우주 정거장(Space Station)
0. 목차
- ISS에서 우주 상업 시대로
- 상업용 궤도 수송 서비스(COTS)
- 상업 우주선 승무원 육성 사업(CCDeV)
- 민간 기업이 새로운 우주 정거장을 개발한다.
- 여러 가지 '우주 정거장' 계획
- 우주 정거장 모듈
1. ISS에서 우주 상업 시대로
지구 상공 약 400km를 비행하는 '국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'의 건설과 운용에는 미국, 러시아, 일본 등 14개국이 참가하고 있다. 태양광 패널을 포함하면 축구장 정도 크기의 거대한 구조물이기 때문에, 밤에 머리 위를 지나면 육안으로도 ISS가 비행하는 모습을 볼 수 있다.
ISS의 역사를 되돌아보면, 1982년에 미국이 시작한 '우주 정거장 계획(Space Station Project)'에 그 뿌리가 있다. 1985년에는 유럽, 캐나다, 일본이 참가를 결정했으며, 처음에는 미래에 실현될 달과 행성 탐사의 중계 기지로서의 기능 등을 포함한 대규모 계획이었다. 하지만 엄청난 개발비 때문에, 목적을 우주 실험으로 좁힌 우주 정거장 계획으로 바뀌었다. 1998년부터 1991년에 걸쳐 오랫동안 미국과 경쟁하던 '소비에트 연방(소련)'이 붕괴했다. 1993년에는 소련의 지위를 이어받은 러시아가 우주 정거장 계획에 참가하는 역사적인 대전환을 거쳐 현재의 ISS 계획이 그 형태를 갖췄다. ISS는 참가국이 각자의 기술로 건설해 공동으로 운영하는 형태이다. 러시아는 '유도(Guidance)', '항법(Navigation)', '통제(Control)', '메인 추진 기관' 등을, 미국은 '실험실(Laboratory)', '태양전지판(Solar Panel)', '추가 생명 유지 장치' 등을 담당한다. 또 일본은 '기보우(のぞみ)' 일본 실험동을 만들었다.
2. 상업용 궤도 수송 서비스(COTS)
'국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)' 건설과 병행해, 미국에서는 민간 기업의 우주 상업 활동도 계속되었다. 2006년에는 '상업용 궤도 수송 서비스(COTS: Commercial Orbital Transportation Services)'의 상세 내용을 결정하고, ISS에 물자를 수송하는 로켓과 무인 수, '송선을 민간 기업이 개발하도록 지원했다. COTS에 따라 '스페이스 X(Space X)'의 '팰컨 9(Falcon 9)' 로켓과 '드래건(Dragon)' 우주선, '오비탈 사이언스(Orbital Science)'의 '안타레스(Antares)' 로켓과 '시그너스(Cygnus)' 우주선이 개발되었다.
이 우주선들은 '상업용 보급 서비스(CRS: Commercial Resupply Service)'에 의해, '미국 항공우주국(NASA: National Aeronautics and Space Administration)'가 각 회사로부터 '국제 우주 정거장(ISS)' 수송 서비스를 구입하는 형태로 운용된다. '상업용 보급 서비스(CRS)'는 2016년에 '페이즈 2(CRS-2)' 계약이 체결되어, '드래곤 우주선(Dragon)', '씨그너스 우주선(Cygnus)' 외에 '시에라 네바다(Sierra Nevada)'의 '드림 체이서(Dream Chaser)' 우주선도 선발되었다.
3. 상업 우주선 승무원 육성 사업(CCDeV)
'미국 항공우주국(NASA)'는 2010년에 민간 기업이 우주 비행사를 우주로 보내는 '상업 우주선 승무원 육성 사업(CCDeV: Commercial Crew Development)'을 시작했는데, 이에 따라 '블루 오리진(Blue Origin)', '보잉(Boeing)', '시에라 네바다(Sierra Nevada)', '스페이스 X(Space X)' 등이 선발되어 유인 우주선 개발에 착수했다. 2020년에는 '스페이스 X가 '크루 드래곤(Crew Dragon)' 우주선의 상업 운용을 시작했다. '크루 드래곤(Crew Dragon)' 우주선은 우주 비행사만이 아니라 민간인의 우주 비행도 실현해, 우주 비즈니스 시대의 도래를 많은 사람들에게 각인시켰다.
4. 민간 기업이 새로운 우주 정거장을 개발한다.
우주를 상업용으로 이용하는 추세는 '우주 정거장(Space Station)' 분야로도 확대되고 있다. 복수의 상업용 우주 정거장이 건설되면, 우주 비행사만이 아니라 민간인의 우주 비행도 확대되어, 많은 사람이 우주로 가게 될 것이다. 동시에 직업 우주 비행사는 달과 화성을 중심으로 활동하게 된다.
2021년 12월에는 '상업용 지구 저궤도 개발(CLD: Commercial Low-Earth Orbit Development)' 프로그램으로서, '블루 오리진(Blue Origin)'을 중심으로 한 '오비탈 리프(Orbital Reef)', '나노랙스(Nanoracks)'를 중심으로 한 '스타 랩(Star Lab)', '노스롭 그루먼(Northrop Grumman)' 등이 개발한 우주정거장, 이렇게 세 가지 계획이 선택되어 NASA가 개발을 지원한다는 발표가 있었다. 그리고 그 직후인 2022년 2월에는 '국제 우주 정거장(ISS)'을 2031년 1월에 퇴역시켜 대기권에 재돌입시키는 검토안을 NASA가 공표했다. 'SS의 퇴역은 아직 정식 결정되지는 않았다. 하지만 NASA가 몇 개의 상업용 우주 정거장의 개발을 지원해 온 사실로 볼 때, 민간 기업이 중심이 되어 ISS를 대신할 우주 정거장을 개발하는 움직임이 가속될 것이 분명하다. 앞으로는 NASA를 비롯한 국가 기관도 '상업용 우주 정거장(Commercial Space Station)'의 고객이 되어, 이용료를 지불하고 우주 비행사를 체류시키거나 우주 실험을 실시하게 된다.
그리고 미국에서 국가의 우주 기관은 달 표면과 달 궤도의 유인 우주 개발 계획인 '아르테미스 계획(Artemis Program)'이 진행된다. 순조롭게 진행되면 2025년 무렵에는 인류는 다시 달 표면을 밟게 된다. 그 후 달 궤도에 새로운 우주 정거장인 '루나 게이트웨이(Lunar Gateway)'를 건설해 달 표면 개발만이 아니라, 그 후 이어질 유인 화성 탐사의 거점으로도 기능할 예정이다.
5. 여러 가지 '우주 정거장' 계획
5-1. 액시엄 스테이션(Axiom Station)
- 회사: 액시엄 스페이스(Axiom Space)
- 완성 시기: 2031년 예정
2020년 1월에는 ISS의 상업용 모듈 개발에 '액시엄 스페이스(Axiom Space)'가 선정되었다. 이 회사는 2024년에 자신들이 개발한 최초의 상용 모듈 '액시엄 세그먼트(Axiom Segment)'를 발사해 ISS와 접속할 예정이다. '액시엄 스페이스(Axiom Space)'는 모듈을 단계적으로 발사해, 2031년까지는 ISS에서 독립한 '액시엄 스테이션(Axiom Station)'을 만들 계획이다.
5-2. 오비탈 리프(Orbital Reef)
- 회사: 시에라 네바다(Sierra Space)
아래의 그림은 미국의 '블루 오리진(Blue Origin)'과 '시에라 네바다(Sierra Nevada)'의 자회사인 '시에라 스페이스(Sierra Space)'가 개발하는 우주 정거장 '오비탈 리프(Orbital Leap)'의 상상도이다. '국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'와 비슷한 넓이로, 과학 실험만이 아니라 관광객도 받는다. 영화 제작, 우주 호텔 개업 같은 비즈니스를 목적으로 한 시설과 설비 대여도 가능해, '오비탈 리프'를 무대로 다양한 우주 비즈니스가 꽃 필 것이다.
오비탈 리프의 거주 모듈은 '거주 영역', '연구 영역' 등 목적에 따라 영역이 구분되어 있어, 누구든 목적에 맞춰 쾌적하게 지낼 수 있다. 인공 조명으로 채소를 기르는 채소 공장, 실험실, 운동 기구 등도 설치될 예정이다.
5-2-1. 드림 체이서(Dream Chaser)
'오비탈 리프(Orbital Leap)'의 수송에는 '드림 체이서(Dream Chaser)' 등이 사용된다. '드림 체이서'의 아시아 거점으로 일본의 '오이타 공항(Oita Airport, 大分空港)'이 사용될 예정이므로, 오이타에서 오비탈 리프로 여행할 수도 있을 것이다.
5-3. 스타 랩(Star Lab)
- 회사: 나노랙스(Nanoracks) (미국)
- 특징: 우주의 과학 공원
'스타 랩(Star Lab)'은 미국의 '나노랙스(Nanoracks)'가 '보이저 스페이스(Voyager Space)', '록히드마틴(Lockheed Martin)'과 함께 개발하고 있는 '상업용 우주 정거장(Commercial Space Station)'이다. '나노랙스'는 구 소련의 우주 정거장 '미르(러시아어: Мир)'의 상업 활동을 도운 경험이 있는 '제프리 맨버(Jeffrey Manber)'가 창설한 회사이다. '스타 랩'은 외압부의 용적이 340m3로, ISS의 40% 정도 되는 공간에서 4명이 체류하는 것을 상정했다. 생물학, 식물 재배, 물리학, 재료과학 등의 연구 시스템을 갖춘 과학 공원으로서 기능하며, 최첨단 과학 연구를 지원한다.
5-4. 파이어니어 스테이션(Pioneer Station)
- 회사: 오비탈 어셈블리(Orbital Assembly)
- 특징: 인공 중력을 갖춘 우주 정거장
'파이어니어 스테이션(Pioneer Station)'은 미국의 우주 벤처기업인 '오비탈 어셈블리(Orbital Assembly)'가 계획중인 우주 정거장이다. 거주 공간을 회전함으로써, 0.57G까지의 범위 안에서 유사 중력을 만들어낼 수 있다. 완성되면 세계 최초로 중력이 있는 우주 정거장이 된다. 이 정거장에는 약 400m3의 거주 모듈 5개가 있어 최대 28명이 체류할 수 있다. 2025년부터 운용을 시작할 예정이다. 두 번째 그림은 거주 모듈 안의 모습을 그린 상상도이다.
5-5. 보이저 스테이션(Voyager Station)
- 회사: 오비탈 어셈블리(Orbital Assembly)
- 특징: 거대한 우주 호텔
'보이저 스테이션(Voyager Station)'은 '파이어니어 스테이션(Pioneer Station)'과 마찬가지로 미국의 우주 벤처기업인 '오비탈 어셈블리(Orbital Assembly)'가 계획 중인 우주 정거장이다. 거주 공간을 최대 400명을 수용하는 거대 우주 정거장이다. 원래 '보이저 스테이션' 계획이 먼저 발표되었지만, 소형 파어오니어 스테이션을 먼저 개발·운용한다. '파이어니어 스테이션'을 운용하면서 얻은 지식과 경험은 '보이저 스테이션' 개발과 운용에 활용될 것이다.
5-6. 톈궁(天宮)
- 국가: 중국
- 특징: 우주 강국의 상징, 중국의 우주 정거장
- 완성 시기: 2022년 11월 3일
'톈궁(天宮)'은 중국이 독자적으로 개발한 우주 정거장이다. 2021년 4월 29일에 'Core 모듈'인 '톈허(天河)'가 발사되었고, 거기에 실험실 모듈인 '원톈(问天)', '멍톈(梦天)'이 연결되어 3개의 모듈로 구성된 우주 정거장 '톈궁'이 2022년 11월 3일에 완성되었다. 중국은 우주 개발에서 '우주 강국'의 자리를 노리고 있으며, 2023년에는 지름 2m인 우주 망원경인 '쉰톈(巡天)'을 쏘아 올릴 예정이다.
5-7. 루나 게이트웨이(Lunar Gateway)
- 국가: 미국, 유럽, 일본 등이 참가
- 특징: 인류 최초의 달 우주 정거장
'루나 게이트웨이(Lunar Gateway)'는 달을 남북으로 도는 고도 4000~7000km의 가늘고 긴 타원 궤도 위에 만들어질 새로운 우주 정거장이다. 궤도면이 늘 지구를 향하기 때문에, 항상 지구와의 통신을 확보할 수 있다. 게이트웨이는 달 표면 유인 활동의 거점, 과학 실험실, 미래 유인 화성 탐사를 위한 기술 개발 등 다양한 역할을 한다. 미국, 유럽, 일본 등이 참가해 공동으로 건설·운용한다. '게이트웨이(Gateway)'는 ''국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'과 마찬가지로 각각의 모듈을 단계적으로 발사해, 궤도상에서 연결한다. 최초 모듈은 2024년 무렵에 발사될 예정이다.
6. 우주 정거장 모듈
6-1. HALO(Habitation and Logistics Outpost)
- 회사: 노스롭 그루먼(Northrop Grumman)
- 특징: 거주 모듈
'HALO(Habitation and Logistics Outpost)'는 '노스롭 그루먼(Northrop Grumman)'이 개발 중인 모듈로, 우주 비행사가 활동할 영역이 된다. '오리온(Orion)' 우주선과 달 착륙선의 도킹, 그리고 새로운 모듈과의 연결 등을 위한 3개의 도킹 보드가 있다. 모듈의 지름은 3m 이며, 오리온 우주선과 도킹한 상태에서 4명의 우주 비행사가 최대 30일 체류할 수 있다. 선내에는 과학 실험과 운동을 위한 장치, 선외에는 통신 기기와 우주 기상 관측 장치 등이 설치될 예정이다.
6-1. PPE(Power and Propulsion Element)
- 회사: 노스롭 그루먼(Northrop Grumman)
- 특징: 전력 추진 모듈
태양 전지로 최대 60kW의 전력을 만들어 낸다. 원래 계획에서는 'PPE(Power and Propulsion Element)'와 'HALO(Habitation and Logistics Outpost)'를 따로 발사해 궤도상에서 도킹시킬 예정이었지만, 경비 절감을 위해 2개의 모듈을 지상에서 합체한 후, '스페이스 X(Space X)'의 '팰컨 헤비(Falcon Heavy)' 로켓으로 발사할 예정이다. PPE로 만든 전력은 '게이트웨이(Gateway)'의 자세 제어와 궤도 이동에 사용되는 한편, 선내의 기기와 설비 등에도 공급된다.
