우주왕복선 조종

비행기의 화려한 곡예비행을 본 적이 있나요? 하늘 위로 솟구쳐 올라가거나 비스듬히 비행하기도 하고, 비행기를 회전하기도 하는 곡예비행은 비행기의 수직꼬리날개에 있는 방향타, 수평꼬리날개에 있는 승강타, 비행기의 주날개에 있는 보조날개(에일러론)를 움직여 비행기의 방향과 자세를 조종하게 됩니다.

공기가 없다면 이런 비행기 조종은 할 수가 없어요.

그런데 공기가 없는 우주에서 우주왕복선은 어떻게 자세를 조종할 수 있을까요?

왕복선의 머리쪽과 뒤쪽 좌우에는 반작용 조종 장치(RCS·Reaction Control System)가 있습니다.

앞쪽에 위치한 반작용 조종 장치는 14개의 주 엔진과 2개의 보조 엔진을 가지고 있고, 뒤쪽의 좌우 반작용 조종 장치는 12개의 주 엔진과 2개의 보조 엔진을 가지고 있어 총 44개의 로켓 엔진을 가지고 있답니다.

이 로켓 엔진을 통해 가스를 분사함으로써 우주왕복선의 자세를 조종하는데 로켓의 머리쪽 아래에서 로켓이 점화되어 가스를 분사하게 되면 우주왕복선은 위로 움직이게 됩니다. 이 움직임을 멈추게 하기 위해서는 우주왕복선의 머리 부분에 있는 로켓을 점화시켜 가스를 위쪽으로 분사하게 함으로써 아래쪽으로 힘이 작용하도록 해야 합니다.

우주왕복선의 움직임은 작용 반작용의 법칙에 의해 설명될 수 있어요. 우주왕복선은 로켓을 어떤 쪽으로 얼마만큼 분사하느냐에 따라 그 반대방향으로 힘이 작용하여 움직이게 되는 것이죠. 비행기 조종사가 날개의 공기 흐름을 바꿔 자세를 조종하는 것과는 달리 우주왕복선은 로켓 분사를 통해 자세를 조종하게 되는 거랍니다.

우주왕복선 조종사는 조종간의 움직임에 따라 우주왕복선의 자세가 어떻게 되는지만 알면 됩니다. 컴퓨터가 알아서 조종간의 움직임에 따라 알맞은 로켓을 점화시켜 분사시켜 주기 때문이죠.

우주왕복선이 궤도를 바꾸려면 왕복선의 속도를 바꿔야 하는데 궤도 조종 장치는 큰 속도 변화를 위해 사용하는 장치로 궤도 진입, 궤도 변경, 랑데부, 궤도 이탈 등을 할 때 사용됩니다.

궤도 이탈을 위해서는 두 개의 궤도 조종 장치가 다 사용되는데 각각의 궤도 조종 장치 엔진은 6000파운드(약 2700㎏)의 추력을 낼 수 있는 로켓 엔진입니다. 우주왕복선의 속도를 1초에 3피트(약 91.4㎝)에서 6피트(약 183㎝) 변화시키는데 보통 한 개의 궤도 조종 장치 엔진이 사용됩니다.

이 장치를 통해 우주왕복선은 앞을 향해 속도를 낼 수 있게 되는 것이죠.

생활 속에서 볼 수 있는 현상 중에 작용 반작용 법칙으로 설명할 수 있는 것들이 많아요. 우리가 걸을 때 발로 땅을 밀면 땅도 우리를 동시에 밀어 걸음을 걷게 되죠.

또한 자동차가 달릴 때도 자동차 바퀴가 도로를 밀면 동시에 도로가 자동차 바퀴를 밀어 자동차가 달릴 수 있게 되는 거랍니다. 생활 속에서 찾아볼 수 있는 작용 반작용 법칙을 우주왕복선 조종에서도 볼 수 있다니 참 신기하죠?

김지연 서울백운초등학교 교사 <한국항공우주연구원 자료 제공>

[e-mail] 홍석근 기자