켓을 자전 방향으로 쏘아 올리면 로켓의 속도에 지구의 자전 속도를 더할 수 있어 그만큼 더 빠른 속도를 얻을 수 있고, 이는 거꾸로 말해 그만큼의 연료를 싣지 않아도 된다는 것을 의미한다. 시크릿 7_ 로켓은 바닷가나 사막에서 발사된다 로켓은 대부분 바닷가나 사막처럼 인적이 드문 장소에서 발사된다. 이는 로켓이 발사된 뒤 발사체에서 분리되는 로켓을 바다나 사막처럼 인적이나 시설이 드문 곳에 떨어뜨리기 위해서다. 발사체에서 분리된 로켓은 지구 중력 때문에 지상으로 떨어질 수밖에 없으므로 도시 한 가운데 분리된 로켓이 떨어지지 않도록 외진 곳에서 로켓을 쏘는 것이다.