[스페이스]①대기권 재진입이 어려운 이유 : 컬럼비아호의 비극

컬럼비아호가 발사되는 순간 추진체 연료탱크에서 파편이 떨어지고(맨 왼쪽 사진), 그 파편이 날개에 부딪히면서(가운데 사진) 날개에 구멍을 뚫고 떨어집니다(맨 오른쪽 사진).[사진출처=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]우주선이 가장 위험한 순간은 언제일까요? 단 한 순간도 소홀히 할 수 없겠지만 귀환을 눈앞에 두고 대기권에 재진입할 때 우주인들은 특히 긴장합니다.

지난해 북한이 대륙간 탄도미사일(ICBM)로 자주 도발하면서 자주 나왔던 것이 '대기권 재진입 기술'에 대한 이야기입니다. 일반적으로 ICBM의 경우 발사체 제작 기술, 핵탄두 소형화 기술, 대기권 재진입 기술을 ICBM 완성을 위한 3대 기술이라고 하는데 마지막 단계인 대기권 재진입 기술에 대해 북한이 대외적으로 인정받지 못했기 때문입니다.

국내 언론들이 북한의 미사일을 표기할 때 'ICBM'이라고 하지 않고 'ICBM급'이라고 표기하는 이유입니다.

ICBM의 사거리는 5000km 이상으로 포물선을 그리며 목표물을 향해 날아가기 위해서는 미사일이 대기권 밖으로 나갔다가 다시 들어와야 하는데 나가는 것은 쉽지만 다시 들어올 때는 탄두가 엄청난 고열을 견뎌야 합니다. 따라서 고난도의 기술을 갖춰야만 ICBM도 완성할 수 있기 때문에 북한이 그 기술을 온전히 갖췄다고 인정해주지 않는 것입니다.

그 만큼 대기권 재진입 기술은 어렵습니다. 그래서 작은 허점 하나가 엄청난 파국을 낳기도 합니다.

지난 2003년 2월 1일 우주에서 임무를 마치고 지구로 귀환하던 미국의 우주왕복선 컬럼비아호가 지상 60km에서 공중 분해됐습니다. 이 사고로 탑승 승무원 7명 전원이 사망하고, 1만2000여개의 파편이 비처럼 지구로 쏟아졌습니다.

당시 사고 원인은 취항 12년이 된 컬럼비아호의 노후화에서도 찾을 수 있지만 핵심적인 사고 원인은 날개에 생긴 작은 구멍 때문인 것으로 밝혀졌습니다.

발사 당시 추진체에서 떨어진 파편이 컬럼비아호 왼쪽 날개에 뚫은 구멍(사진 위). 컬럼비아호가 대기권에 재진입하는 순간 열기에 휩싸이고 있습니다(사진 아래). 곧이어 날개 구멍으로 유입된 외부의 열기가 컬럼비아호를 태우면서 우주선은 순식간에 공중 분해됩니다.[사진출처=유튜브 화면캡처]

발사 순간 컬럼비아호가 매달린 추진체의 연료탱크에서 파편이 떨어져 컬럼비아호 왼쪽 날개에 부딪히면서 날개에 구멍을 뚫습니다(사진). 우주 공간에서 임무를 수행할 때는 아무 문제가 없었지만 대기권에 재진입하면서 초고온의 공기가 날개의 구멍으로 유입됐습니다. 그러자 내열처리가 되지 않은 날개 내부가 순식간에 녹으면서 본체는 중심을 잃었고, 본체가 열기에 휩싸이자 곧바로 산산조각나 공중에서 흩어진 것입니다.

우주 공간에서 작업 도중 그 구멍을 발견했다면 결과는 달라졌을 겁니다. 모두가 대기권 재진입 때 초고온과 충격파를 우주왕복선 본체가, 특히 표면의 내화벽돌이 막아준다고 알고 있었으니까요. 사고가 난 이후 원인을 규명하는 과정에서 그 사실을 알게 됐으니 안타까울 따름입니다.

대기권 재진입에서 가장 우선해야 할 것은 속도를 줄이는 것입니다. 속도를 줄이기 위해서는 반대 방향으로 추진력을 발생시켜야 하는데 그러기 위해서는 엄청난 양의 에너지가 필요합니다. 현실적으로 발사 때 옆구리에 끼고 있던 우주선의 2배 크기에 가까운 추진체를 돌아올 때를 위해 하나를 더 끼고 활동해야 한다고 가정하면 우주선의 활동은 불가능해집니다.

한국항공우주연구원 관계자는 "절반의 연료로 지구로 돌아올 수 있는 방법을 연구한 끝에 과학자들이 발견한 방법은 공기의 저항을 이용하는 것인데 대기권 진입의 각도를 조정함으로써 공기 저항을 제대로 이용할 수 있게 됐다"면서 "사람이나 화물을 지키기 위한 우주선의 모양은 유려한 유선형이고, 사람이나 문명을 파괴하기 위한 ICBM이 뾰족한 원뿔 모양이듯이 모양 하나, 각도 조정 하나도 깊은 의미를 담고 있다"고 말했습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr