미국 우주로켓시장을 거의 독점하고 있는 ULA (United Launch Alliance)에서 새로운 차세대 우주로켓 벌컨 (Vulcan)을 발표했습니다.

ULA의 CEO TORY BRUNO는 이 로켓은 델타, 아틀라스 로켓보다 신뢰성 있으면서도 더 강력한 추력, 더 뛰어난 임무 유연성을 가지며 저렴한 로켓이 될 것이라고 밝혔습니다.

로켓의 이름은 인터넷 투표로 결정되었으며, 첫 실험발사는 2019년 이라고 합니다.

ULA는 미국 우주로켓 제작시장을 장악하고 있는 양대 업체인 록히드마틴과 보잉의 합자회사이며, 스페이스X와 오비탈ATK가 민간 상업로켓으로 뛰어들기 전에는 사실상 미국 우주발사체 시장을 독점하고 있었습니다.

ULA를 통해서 발사되는 델타-IV 시리즈와 아틀라스-V 시리즈 로켓은 거의 모든 미국의 우주선과 인공위성, 탐사선을 우주로 보내고 있었지만 군산복합체와 정부의 밀착관계 때문에 높은 개발비용과 발사비용으로 미국의 우주프로그램에 지장을 주고 있었죠. 그리고 미국의 차세대 유인우주프로그램에 쓰일 SLS (Space Launch System) 역시 록히드마틴-보잉의 사실상 합작품으로 ULA를 통해 발사될 예정입니다.

미국은 전세계 우주발사체 시장에서 절반 가까이 되는 비중을 차지합니다. 그만큼 미국 혼자서 쏘아올리는 인공위성과 탐사선이 많다는 뜻이죠. 특히 중량물 인공위성에서는 미공군의 첩보위성들이 한몫 하기 때문에 더욱 비중이 커집니다.

하지만 최근 스페이스X의 약진과 가격파괴, 그리고 금년에 예정된 중량물 발사체인 팰컨 헤비의 영향으로 ULA의 독점체제는 위협을 받고 있었습니다.

[참고 자료]

=> NASA 차세대 발사체, SLS (Space Launch System)의 앞날은? : http://blog.naver.com/chsshim/220322301924

=> 스페이스X의 슈퍼로켓, 팰컨 헤비 (Falcon Heavy) : http://blog.naver.com/chsshim/220321640310

아마존 창업자인 제프 베조스는 앨런 머스크 처럼 우주에 대한 꿈을 가지고 새로운 민간 우주로켓회사인 블루 오리진을 설립하였습니다. 제프 베조스의 재산은 머스크의 10배에 달하며, 스페이스X에 위협을 느낀 록히드마틴-보잉은 ULA를 앞세워서 블루 오리진과 제휴를 통해 새로운 차세대 액체메탄연료 로켓엔진인 BE-4를 개발중입니다. (2017년까지 개발예정)

[ 제프 베조스가 ULA와 협력하여 개발할 BE-4 엔진의 모형을 소개 ]

스페이스X 역시 차세대 액체메탄연료 로켓엔진 랩터를 개발중입니다. XCOR라는 민간 우주여행로켓 개발사에서도 보다 작은 규모의 액체메탄연료 로켓엔진을 NASA, ULA의 지원아래 개발중입니다.

액체메탄(LNG, 도시가스로도 쓰임)은 비중이 0.4 이며 액체수소(비중 0.07)에 비해 비중이 높아서 연료탱크가 작고 보관은 더 유리합니다. 그러나 액체수소의 연소효율보다 낮아서 약 80%의 연소효율은 낼 수 있습니다. 케로신(비중 0.8)에 비해 비중이 낮아서 케로신 로켓보다 연료탱크가 더 크지만 연소효율은 액체메탄이 약 5~10% 가량 높습니다.

액체메탄은 그간 연소효율에서는 액체수소에 밀리고, 저장성에서는 케로신에게 밀려서 어중간한 위치라서 쓰이지 않았습니다. 하지만 액체수소 로켓엔진은 제작이 어렵고, 가격이 비싸며, 연료탱크 제작과 연료의 보관이 초극저온이라 어려운 단점이 있었죠. 액체수소 로켓은 효율은 높지만 대체적으로 가격이 비쌉니다.

상온 저장이 가능한 케로신에 비하면 액체메탄은 극저온이라 저장성도 나쁘고 연료탱크도 커지는 단점이 있었지만, 최근 우주로켓에서 대세로 등장한 재활용성에서는 케로신이 불완전연소를 통해 엔진 배관등에 검댕이 끼지만 액체메탄은 액체수소와 마찬가지로 완전연소를 하는 장점이 있습니다.

케로신 로켓엔진은 회수해도 다시 사용하려면 재정비가 까다로운 반면, 액체수소나 액체메탄 로켓엔진은 깨끗하기 때문에 재정비가 쉽습니다. 그리고 액체메탄이 비록 극저온이지만 어차피 산화제인 액체산소 역시 비슷한 극저온이라 향상된 연료탱크 기술로 어느정도 극복이 된 편입니다. 큰 단점은 케로신에 비해 부피가 두배라는 점인데 약간 더 높은 연소효율이라는 장점으로 커버 될 수 있습니다.

스페이스X는 향후 로켓 재활용기술을 통해서 1단, 부스터 등의 로켓을 통채로 회수하여 발사비용을 절감하려고 합니다. 반면에 ULA의 벌컨 발사체는 그와는 약간 다르게 1단 로켓에서 연료통을 빼고 엔진부분만 낙하산으로 귀환시키며 공중에서 헬리콥터 등으로 회수하는 방식을 취할 예정입니다.

스페이스X의 재활용로켓은 연료통에 귀환에 필요한 연료를 남겨야 해서 우주에 보내는 페이로드 중량이 줄어들지만, 벌컨은 연료를 모두 페이로드 운반에 소모하고 엔진만 떼어내서 자유낙하시켜 공중회수 하기에 페이로드 중량은 변하지 않습니다.

스페이스X 팰컨 헤비는 1단과 부스터(2개)가 모두 같은 팰컨9 V1.1의 1단이지만, ULA 벌컨은 부스터는 기존 아틀라스-V 처럼 소모성 고체부스터(페이로드에 따라 2~6개 장착)를 사용하되, 1단에서 엔진만 재활용하는 방식입니다.

벌컨 로켓은 앞으로 미국의 주력 발사체인 아틀라스-V와 델타-IV를 모두 대체할 예정이며, 그로 인해서 대량생산을 통해 원가절감도 이룰 전망입니다. 블루 오리진 역시 동일한 엔진을 사용한 독자로켓을 개발중이므로 BE-4엔진의 시장범위가 확대되어 스페이스X의 강점이며 저가 발사체의 핵심인 1단 메인엔진 대량생산을 가능케 합니다.

벌컨은 아틀라스-V와 흡사한 형태입니다. 현재 아틀라스-V가 1단 메인엔진으로 러시아제 RD-180엔진(노즐 2개인 단일엔진)을 수입해서 사용중이지만 BE-4 엔진 2개(각각 노즐 한개씩)를 장착하면 RD-180엔진보다 약간 추력이 더 높으면서 연소효율도 더 높을 가능성이 있습니다.

벌컨은 상단(Upper Stage, 위성속도가속단)으로는 기존에 아틀라스나 델타 로켓에서 쓰이던 RL-10 액체수소연료 저추력 로켓엔진을 사용하거나, 블루 오리진이 개발한 BE-3 액체수소연료 저추력 로켓엔진 또는 XCOR에서 개발중인 액체메탄연료 저추력 로켓엔진을 사용할 예정입니다.

스페이스X로 인해 촉발된 저가 발사체 경쟁에서 앞으로 블루오리진-ULA(록마, 보잉)-XCOR 연합군의 행보가 주목됩니다.

[ References ]

1. 네이버 KSP포럼 gilels7777님의 게시글 : http://cafe.naver.com/kerbal/29076

2. https://twitter.com/ulalaunch/status/587710543030571010/photo/1 

3. http://www.collectspace.com/news/news-041315a-vulcan-rocket-ula-launch.html