우주왕복선의 착륙

5, 4, 3, 2, 1…0. 우주 로켓이나 우주왕복선이 발사될 때 사람들은 방송을 통해 이륙 장면을 보며 함께 카운트를 외친다. 하지만 착륙 장면은 보통 뉴스를 통해 언제 착륙했다는 뉴스만 들을 뿐 그 과정은 잘 모른다.

우주왕복선은 미국항공우주국(NASA)이 개발한 우주 수송수단으로 우주공간과 지구 사이를 몇 번이고 왕복할 수 있도록 만들어진 유인 우주선으로 지구 근방 우주공간의 생활화를 목적으로 만들어졌다.

우주왕복선은 거대한 우주선이 타이탄 로켓의 등에 올라탄 형식의 로켓이며 위성궤도에 도달하는 궤도선(軌道船), 액체연료를 공급하는 거대한 연료탱크, 이 모두를 강력하게 지상에서 쏘아 올리는 고체연료로켓 등으로 만들어졌다.

연료탱크 양쪽에 달려 있는 부스터(booster)는 고체연료로켓이다.

이것은 상승 비행을 촉진하기 위한 것으로 1만1800t의 추력을 낼 수 있으며 발사 후 2분이 지나면 본체에서 분리돼 발사지점에서부터 180㎞ 떨어진 바다 위에 낙하산으로 떨어진다.

궤도선은 연료탱크의 등쪽에 고정 설치돼 있는데 길이는 37.28m, 동체의 지름은 4.6m 정도다. 위성궤도까지 올라가는 데는 강력한 로켓기관을 사용하지만 궤도를 떠나 지구로 귀환할 때는 글라이더와 같이 기관 활공비행하면서 내려온다. 이 때문에 너비가 23.77m나 되는 대형 삼각날개가 달려 있다.

우주왕복선의 착륙 방식은 궤도 조종용 로켓을 역분사해 지구 대기권으로 진입하는 방식이다. 기본적으로 보통 활주로 같은 곳에 착륙하며 비행기처럼 바퀴가 밑바닥에서 나와 지상에 착륙해 낙하선을 펴서 속도를 줄여 착륙한다. 날개가 있는 이유는 대기에서 안정적으로 자세를 잡기 위해서다.

대기권에 진입한 왕복선의 속도는 초음속이지만 계속적인 S자 비행으로 왕복선의 속도를 떨어뜨리게 되는데 엔진을 사용하지 않고 글라이더의 원리처럼 활강비행을 한다. 엔진의 연료가 너무 많이 남아 있으면 셔틀 설계 구조상 대기권 진입시 열 때문에 폭발 위험성이 있어 대기권 진입 전에 연료를 다 쓰든지 버리든지 한다. 이후 글라이딩 비행을 해 비행장의 위치를 확인해 정 위치시킨 후 빠르게 내려온다. 그리고 바로 조종간을 당겨 기수를 들어 올린 후 착륙한다.

우주왕복선이 착륙할 때 속도는 일반적인 비행기에 비해 1.5∼2배가량(시속 342∼364㎞) 빠르며 연료를 다 버리고 내려와 다시 자체 추진할 연료가 없어 착륙에 실패하면 다시 상승해 착률을 재시도할 수 있는 여지가 없다.

그리고 착륙 속도가 높기 때문에 지표에 바퀴가 닿으면 후방에서 낙하산이 펴진다.

캘리포니아 에드워드 공군 활주로에 착륙한 우주왕복선은 재발사를 위한 점검과 정비를 위해 특별 수송기로 다시 플로리다의 존 F 케네디 우주센터로 이동하게 된다.

우주 왕복선을 수송하는 비행기는 보잉 747-100 또는 747-100SR가 사용되는데 우주왕복선의 수송을 위해 객실 내부를 비우고 동체 내부에 지지대를 추가해 무거운 우주왕복선의 하중에 견딜 수 있도록 특수하게 제작됐다.

/이학명 과학칼럼니스트 자료제공 한국항공우주연구원