과연 아폴로 우주선은 진짜로 달에 다녀왔을까?

인류가 달에 착륙한지 벌써 46년이 지났다. 하지만 그동안 미국의 달착륙 음모론은 끊임없이 제기되며 TV나 언론에도 소개되곤 한다. 아마도 달착륙 음모론 떡밥을 덥썩 무는 사람들이 많은 이유는 근본적으로 우주로켓에 대한 이해가 부족한데서 기인하는듯 하다.

달착륙 음모론자들이 흔히 내세우는 주된 의문점들은 아래와 같다.

- 기술이 발전된 현재에도 달에 다시 사람이 가지 못하는데, 1960년대의 초기 로켓기술로 어떻게 달에 갈 수 있느냐?

- 아폴로 우주선을 달에 보내는데도 거대한 로켓이 필요한데, 작은 아폴로 우주선이 어떻게 달에서 돌아올 수 있느냐?

- 달착륙선은 매우 작은데, 아무리 달중력이 지구의 1/6 이라도 어떻게 달에 착륙했다가 다시 이륙할 수 있느냐?

- 달에서 찍은 사진을 보면 깃발이 흔들리고, 그림자를 보면 조명이 태양방향이 아닌곳에서도 비춘다.

- NASA는 왜 달착륙 관련 자료들을 상당수 분실했는가?

그중에서도 제대로 설명이 안되고 있고, 사람들이 제일 이해하지 못하는 달탐사 로켓과 우주선의 기술력에 대해서만 간단히(?) 설명해보겠다. 우주로켓의 스펙과 성능을 판별하는 것은 사실 매우 쉽다. 널리 공개된 자료들만 가지고도 누구나 계산기 잠깐 두들기면 답이 나온다. 한번 새턴-V로켓과 아폴로 우주선, 달착륙선의 성능을 완벽히 분석해보자!

1. 1960년대말, 미국의 우주로켓 기술력은?

가장 대중들이 오해하고 있는 부분이다. 소련이 역사상 첫번째 인공위성인 스푸트니크를 쏘아올린게 1957년이다. 그리고 고작 12년 뒤에 달까지 사람을 보내기엔 너무 시간이 짧았던 것으로 느껴진다. 하지만 1960년대에 미-소 우주경쟁이라는 특수한 상황속에서 초강대국인 미국은 2억명이 넘는 인구중에서 최상의 엘리트 공돌이들을 죄다 뽑아서 무려 30만명이 넘게 우주항공산업에 투입되었다. 유인 달착륙 예산은 지금으로서는 상상이 안되는 미국 전체 GDP의 3%가 투입되기도 했다. (정부예산의 3%가 아니다)

그 결과, 미국이 개발한 새턴-V로켓은 현재 기준으로 봐도 기술적으로 상당히 높은 수준에 도달하게 된다. 아이러니 하지만 1960년대의 로켓기술이 현재에 비해서 크게 떨어지지 않는다. 오히려 냉전이 종식되고 전반적인 로켓 기술수준은 향상되었지만, 거대로켓 기술에 있어서는 과거에 비해 퇴보한 측면도 없지 않다. 전자제어기술은 발전했지만, 기계공학적인 면에서는 예산의 축소와 인원의 감축으로 오히려 후퇴한것이다. 로켓 기술은 인적자원의 자질에 굉장히 좌우 받는 분야이다. 그것만 명심해라.

물론 지금도 아폴로2 우주선을 만들어서 달로 사람을 보내려면 할 수 있을 것이다. 그런데 그런 예산을 감당할 수 있는 국가는 현재에도 미국 이외에는 존재하지 않는다. 달에 사람을 보내봐야 정치적인 퍼포먼스만 가능한데 12명이나 이미 달표면을 걷게 했던 미국이 GDP의 몇%나 또 쓰면서 그러긴 어려운 형편이다.

46톤 무게의 아폴로 우주선과 달착륙선을 달궤도까지 보내기 위해 2,900톤이 넘는 무게의 새턴-V 로켓을 사용했다. 당시 새턴-V 로켓에 사용된 핵심적인 로켓엔진들은 현재 기준으로 봐도 성능이 매우 뛰어났다. 화학연료식 로켓엔진은 태생적인 한계로 이미 최대효율은 정해져있고, 다만 기술적으로 한계점에 얼마만큼 근접하는지가 관건이다. 미국이나 소련은 1960년대~1970년대를 거치면서 화학연료식 로켓엔진의 성능 한계점 가까이 기술을 끌어올렸다. 그뒤론 별 발전이 없는게 현실이다. 오히려 과거의 기술력이 유실되는 경우도 종종 보인다. (돈을 안쓰니까 경험있는 인력을 유지하지 못해서 계승이 안되는거다)

미국 조차도 새턴-V 로켓 1단에 쓰인 강력한 F-1엔진의 도면만 남아있는데 그것만 봐서는 못만든다고 한다. 수제품에 가까웠던 F-1엔진을 제작했던 기술자들이 모두 은퇴한 지금에는 다시 제작하는게 거의 불가능하다. 오죽하면 박물관에 있는 과거의 F-1엔진 전시품을 가지고 CT촬영까지 하면서 재분석하고 현재의 기술로 다시금 재현해보려고 노력하는 지경이다.

새턴-V 로켓의 2, 3단 엔진으로 쓰였던 액체수소를 연료로 하는 J-2 엔진은 정말 걸작이어서, 현대적 기준으로도 매우 뛰어난 엔진이다. 역시 미국은 다시금 J-2엔진 설계도를 꺼내서 조금 더 개량한 J-2X 엔진을 만들려고 노력하기도 했다. 30만명 이상의 수재들을 동원해서 뼈를 갈아서 만든 로켓이니 그럴만 하다. 그리고 당시 미국의 로켓기술자들에 대한 인식은 의사나 변호사, 여타 과학자들보다 더 높은 수준의 첨단 과학자(사실은 공돌이)로 여겨지고 있을 정도였다.

아폴로 우주선과 달착륙선이 달에 착륙하고, 돌아오는데 썼던 기술력 수준은 이미 1960년대에 완성되어서 현재에도 그보다 별반 향상되지 못하고 있는 분야이다. 우주선들의 궤도항행엔진 기술력은 1960년대에 정점을 찍고 큰 진보는 거의 없는게 현실이다.

대부분의 선입견과 다르게, 1969년에 발사된 새턴-V 로켓과 아폴로 우주선의 기술력은 조종석에 화려한 컬러모니터가 없었을 뿐, 현대의 로켓들과 성능면에서 별반 차이가 없다. 오히려 규모면에서는 훨씬 컸다.

2. 로켓들이 어디까지 갈 수 있는지 알려주는 스펙 : 델타V.

일단 로켓에 대해 기본적으로 이해를 하려면 몇가지 용어를 알아야 한다. 비추력, 추력, 그리고 델타V 이다.

=> 기본적인 로켓 관련 용어 설명 : http://blog.naver.com/chsshim/220309878216

그중에서 델타V (Delta-V, △V, dV : 속도증분)라는 아름다운 용어만 이해해도 충분하다. 이게 뭐냐구? 로켓으로 어디까지 갈 수 있는지 알려주는 지표다. 로켓의 알파요~ 오메가~ 모든것인 델타V와 함께 인류 역사상 최고의 공돌이들 수백만명이 지금껏 씨름하고 있다.

 자~ 위 도표에는 아주 친절하게도 지구에서 발사되는 로켓들이 태양계의 다른 행성들까지 갈때 얼마만큼의 델타V가 필요한지 미리 계산되어 있다. 지구에서 달까지 가는데 필요한 델타V는 이미 정해져있다. 왜냐구? 지구랑 달의 거리는 항상 일정하니까.

"저런걸 어떻게 계산해놨냐구? 벌써 반세기전에 우주공돌이들은 계산기로 저런걸 다 계산해뒀네요~"

또한 화성까지 가는데 필요한 델타V도 역시 정해져있다. 하지만 화성과 지구의 거리는 두 행성이 태양을 중심으로 공전하고 있어서 가까워졌다 멀어지게 되므로 계속 변한다. 위 도표에 나온 수치는 지구에서 화성으로 로켓이 날아갈때 가장 최적의 시점에서의 데이터다. 약 25개월마다 한번씩 가장 최적의 시점이 오게 된다. 만약 최악의 시점에 로켓을 쏘면 그 로켓은 결코 화성에 갈 수가 없다. 필요한 델타V가 몇십배 증가할 수 있기 때문이다.

일단 로켓에 우주선이나 인공위성을 탑재하고 발사하면 최소한 지구에 다시 추락하지 않고 인공위성처럼 지구를 빙빙 돌게 해야 한다. 흔히 다른 행성으로 가는 탐사선들 조차도 일단 지표면 200km 이상의 고도에서 수평속도를 7.8km/sec 정도로 날아간다. 그것을 위해서 반드시 필요한 델타V는 위 도표에 9,400m/sec라고 되어있다. 하지만 아주 이상적인 조건에서 에너지 손실없이 로켓이 날아가야 가능한 수치이고 실제로는 발사위치 등에 따라서 9,400~10,000m/sec 정도로 약간 편차가 있다. 그냥 단순하게 생각해서 딱 9,400m/sec의 델타V라고 치겠다.

델타V는 로켓의 전체중량 대비 연료량의 비율, 그리고 로켓엔진의 효율(비추력이란 요소)만 알면 계산이 금방 나온다. 즉, 연비가 얼마인 자동차에 연료를 얼마만큼 넣으면 몇km를 주행할 수 있는지 알 수 있는것과 동일한 이유다.

=> 오오! 아름다운 델타V 계산기가 여기 있소~ : http://www.strout.net/info/science/delta-v/

한가지 염두에 둬야 할것은, 델타V는 로켓에 연료만 무작정 더 넣는다고 비례해서 증가하진 않는다. 로켓이 커지고 무거워져도 어느 한계에 이르면 암만 연료를 왕창 더 넣어도 델타V는 극히 조금만 증가한다. 한마디로 삽질하는거다. 델타V는 로켓의 연료량(무게)에 대하여 로그곡선으로 증가하는 특성이 있다. 그래서 인류는 다단로켓이라는걸 쓰는거다.

로켓이 100톤짜리일때 델타V가 3,000m/sec라고 치면, 200톤으로 더 크고 연료를 많이 넣어도 델타V는 4,000m/sec에 불과할 수도 있다는 뜻이다. 주행거리를 고작 30% 늘리자고 로켓의 무게가 2배 늘어나면 득보다 실이 훨씬 많아진다.

위 델타V 도표에서는 지구 위성궤도까지 9,400m/sec, 다시 거기에서 달까지 3,260m/sec, 달에 도착해서 지나치치 않고 달 위성궤도로 다시 접어드는데 680m/sec, 달표면까지 착륙하는데 1,730m/sec가 필요하다고 되어 있다. 전부 합쳐서 15,070m/sec다.

즉, 지구상에서 로켓을 쏴서 달표면에 뭔가를 착륙시키려면 몇단로켓이던 상관없이 총 dV가 15,000m/sec가 넘어야 한다는 뜻이다. 그래서 미국 공돌이들은 그걸 만들었고, 새턴-V로켓과 아폴로 우주선이라 불리운다. 이제 하나하나 상세히 뜯어보기로 하자.

3. 달까지 아폴로 우주선을 보내준 새턴-V 로켓 해부하기.

눈치가 빠른 분들은 아시겠지만,  지구에서 일단 달까지 가는 궤도에 아폴로 우주선을 띄우기 위해서는 델타V가 12,660 m/sec가 필요하다는것을 계산할 수 있을거다. 그뒤 아폴로 우주선은 달 주변에 도착해서 달 위성궤도, 달착륙, 재이륙, 다시 지구로 돌아오는 궤도로 추진하게 된다. 새턴-V로켓은 오로지 46톤짜리 아폴로 우주선을 달까지 보내는 궤도로 올리는데만 사용하는 소모품이다.

위 그림을 보면 새턴-V로켓은 1단, 2단, 3단으로 구성되어 있다. 그리고 새턴-V 3단로켓의 윗쪽에 달착륙선과 보호덮개, 아폴로우주선의 사령선과 기계선, 맨 위에는 비상탈출로켓이 차곡차곡 올려져있다.

각 단의 스펙을 한번 알아보자.

- 1단 : 무게 2,300톤 (연료무게 : 2,169톤), 엔진비추력 263 ~ 304 sec. (해수면 ~ 진공, 평균잡아서 280~290sec)

- 2단 : 무게 480톤 (연료무게 : 444톤), 엔진비추력 421sec. (진공)

- 3단 : 무게 121톤 (연료무게 : 111톤), 엔진비추력 421sec. (진공)

- 달착륙선 : 15톤.

- 달착륙선 덮개 : 3톤.

- 아폴로우주선 : 30톤.

- 비상탈출로켓 : 4.2톤.

- 우주비행사 3명, 우주복, 식량, 물자 등 잡다한 무게 1톤 미만.

위 스펙은 사실 정확한 수치는 아니다. 1단 로켓의 정확한 무게는 공중량 130,570kg + 인터스테이지 아답타 5,195kg + 연료 2,149,500kg + 기타 2,450kg이다.이러면 머리복잡하니까 대강 비스무리하게 계산해보자.

아폴로 우주선과 착륙선을 탑재한 새턴-V 로켓은 처음 이륙시 전체 무게가 약 2,954톤이다. 여기에 1단연료만 2,169톤이고 엔진의 비추력은 평균적으로 280~290sec가 된다. 로켓엔진은 해수면 고도와 진공 고도에서 효율이 크게 다르다. 그래서 새턴-V 1단로켓은 진공구간도 어느정도 비행하므로 저렇게 평균치를 어림짐작해보자.

아까 위에서 델타-V 계산기라는게 있었다. 거기에 데이터를 입력하면.... 델타V는 약 3,700m/sec가 되시겠다.

"새턴-V 1단 로켓은 3,700m/sec의 델타V를 얻는다."

새턴-V 1단 로켓을 분리하고 잠시뒤, 1-2단 사이에 낀 인터스테이지 아답타를 분리한다. 왜 따로 분리하는지 이유는 여기선 안알랴줌. 다른 게시글에서 소개할 예정이다. NASA 공돌이들의 대표적인 꼼수다.

1단 로켓을 분리하고 조금 더 지나면 맨 꼭대기의 무게 4.2톤짜리 비상탈출로켓을 분리한다. 이때쯤에는 이미 고도 70km에 이르기 때문에 초기 이륙과정에서 위험한 구간은 지났다고 보는 셈이다. 저렇게 불필요한 무게를 줄여서 로켓의 효율을 더욱 극대화한다.

이제 새턴-V는 2단로켓으로 추진력을 얻는다. 2, 3단 로켓의 엔진인 J-2엔진은 효율이 매우 높은 액체수소/액체산소 로켓엔진이다. 그래서 비추력이 무려 421sec에 이른다.

2단 연소시작때 비상탈출로켓까지 떼어내서 전체 무게는 650톤이다. 연료무게는 444톤, 그리고 비추력은 421sec이다. 요걸 델타V 계산기로 두드리면...

"새턴-V 2단 로켓은 4,740m/sec의 델타V를 얻는다."

이제 새턴-V의 2단을 분리하고, 마지막 단인 3단을 점화한다. 3단 로켓은 앞부분에서 언급했듯, 아폴로 우주선이 일단 지구 200km 고도에서 위성속도인 7.8km/sec의 속도를 내도록 해서 지구로 안떨어지고 빙빙 돌게 만든 뒤에 추가로 연소해서 달까지 3,260m/sec의 속도를 더해서 달로 향하는 궤도에 아폴로 우주선을 올려주고 그 임무를 끝낸다.

3단을 연소시작할때 전체무게는 170톤이다. 연료무게는 111톤이고 비추력은 421sec 이다. 고로 델타V 계산기를 두드리면...

"새턴-V 3단 로켓은 4,370m/sec의 델타V를 얻는다."

앞서 새턴-V 로켓의 1단은 3,700m/sec, 2단은 4,740m/sec, 3단은 4,370m/sec의 델타V를 얻었다. 전부 합치면 12,810m/sec이다.

지구 위성궤도까지 올리는데 필요한 9,400m/sec + 달로 향하는 궤도에 올라가는데 3,260m/sec = 12,660m/sec의 델타V가 필요한것을 감안하면 새턴-V로켓은 최종적으로 달까지 46톤 무게의 아폴로 우주선을 보내기에 간신히 충족하고 있다. 로켓 공돌이들은 이 수치만 보면 새턴-V 로켓이 최소한 달까지 아폴로 우주선을 보낼 수 있다는 것은 알 수 있다. 숫자계산에 꼼수는 없다. 그냥 된다면 되는것이다. 곱셈도 필요없고 더하기 빼기로 충분히 알 수 있다. 비추력과 델타V는 이렇게 로켓의 성능을 표시하는 거의 전부이다.

이제 달로 가는 궤도상에 놓인 새턴-V의 3단과 아폴로 우주선은 약 3일간 포물선궤도로 달로 향한다. 연료가 텅빈 3단로켓은 이제 필요가 없어서 버린다. 아폴로 우주선은 살짝 빠져나와서 후방에 놓인 달착륙선과 도킹후 꺼내서 3단로켓에서 거리를 벌리게 된다.

위 사진은 달가속을 끝내고 연료가 텅 빈 3단로켓에서 아폴로 우주선-착륙선이 분리하여 멀어지면서 찍은 사진이다. 저 3단로켓 잔해는 달표면까지 날아가서 충돌시켜 폐기한다. 아홉차례의 발사에서 딱 한개의 빈 연료통이 지금도 우주를 헤메고 있긴 하다.

4. 달에 도착한 아폴로 우주선과 착륙선 완벽 해부.

지상에서 발사중량이 무려 2,954톤에 이르는 새턴-V 로켓은 달까지 향하는 궤도에 아폴로 우주선을 올려놓고 임무를 다한다. 이제 남은 우주선과 착륙선의 무게는 고작 46톤이다. 45톤의 기계덩어리와 연료, 그리고 3명의 우주비행사와 생존에 필요한 장치/물자 약 1톤을 합친 무게다. (우주에선 사람 몸무게도 짐이다.)

그런데 따지고보면 아폴로 우주선과 착륙선도 사실 미니 다단로켓이다. 각단의 스펙을 한번 다시 따져본다.

- 사령선 : 무게 5.8톤 (연료 없음. 오로지 3명의 우주비행사가 머무는 공간, 대기권 재진입시 마지막까지 사용)

- 기계선 : 무게 24.5톤 (연료 18.4톤), 엔진비추력 314sec.

- 달착륙선 상단(귀환모듈) : 4.7톤 (연료 2.5톤), 엔진비추력 311sec.

- 달착륙선 하단 : 10.3톤 (연료 8.2톤), 엔진비추력 311sec.

+ 우주비행사 3명과 약간의 물자 몇백kg.

자... 요번에는 약간 계산이 복잡해진다. 왜냐면 일반적인 다단로켓처럼 아랫단을 계속 떼어내는 방식이 아니라서 그렇다.

위 그림이 아폴로 우주선 사령모듈이다. 3명의 우주비행사가 8일간의 달여행에서 주로 머무는 공간이다. 대기권 재진입시 엄청난 대기마찰열을 견디는 역할도 한다. 자체적인 추진력은 없다. 기계선이 부착되어 대기권에 재진입하기 직전까지 추진력을 내주기 때문이다. 그래서 무거운 연료무게가 빠지므로 가벼운 편이다.

이것은 아폴로 우주선 기계선모듈이다. (서비스모듈이라고도 한다) 25톤에 육박하지만 사실 대부분 연료무게다. 아폴로 우주선의 메인엔진 역할을 한다. 달에 도착해서 달 위성궤도 진입을 위해서는 엔진연소가 필요하다. 이때 달착륙선까지 몽땅 합쳐서 감당해야 하므로 전체 무게가 커서 연료를 많이 소모하게 된다. 하지만 달에서 귀환한 귀환선을 버리고 아폴로 우주선만 지구로 돌아올때는 무게가 가벼워져서 적은 연료만으로도 지구로 충분히 돌아갈 수 있는 추진력을 낼 수 있다. 이것이 아폴로 계획의 핵심인 '달궤도 랑데뷰' 방식의 장점이다.

위 그림은 달착륙선이다. 달착륙선에 대해 많이들 오해하는 것이 저렇게 작은데 어떻게 달에 착륙했다가 다시 이륙해서 달 위성궤도를 돌고 있는 모선에 도킹할 수 있느냐는 것이다. 근데 가능하다. 그것을 설명하기로 하자.

먼저 달에 아폴로 우주선이 도착해서 위성궤도 진입을 위해 역추진을 하게 된다. 이때 아폴로 + 착륙선의 무게를 몽땅 합쳐야 하므로 약 46톤이다. 기계선의 연료를 써서 엔진을 가동하므로 기계선의 연료량인 18.4톤, 비추력 314sec를 전지전능한 델타V 계산기에 넣어보자.

"달에 도착한 아폴로우주선 + 착륙선은 기계선 기준으로 보면 델타V는 1,570m/sec 이다."

하지만 달에 도착한 우주선의 달 위성궤도 형성을 위해 필요한 델타V 필요량은 맨 위의 도표에 나왔듯 680m/sec이다. 고로 아폴로 기계선은 전체 연료의 약 40% 가량을 써서 달위성궤도를 형성하고도  연료가 남는다. 그뒤 추가로 엔진을 연소하여 달 100km 궤도를 돌게 된다. 여기까지 하면 연료가 아마 절반 조금 넘게 소모가 될것이다.

그리고 달착륙선은 분리되고, 아폴로 우주선과 착륙선은 각자 독립적인 우주선으로 계산하게 된다.

달착륙선 조차도 2단 로켓 방식이다. 먼저 달에 착륙할때 대기권이 없어서 대기마찰 감속효과를 못얻기 때문에 순전히 착륙선의 엔진힘으로만 감속해서 월면에 착륙해야 한다. 이때 필요한 델타V가 최소한 1,730m/sec이다.

달착륙시 착륙선 하단의 엔진힘으로만 착륙한다. 착륙개시 시점에 착륙선의 전체무게는 15톤을 조금 넘는다. 착륙선 하단의 연료량 8.2톤과 비추력 311sec를 계산기에 넣어보면...

"달착륙시 착륙선의 델타V는 약 2,300m/sec 이다."

원래 이상적인 달착륙 델타V 필요량은 1,730m/sec 이지만 아폴로 계획에서는 처음에 2,220m/sec로 잡았었다. 실제로 아폴로 11호는 착륙 직전에 암석에 충돌할뻔 해서 잠시 호버링으로 이동하느라 연료를 더 소모하기도 했다. 착륙시 어느정도 여분의 연료가 필요한 이유다.

아무튼 달착륙선의 성능은 정말 간신히 달표면에 착륙을 시도할 수 있는 정도였다.

하지만 나중에 달에간 아폴로 15, 16, 17호는 무게 200kg짜리 월면차도 탑재했었다. 고로 약간의 무게 증가도 저렇게 작은 로켓인 달착륙선에서는 델타V가 크게 감소하는 효과가 있으므로 달착륙선에는 정말 무게를 한푼이라도 줄이려는 필사적인 노력이 들어갔다. 여분의 연료를 월면차 탑재로 소모하게 되므로 유사시 위험할 가능성이 증가한다. 연료가 부족하면 달표면에 사뿐히 내리지 못하고 하드랜딩을 하게 된다.

다시 달에서 이륙할때는 연료를 다 쓴 착륙선 하단을 버리고 상단의 귀환선만 이륙한다. 귀환선은 무게가 4.7톤, 연료는 2.5톤, 비추력은 311sec이다. 계산기에 입력하니...

"달에서 귀환시 귀환선의 델타V는 약 2,300m/sec 이다."

역시 다단로켓의 힘이다. 달에서 두명의 우주비행사를 데리고 다시 우주로 날아오를 수 있다. 달은 진공이라서 착륙시, 이륙시 필요한 델타V 필요량이 거의 같다. 왜냐면 대기마찰로 인한 감속이 없는 이상적인 환경이라서 오로지 뉴턴역학으로만 충분히 계산이 되기 때문이다.

실제 아폴로 11호의 경우에는 착륙시 델타V는 약 2,500m/sec, 귀환시 델타V는 2,220m/sec로 설계가 되었다. 아무래도 체중이나 이런 작은 변수를 필자가 제대로 입력하지 못했고, 상세한 데이터를 모르기 때문이지만 얼추 비슷한 결과는 나왔다. 대충하는거다. 10% 정도 오차가 난것을 비웃지는 말아달라.

아무튼 아폴로 달착륙선들은 달에서 수십kg의 월석까지 채취해서 모선으로 돌아올 수 있었다. 막판에는 100kg대의 월석도 가지고 왔다. 치명적인 무게증가로 위험했지만 아마 우주비행사를 몸무게 가벼운 사람으로 뽑았을 거로 짐작된다. 귀환선이 워낙 작은 로켓이라서 수kg의 무게변화에도 민감한 상황이었을 것이다.

여기서 많은 음모론자들이 꼬투리를 잡는것이, 지구에서 이륙할때는 델타V가 무려 9,400m/sec나 필요해서 3천톤짜리 로켓으로 고작 46톤의 아폴로 우주선을 달까지 보냈는데, 달에서는 어떻게 작은 귀환선으로 이륙해서 지구로 돌아오냐는 것이다.

달의 중력은 지구의 1/6이다. 그런데 위성궤도 진입을 위한 델타V는 거의 중력에 비례한다. 지구에선 9,400m/sec, 달에서는 1,730m/sec이다.

하지만 델타V 계산기를 두드리다 보면 로켓의 무게(연료량)에 대해서 델타V는 로그곡선으로 증가되는 것을 알 수 있다. 만약 9,400m/sec의 델타V를 얻을 수 있는 다단 로켓을 만들때, 무게 100톤짜리를 쏴서 위성궤도에 고작 2~3톤 올리기도 힘든것을 계산 결과 알 수 있다. 반면에 2,000m/sec 정도의 델타V만 내는 로켓을 설계하면, 1단로켓만으로도 100톤짜리를 쏘면 위성궤도에는 무려 50톤 가량 올라갈 수 있다.

델타V는 이런것이다. 중력이 조금만 더 큰 행성에서 이륙하려면 로켓의 무게는 중력에 정비례하는게 아니라, 중력의 제곱에 비례해야 한다. 달에서 이륙한 귀환선은 연료무게가 전체의 절반이었지만 충분히 귀환선과 우주비행사들을 다시 우주로 보낼 수 있었다.

이제 다시 달 주위를 돌고 있던 아폴로 우주선으로 와보자. 귀환선은 버리고 훨씬 가벼워진 무게로 지구로 돌아오게 된다. 지구에서 달까지 가려면 지구 위성궤도에서 추가로 3,260m/sec의 델타V가 필요했었다. 하지만 달에서 지구로 돌아올때는 상황이 약간 다르다. 

지구는 중력이 훨씬 크다. 아까 지구에서 달까지 갈때는 강력한 지구중력권을 벗어나서 달의 중력권까지 가야 하므로 힘이 많이 들었다. 반면에 달은 중력이 약해서 조금만 지구쪽으로 가속을 하면 금새 지구중력권에 다시 사로잡히게 된다.

소용돌이치는 물속에서 바깥쪽으로 빠져나가려면 수영칠때 어렵다. 하지만 소용돌이쪽으로 들어가려면 조금만 헤엄쳐도 금새 빨려가는 것과 같은 이치이다.

고로... 달에서 지구로 돌아오려면 약 1,000m/sec 정도의 델타V로도 어느정도 가능하다. 달 중력권에서 살짝 발돋움만 해도 자연적으로 지구 중력에 끌려서 고향으로 돌아오게 된다. 아까 아폴로 기계선은 달에 도착해서 동생뻘인 착륙선의 무게까지 감당하면서 힘들게 역추진해서 달 위성궤도에 진입했었다. 달도착시 계산했던 델타V는 잊자. 다시 지구로 돌아갈때는 남은 무게와 연료의 비율만 계산하면 달에서 출발하는 아폴로 우주선의 델타V가 다시금 계산된다.

아폴로 우주선은 넉넉해진(?) 델타V를 사용해서 달을 떠나 지구로 약 3일간에 걸쳐서 돌아오게 된다. 하지만 지구에 도착해서는 대기권마찰 때문에 진입각도가 매우 중요하다. 잘못하면 사령선이 대기권에서 불타버릴 수 있으므로 기계선의 추진력을 여러차례 이용해서 안전한 진입각도를 잡기위해 추가로 어느정도의 델타V를 사용해야 한다.

자~~ 이런 간단한(?) 계산으로도 아폴로 우주선은 충분히 달에 다녀올 수 있다는 것을 알 수 있을것이다. 문제는 진짜로 사람이 타고갔냐는 것인데...

당시 기술로는 로봇이 내려서 레이져반사판 설치하고 월석 캐오고 할 수 없다. 일단 아폴로 우주선이 달에 갔고, 착륙선이 진짜 착륙했다는 것은 이미 확인된 사실이다. 다른 나라들의 달탐사 위성들이 아직도 아폴로 착륙선의 잔해를 관찰하곤 한다.

이것도 거론하면 전혀 다른 쟁점이 되니까 음모론자들을 위해서 약간의 여지를 남게두자. 아폴로 달착륙선에 사람이 타고 있었을까? 아니면 로봇이 타고 있었을까?