이 아름다운 자태를 보아라.

우주왕복선에 달린 에어로제트 로켓다인 RS-25 엔진은 1.86MN의 추력을 내며, 짐벌각도는 무려 ±10.5도에 이른다.

우주왕복선의 외부연료탱크에는 55만 리터의 액화산소와 148만 리터의 액화수소를 저장하며, 우주왕복선은 약 200만 리터의 연료를 9분만에 모두 써버린다.

최대 페이로드 무게 29톤과, 길이 18미터에 폭 4.6미터의 커다란 카고베이의 존재.

135회의 발사가 기록하듯, 우주왕복선은 우주의 화물차로서 묵묵히 자신의 업무를 수행해왔다.

인류 과학기술의 정수이자, 인류의 발이었던 기체. 그 육중한 무게와 거기에서 나오는 위압감으로, 평범한 인간이라면 그 자태를 보자마자 바지에는 오줌을 지리고 윗입로는 성조기여 영원하라를 줄줄 읇어댈 것이다. 

그러나 대중들이 생각하는 우주왕복선의 그 인지도에도 불구하고, 이제 우주왕복선은 박물관에서나 볼 수 있는 신세가 되었다. 어쩨서일까?

먼저 경제적 문제가 있었다. 앞서 이야기했듯, 기존의 중(重) 로켓이었던 타이탄을 발사하는것과 완전 재활용 가능한 셔틀을 개발 후 타이탄 대신 셔틀로 발사하는 것을 비교할 때, 셔틀이 계획했던 개발시간과 자금을 그대로 사용한다고 가정했을 때 조차 기존 시스템과 비교해 1.5% 정도의 이득밖에 볼 수 없었고, 최소한 50회 이상 발사해야 미국 정부가 예상하는 예산적 이득이 나온다는 결과가 나왔다.

그러나 우리가 이미 알다시피, 완전 재활용 가능한 셔틀은 실패했다. 연료탱크는 일회용이고 고체로켓 부스터는 재활용 자체는 가능했지만, 오히려 재활용을 함으로서 더 많은 비용이 들게 되었다.

무슨 소리인가 하면 저 고체로켓 부스터는 하나로 이루어진 것이 아니라, 여러개의 수많은 조각으로 이루어졌다. 우주왕복선이 발사되고 고체로킷 부스터가 떨어져나가 낙하산을 타고 내려와 바다에 추락했을 때, 부스터가 손상을 안입었으면 좋겠지만, 어쩔 수 없이 손상을 입을 수 밖에 없다.

이 조각들은 각각 분리되어 세척된다음 다시 검사를 해서 손상된 부분은 버리고 멀쩡한 부분은 다시 다른 부스터에 넣어서 연료를 충전시키고 다시 발사... 보다시피 딱 재사용"만" 가능하고 실제로는 재사용을 하는 것이 인양과 세척, 검사 등으로 비용과 시간을 낭비하며, 이래도 손실되는 부분이 존재한다는걸 고려하면 "당연히" 추가 비용이 존재할 수 밖에 없는 것을 알 수 있다.

그렇다고 우주왕복선 오비터, 즉 본체는 어떠한가?

우주왕복선 오비터 각각의 수명은 발사 100회분이었다. 이건 우주왕복선 각각이 100회의 발사를 아무 정비 없이 그대로 할 수 있다는 이야기가 아니라, 우주왕복선의 기골이 딱 100번까지의 발사를 견디도록 제작되었다는 것을 의미한다.

그리고 우주왕복선의 내열타일은 유리섬유로 구성되어있다. 문자 그대로다. 우주왕복선의 내열타일은 융용된 실리카 유리를 흩뿌리고 굳혀서 만들며, LI-900 타일은 부피 기준으로 94%가 공기로 이루어져있고 우리가 생각하는 타일은 고작 6%에 지나지 않는 부피를 가지고 있다.

타일은 매우 효과적으로 열을 막아낼 수 있지만, 외부의 충격에 극도로 취약한 단점이 있다. 그래서 착륙한 우주왕복선은 무조건 오버홀이 이루어져야 했으며, 재진입 후 손상된 타일은 교체 혹은 수리를 해야했다.

정리해보자. 1981년 개발된 이래로 연간 50회 이상 발사가 이루어져야 했으나 정작 30년간 135회 발사가 고작. 발사 후 오비터는 착륙한 뒤에 오버홀이 필수였으며 연료탱크는 일회용에 고체연료 부스터는 전부 재활용도 불가능한데다 검사와 조립비용이 더 나온다? 이는 우주왕복선이 가진 치명적인 단점이었다.

물론, 이는 우주왕복선의 문제가 아니었다. 우주왕복선은 화물차였다. 단순히 사람을 우주에 보내고, 인공위성을 궤도에 올리는 기체가 아니었다.

우주왕복선은 더 큰 로드맵, 통합 프로그램 계획을 위한 하나의 도구이자, 전제조건이었을 뿐이니까. 화성과 달에 영구 기지를 건설하고 행성간 우주선을 쏘아올리기 위해 개발된 기체가, 졸지에 모든 계획을 취소당했으니 우주왕복선 역시 토사구팽 신세가 되는 것은 너무나도 뻔했다. 비록 ISS의 건설 때문에 우주왕복선은 그 수명을 연장시킬 수 있었으나, 반대로 말해 ISS의 건설이 완료되자 조지 부시는 우주왕복선의 단계적 퇴역 명령서에 사인하는데 거침이 없을 수 밖에 없었다.

문제는 또 있었다. 우주왕복선의 안전 문제가 바로 그것이었다.

1986년 1월 28일, 우주왕복선 챌린저는 발사 73초만에 공중에서 폭발, 승무원 전원이 (7명) 사망하는 엄청난 사고를 일으켰다. 우주왕복선 프로그램의 25번째 발사였고, 헬리 혜성을 관측하러가는 전세계의 관심을 끄는 임무를 수행하기로 되어있었는데다, 무엇보다 레이건 정부의 "우주 선생님" 임무 (TISP, Teacher In Space Program)에 따라 민간 선생님을 우주인으로 만들어 우주에서 학생들에게 교육을 하기 위해 순수 민간인 출신의 크리스타 맥컬리프가 선발되어 선생님이 우주에 가는 모습을 보기위해 미국 전역의 학교에서 발사 장면을 생방송으로 중계하던 중 사고가 일어남에 따라... 엄청난 혼란을 일으켰다.

너무나도 잘 알려진 사고이기 때문에 원인도 다들 잘 알거라 생각한다. 그래도 설명하자면, 앞서 말했던 것 처럼 고체연료 부스터는 하나의 파츠로 만들어진 것이 아니다. 부스터는 4개의 주요 부분으로 이루어져 있으며, 각각의 모듈은 조립 후 O-ring 이라는 고무 부품으로 밀봉된다. (참고로 O-ring은 둥근 고무모양 파츠 일체를 말하는거라, 부스터에만 쓰이는 장비는 아니다)

챌린저 발사 전, 온난한 플로리다의 기후에도 불구하고, 우주왕복선 프로그램 이래 사상 최저 온도였던 -8도까지 떨어졌고 발사대에 고드름이 쌓일 정도로 추운 날씨가 이루어졌다. 엔지니어들은 이러한 O-링의 성능을 우려해 우주왕복선의 발사를 연기해달라고 했으나, 결론적으로 이는 거부되었다.

검사요원들은 우주왕복선의 왼쪽 부스터는 내부온도가 -4도였지만, 오른쪽 부스터는 내부온도가 무려 -13도까지 떨어졌다는걸 확인했지만, 발사 시퀸스를 위한 보고체계에 부스터의 내부 온도 보고 의무는 없었기 때문에 이는 보고되지 않았다.

강추위가 계속되며 발사대의 각종 배관이 얼어붙기 시작하자 작업자들은 파이프가 얼지 않도록 일부러 물을 조금씩 흘려보내기 시작했고 이는 엔지니어들이 이렇게 생긴 얼음들이 발사 때 우주왕복선을 타격해 사고를 일으킬 수 있다고 불안해했지만, 역시나 이는 KSC와 JSC에 의해 발사에 문제가 없다고 확언되었다. 다만 얼음이 녹을 수 있도록 발사가 1시간 지연되었다. (발사 전, 기온은 영상 2도였다.)

챌린저가 발사되었을 때, 오른쪽 고체연로 부스터에서 검은 연기가 발생했다. 이는 별로 좋은 신호가 아니었다. 원래 부스터의 각 부분은 O-링으로 완전히 밀봉되어야 했는데, 추운 날씨로 인해 O-링이 수축, 결과적으로 부스터의 화염이 노즐이 아닌 다른 곳으로 새어나가고 있다는 것을 의미했기 때문이다.

그러나 동시에 부스터에서는 화력을 높이기 위해 알류미늄을 썼고, 반쯤 녹은 알류미늄 산화물이 이렇게 생긴 구멍에 쌓임으로서 일종의 방화벽을 만들었기에 당시에는 사고 사실을 확인하지 못했다.

어쨌든 우주선은 그대로 발사되었고, 발사 약 37초 후 윈드시어 (강한 측풍)를 받았다. 윈드시어 자체는 우주왕복선의 설계한계 이내에 있었지만, 강한 측풍이 알류미늄 산화물을 구멍에서 치우기에는 충분했다. 부스터의 화염은 다시 O-링을 직접 태우기 시작했고, 연기가 아닌 화염이 부스터 밖으로 직접 분출되기 시작했다.

부스터에서 나온 화염은 하필 우주왕복선의 외부 연료탱크쪽으로 분사되기 시작했고, 액체 수소 탱크로 향했다. 발사 66초 후, 엄청난 화염에 외부 연료탱크의 액체수소 탱크는 더이상 버티지 못하고 구멍이 뚫렸으며, 발사 72초 후 우측 부스터를 지지하는 후방 스트럿과 부스터가 떨어져나갔다.

이 충격으로 액체 수소탱크가 파열되며 13MN에 달하는 힘으로 파열되지 않은 액체 산소탱크를 타격했고, 동시에 우측 부스터 역시 외부 연료탱크와 충돌했다. 이러한 타격으로 인해 우주왕복선의 자세와 방향이 변경되었으며, 마하 1.9로 비행중이던 챌린저는 고속으로 이동중 갑작스러운 자세변경에 버티지 못하고 그대로 유체역학적 힘을 받아 그대로 파괴, 폭발하고 만다.

폭발 후에도 승무원 구역은 폭발의 충격에 버텼고, 최소한 3명이 폭발 직후 이후에 즉사하지 않고 살아남아 우주선을 통제하기 위해 애썼을 것이라는 것이 밝혀졌다.폭발 전 우주선이 워낙 빠르게 이동중이었기 때문에, 승무원 구역은 폭발 이후로도 25초동안 우주로 날아가 고도 20km까지 도달했기에 이때 그들이 비상탈출을 시도했다면 살아남을 수 있었을 가능성이 있다는 의견이 나오기도 했다.

그러나 우주왕복선은 비상탈출 시스템이 장착되지 않았고, 폭발 2분 45초 후, 승무원 모듈이 333km/h의 속도로 바다에 추락하며 모든 승무원은 사망한채 발견된다. 착수때 무려 200G의 중력가속도를 경험했다 하니, 살아남을레야 살아남을 수가 없다고 보는게 정확하겠다.

앞서 말했듯, 최초의 우주-선생님 임무를 위해 CNN이 실시간 중계중이었고 수많은 학생들과 사람들이 시청중이었기에 이번 충격은 더했고, 잘못된 의사결정이 도마에 오르면서 나사는 엄청난 비판에 직면하게 된다. 특히 유명한 물리학자, 파인만이 찬물에 O-링을 넣는 실험을 보여줌으로서 나사는 자신을 옹호하려는 시도에 찬물이 끼얹어졌으며 우주왕복선을 대폭 수정해야했다. 새로운 안전 부서가 신설되었으며, 고체연료 부스터가 재설계되었고, 수많은 우주왕복선의 오류들이 개선되었다. 또 이때 TISP는 폐기되었고, 우주왕복선의 발사 프로그램들은 지나치게 많은 발사 때문에 안전불감증에 걸렸다고 비난받은채 2년 8개월동안 늦혀졌으며 챌린저를 대체하기 위한 새로운 오비터, 엔데버가 건설되었다.

이로서 우주왕복선 계획은 다시 궤도에 진입했으나, 우주왕복선의 수난은 여기까지가 아니었다.

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