▣ [기고] 테마가 있는 인공위성 이야기 - (12) 

 

▲ 태양전지판을 접은 상태의 선조우 우주선 ⓒ

 

중국의 과학 기술력을 논할 때에 흔히 하는 말 중에 양탄일성(兩彈一星)이라는 말이 있습니다. 폭탄 두 개와 별 하나라는 뜻인데 원자폭탄, 수소폭탄, 인공위성을 의미하는 말입니다.

아테네 올림픽에서도 보았듯이 다방면에서 급속도로 성장하고 있는 중국은 과학기술, 경제규모, 군사, 스포츠 등 여러 면에서 초강대국 미국과 함께 세계를 움직이는 중심 국가로 발전하고 있습니다. 이제는 원자바오 총리의 한 마디에 세계의 증시가 들썩할 정도로 막강한 영향력을 가진 국가가 되었습니다.

우주 개발 분야에서의 중국의 성장을 단적으로 보여준 사건이 2003년 10월 15일에 있었던 중국 최초의 유인 우주선 선조우(神舟) 5호의 비행이었습니다. 당시 선조우 5호는 21시간 동안 지구를 14 바퀴 공전한 다음 중국 내륙의 네이멍구 근처 사막에 무사히 착륙했고 재진입 캡슐에는 38세의 공군 중령 양리웨이가 타고 있었습니다.

선조우 5호의 비행 성공 후 중국 전역은 ‘중국 천년의 꿈’이 실현 되었다며 축제 분위기에 휩싸였고 주변 국가들에 ‘중국의 힘’을 과시한 계기가 되었습니다.

‘하늘이 내린 배’라는 뜻의 선조우(神舟)라는 이름은 1999년 11월 당시 중국 공산당 총서기였던 장쩌민(江澤民)이 최초의 무인 발사 시험을 앞두고 직접 지은 이름입니다. 중국에는 고대로부터 ‘항아’라는 여인에 대한 전설이 전해지고 있다고 합니다.

옛날에 본래는 하늘나라의 신이었다가 죄를 짓고 땅으로 쫓겨나와 살던 ‘후예’와 ‘항아’라는 부부가 있었다고 합니다. 한 번은 후예가 ‘곤륜산’의 여신 서왕모(西王母)의 불사(不死)약을 훔쳐내어 아내인 항아에게 맡겼는데 그걸 항아가 몰래 마셔버리고 맙니다.

약을 마신 항아는 몸이 둥둥 떠오르게 되는데 그제야 자신의 잘못을 깨달은 항아는 달나라의 월궁으로 도망치게 됩니다. 그런데 월궁에 닿자마자 서왕모의 저주 때문이었는지 항아의 몸이 흉측하게 변해서 두꺼비가 되고 말았다는 전설입니다.

그때부터 아내인 항아를 찾아 월궁으로 떠나고 싶은 후예의 간절한 소망이 전해 내려왔고 드디어 그 소망이 현실로 나타난 것이 이번의 유인 우주선 발사입니다. 아내를 찾아 떠나는 후예가 달까지 갈 수 있도록 하늘의 신이 내린 배, 그것이 선조우인 셈입니다.

겉으로는 잘 드러나지 않았지만 사실 중국의 유인 우주선 개발에 대한 시도는 이번이 처음은 아니었습니다. 세계 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호가 발사된 직후부터 중국은 이미 유인 우주선에 대한 연구를 시작했습니다. 중국인들에게 신화로만 여겨졌던 항아의 전설이 실제로 실현될 수도 있다는 희망을 스푸트니크가 일깨워준 셈입니다.

 ▲ 러시아의 소유즈 우주선 ⓒ

 

미국과 소련이 한다면 우리도 한다는 신념으로 마오쩌둥의 지시에 의해 중국은 1966년부터 제미니 우주선과 유사한 형태의 유인 우주선 개발을 시작하였습니다. 1973년도 발사를 목표로 우리말로 ‘새벽’이라는 의미의 ‘수구앙’ 우주선의 설계와 제작에 착수하였고 1971년에는 전투기 조종사 출신의 우주인 후보 20명을 선발하여 훈련 과정을 시작합니다.

그러나 나라의 경제 사정이 어려워지고 국민의 현실적인 어려움부터 해결하자는 주장을 앞세운 덩샤오핑의 세력이 실권을 얻게 되면서 유인 우주선을 비롯한 모든 우주 개발 사업이 우선순위에서 밀려나게 됩니다. 한 때 ‘수구앙’ 우주선을 개조한 첩보위성의 시험 발사가 몇 번 있었으나 이마저도 1980년에 와서 완전히 중단됩니다.

 

 ▲ 선조우 5호 형상 ⓒ

그 후 10여년의 세월이 흘러 1990년대 초부터 장쩌민 총서기의 전폭적인 지지를 얻어 유인 우주선 계획이 다시 추진되기 시작합니다. 현재 진행 중인 중국의 유인 우주선 프로젝트는 바로 1992년 4월에 확정된 ‘프로젝트 921’에 근거한 것입니다. 프로젝트 921에 의해 유인 우주선의 설계와 제작, 우주인 선발과 훈련, 우주 발사체 개량 작업이 시작되었습니다.

선조우 우주선은 언뜻 보기에도 러시아의 소유즈 우주선과 상당히 닮았다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 선조우 우주선이 기술적으로 소유즈 우주선을 기초로 하여 설계되었기 때문입니다.

중국은 1992년에 러시아와의 기술 협약을 통해 소유즈 우주선의 개발 기술을 전수 받아 선조우 개발에 착수했습니다. 소유즈의 각 모듈 크기를 조금씩 늘리고 궤도 모듈에 태양전지판을 추가로 장착하는 등 일부 설계 변경을 거쳐 선조우 우주선이 탄생하게 된 것입니다.

선조우 우주선은 크게 궤도 모듈, 재진입 모듈, 서비스 모듈, 이렇게 세 개의 모듈로 구성되어 있습니다. 세 개의 모듈을 합한 전체 길이는 8.6미터, 무게는 7.8톤입니다. 앞부분이 궤도 모듈로써 각종 우주 실험을 수행하고 우주인이 생활할 수 있는 약간의 공간이 있는 곳입니다.

우주 생활에 필요한 각종 물자를 보관하는 창고 역할을 하는 곳이기도 합니다. 소유즈 우주선의 궤도 모듈은 재진입 시에 분리되어 대기권에서 불타 없어지지만 선조우의 궤도 모듈은 분리된 후에도 지상에서 무선으로 조종하여 각종 관측과 실험을 할 수 있도록 되어있습니다. 이를 위해 소유즈에는 없었던 태양전지판이 궤도 모듈에 추가로 장착된 것입니다.

 ▲ 선조우 우주선의 내부 ⓒ

재진입 모듈은 우주인들이 지구로 귀환할 때에 사용하는 모듈입니다. 세 개의 모듈 중에서 유일하게 열 보호막이 장착되어 있는 부분입니다. 일반적인 인공위성과 유인 우주선이 다른 점이 여러 가지 있지만 그중에서 가장 특이한 것이 바로 재진입을 위해 장착되어 있는 열 보호막일 것입니다.

열 보호막은 우주선에 탑승한 사람을 안전하게 귀환시키기 위한 필수적인 기술의 하나이며 지구 재진입 기술이 필요한 대륙간 탄도탄에도 필수적인 우주 분야의 핵심 기술입니다.

열 보호막은 영어로 Heat-Shield 라고 하며 주로 탄소 계열의 복합재료로 만들어집니다. 우주선이 지구 대기로 재 진입할 때 우주선의 외부 온도는 공기 마찰로 인해 무려 섭씨 3,000도~3,500도까지 상승하게 됩니다.

 ▲ 선조우 5호를 탑재한 장정 로켓의 발사 광경 ⓒ

 

이렇게 높은 온도가 우주선 내부로 전달된다면 거기에 타고 있는 사람은 살아남을 수가 없겠지요. 그래서 지구 재진입용 모듈은 일단 고온에도 견디는 재질로 모듈의 형상을 만든 다음에 탄소 계열의 복합 재료를 겉에 발라서 두꺼운 보호 층을 만들어 입힙니다.

이때 사용하는 재료는 여러 가지가 있지만 카본-페놀릭이라는 복합 재료가 주로 많이 사용됩니다.

재진입 모듈이 대기와 마찰하면서 외부 온도가 올라가면 이 카본-페놀릭이라는 재료가 서서히 타들어 가면서 모듈 안 쪽으로 전달될 열을 흡수해 버리는 것입니다.

그래서 재진입 모듈을 설계할 때에는 먼저 외부 온도가 얼마나 올라가고 또 얼마나 오랫동안 고온 상태가 지속되는지를 해석해보고 열 보호막의 두께를 계산하게 됩니다. 보호막이 너무 얇으면 타버릴 재료가 모자라서 열이 안 쪽으로 전달될 것이고 너무 두꺼우면 불필요한 무게가 많아지게 될 테니까요.

 ▲ 심하게 그을린 상태의 재진입 모듈 ⓒ

 

마지막으로 세 번째 모듈은 서비스 모듈이라고 불리는데 궤도 조정을 위해 4개의 액체 로켓 엔진과 연료, 임무 수행을 위한 전자 장치 등이 장착되어 있습니다. 서비스 모듈 역시 재진입 모듈과 분리 된 후에는 대기권에서 불타 버리게 됩니다.

1999년, 원래 예정된 10월 1일보다 49일이 지난 11월 19일에 마침내 선조우 우주선이 첫 번째 시험 비행을 하게 됩니다. 사용된 발사체는 장정-2F 라는 로켓으로써 이것 역시 중국이 선조우 발사를 위해 자체 기술로 만든 로켓입니다.

주취안 우주센터에서 발사된 선조우 1호는 21시간 11분 동안 지구 둘레를 14바퀴 돌고 무사히 예정된 위치에 착륙합니다. 선조우 1호가 비행한 궤도는 궤도면과 적도면 사이의 경사각이 42.6도, 지구와 가장 가까웠을 때의 고도가 196킬로미터, 가장 멀었을 때의 고도가 324킬로미터인 타원형 궤도였습니다.

 ▲ 선조우 내부와 양리웨이 중령 ⓒ

 

2001년 1월 9일에 발사된 선조우 2호는 각종 원숭이, 개, 토끼를 비롯하여 19종의 동식물을 태우고 발사되었습니다. 1호 때와는 달리 중국에서는 2호의 착륙 사실을 공식적으로 발표하지 않았는데 그로 인해 서방 국가로 하여금 한 때 2호 실험이 실패 한 것 아닌가하는 추측을 낳게 하였습니다.

2002년 3월과 12월에는 각각 세 번째, 네 번째 비행 실험이 있었습니다. 이때에는 실물 크기의 시험용 마네킹 인형을 태우고 발사되어 생명 유지 장치의 성능에 대한 시험이 있었습니다. 또한 정확한 지구 재진입을 위해 고도를 높이고 낮추는 궤도 조정 시험도 수행되었습니다. 그리고 2003년 10월 15일, 마침내 양리웨이 중령을 태운 선조우 5호가 발사됩니다.

 ▲ 지상에 착륙한 후의 재진입 캡슐과 양리웨이 중령 ⓒ

 

선조우 5호의 비행을 앞두고 중국 국가주석 후진타오는 양리웨이 중령에게 이런 메시지를 전달했다고 합니다. “수천 년 동안 조국과 인민이 고이 간직해왔던 꿈을 실현한다는 위대한 희망이 우주 개척을 위해 떠나는 그대의 어깨에 걸려 있다. 부디 성공하여 돌아오기를 기대한다.” 상해 훙코우 공원으로 떠나는 윤봉길 의사에게 김구 선생이 던지는 격려의 말을 생각나게 하는 한 마디입니다. 우주 개발과 과학 기술 발전에 종사하는 이들에게 가장 힘이 되는 것이 이 바로 이런 격려 한마디일 것입니다.


(참고 사이트)
http://www.astronautix.com/craft/shenzhou.htm
http://www.astronautix.com/articles/couzhou5.htm
http://www.astronautix.com/craft/shuuang1.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Shenzhou_spacecraft
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/1921/shenzhou.htm
http://english.enorth.com.cn/system/2003/10/14/000649759.shtml
http://www.fact-index.com/s/sh/shenzhou_5.html
http://myhome.naver.com/qseo/china.htm#c28
http://people.brandeis.edu/~hin/Monsoon02.html

김방엽 한공우주연구원 박사

※ 2004.09.16 17:25

 

※ 출처 - http://www.sciencetimes.co.kr ⓒScience Times