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연료 아닌 회전 운동 에너지 이용해 우주로

고고도 시험비행 성공…2024년 상용화 목표

   뉴멕시코주의 우주공항 ‘스페이스포트 아메리카’에 설치한 준궤도 가속기. 스핀론치 제공

로켓을 수직으로 쏘아 올리는 대신, 빙빙 돌린 뒤 날려 보내는 방식으로 위성을 우주 궤도에 올리는 기술이 개발되고 있다. 연료 대신 운동 에너지를 사용하는 방식이다. 이 방식이 현실화할 경우 친환경·저비용 로켓 개발의 새로운 이정표가 될 수 있을 것으로 기대된다.

기발한 도전의 주인공은 2014년 설립된 미국 캘리포니아의 신생기업 스핀론치(SpinLaunch)다. 이 회사는 최근 뉴멕시코주의 우주공항 ‘스페이스포트 아메리카’에서 첫 고고도 시험비행에 성공했다고 발표했다. 이곳은 지난 7월 리처드 브랜슨이 이끄는 우주개발업체 버진갤럭틱이 처음으로 준궤도 유인 비행을 한 곳이다.

새로운 로켓 발사 방식의 핵심은 원심분리기 방식의 가속기다. 원심분리기 안에서 시속 수천㎞ 속도로 로켓을 회전시킨 뒤, 그 원심력으로 로켓을 고고도로 날려보낸다. 올림픽 해머 던지기 종목 선수들이 둥그런 원 안에서 줄에 매단 해머를 빙빙 돌리다 멀리 던지는 것과 같은 이치다.

         스핀론치의 10월22일 첫 시험비행 장면. 원 안의 작은 물체가 시험발사체다. 스핀론치 제공

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성층권에서 로켓 엔진 점화

물론 원심분리기만으론 대기권을 탈출해 지구 궤도까지 오르기는 어렵다. 원심분리기로 일단 고도 20만피트(60㎞) 부근 성층권에 로켓을 보낸 뒤, 이곳에서 로켓 엔진을 점화해 위성을 궤도에 배치한다. 성층권은 공기가 희박하기 때문에 연료를 적게 쓰고도 2만8100㎞의 궤도비행 속도로 끌어올릴 수 있다.

스핀론치가 시험비행을 위해 스페이스포트 아메리카에 구축한 준궤도 가속기는 지름이 궤도 가속기의 3분의1인 33미터에, 발사관을 포함한 전체 높이가 50미터에 이른다.

이 가속기에 쓰인 원심분리기는 케블라섬유와 탄소섬유 소재의 장축과 이를 돌려주는 전기모터로 구성돼 있다. 먼저 원심분리기 안의 축에 로켓을 매달아 반진공 상태에서 회전시킨다. 이어 회전 속도를 높인 뒤, 최고 속도에 이르면 로켓이 발사관을 통해 밖으로 튕겨 나간다. 발사 각도는 35도 경사각이다. 반진공 상태를 만들기 위해 공기를 내보내는 데 1시간, 발사 회전 속도까지 다다르는 데 90분이 걸린다. 발사 속도는 시속 8000㎞. 이 회사는 이런 방식으로 하루 5번까지 발사할 수 있다고 밝혔다.

     스핀론치의 준궤도 가속기 발사 방식에 사용되는 로켓은 길이가 3미터에 불과하다.

회사 설립자이자 대표인 조너선 야니(Jonathan Yaney)는 “첫 시험비행에선 가속기 전체 출력의 약 20%를 사용해 수만피트 고도(1만피트=3000m)에 도달했다”고 말했다.

이번 시험비행에선 로켓에 엔진을 탑재하지 않았지만 이후 준궤도 시험비행에선 로켓 엔진을 탑재할 계획이다. 사용한 로켓은 회수해 재사용한다. 야니 대표는 “이번 첫 시험비행 로켓도 회수했다”고 말했다. 스핀론치는 앞으로 6~8개월 동안 약 30번의 준궤도 시험비행을 할 계획이다.

로켓을 날려 보내는 각도는 35~40도다.

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연료는 4분의 1, 발사 비용은 10분의 1

야니가 가속기 방식의 로켓 발사 기술 개발에 뛰어든 것은 연료 사용량을 획기적으로 줄이면 로켓의 크기와 복잡성, 비용을 대폭 줄일 수 있기 때문이다. 실제 로켓 크기와 무게의 대부분은 연료가 차지한다. 지난달 발사한 누리호 중량의 90%가 연료였다. 따라서 연료를 덜 쓸수록 로켓 크기도 작아진다. 이번에 시험비행한 로켓의 길이는 3미터에 불과하다.

스핀론치는 “우리의 궤도 발사 시스템은 전기모터를 사용함으로써 연료는 4분의 1, 비용은 10분의 1로 줄이고 하루에도 여러번 발사할 수 있다”며 “이는 우주에 도달하는 전혀 새로운 방식”이라고 밝혔다.

스핀론치는 현재 2024년 말 첫 궤도위성 발사를 목표로 궤도 가속기를 만들고 있다. 궤도 가속기의 목표는 최대 200㎏의 위성을 지구 저궤도에 올려놓는 것이다.

야니 대표는 “궤도 발사 시스템은 스페이스포트 아메리카가 아니라 해안 지대에 구축할 것이며 현재 부지 계약이 마무리 단계에 있다”고 말했다. 미 언론에 따르면 스핀론치는 신속 위성 발사 프로그램을 추진하고 있는 미 국방부와 지난 2019년 궤도 발사 계약을 체결했다.

    회전축에 매달려 있는 로켓.

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“이론적으론 가능하나 현실은 달라” 냉소도

그러나 스핀론치의 계획에 대해선 냉소적인 반응도 여럿 있다. 이들은 이론과 현실은 엄연히 다르다고 지적한다.

공학자들은 로켓과 위성이 원심분리기 안에서 중력보다 1만배 강한 압력을 견뎌낼 수 있는지에 의문을 표시했다. 서던캘리포니아대 댄 어윈 교수(우주항공공학)는 기술 전문 미디어 ‘와이어드’에 “어떤 로켓도, 로켓의 어떤 전자기기도 이를 견뎌낼 수 없을 것”이라고 말했다. 보통 로켓이 우주로 날아갈 때 받는 힘은 중력의 5~7배이다. 이 회사의 전직 직원은 익명을 전제로 시제품은 상대적으로 조립하기가 복잡하지 않았지만, 덩치를 키우는 건 큰 도전이 될 것이라고 이 매체에 말했다. 어떤 이들은 진공상태의 원심분리기에서 공기 밀도가 높은 대기로 나오면 콘크리트벽에 부딪치는 것과 같은 충격을 받을 수 있다고 지적한다. 그러나 야니는 ‘와이어드’에 배터리, 지피에스 모듈, 망원경 렌즈, 아이폰 등을 테스트한 결과 모두 이상이 없었다고 말했다.

물리 법칙만이 장애물은 아니다. 장소도 문제다. 주변에 피해를 입혀서는 안되기 때문이다. 2018년엔 하와이 빅아일랜드에 시설 구축 허가를 타진했다. 주정부는 처음엔 긍정적이었으나 환경파괴에 대한 주민들의 우려에 입장을 바꿨다. 스핀론치는 결국 하와이를 포기했다.

레트 알렌(Rhett Allain) 사우스이스턴 루이지애나대 교수(물리학)는 ‘와이어드’ 기고문에서 “공학적 관점에선 가능해 보이지만 당신의 뒤뜰을 비롯해 어떤 장소에도 구축해선 안된다”고 말했다. 그는 “고도 400㎞에서 궤도 비행을 하려면 속도뿐 아니라 공기 저항 등 궤도 운동에 필요한 여러가지를 검토해야 한다고 덧붙였다.

    스핀론치의 로켓 내부 단면도.

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1960년대 미 육군 프로젝트에서 아이디어 얻어

창업자 야니는 원래 미디어 스타트업을 만들려 했다. 하지만 투자금을 확보할 수 없었다. 다른 사업을 궁리하던 중 1960년대의 군사 프로젝트 하프(HARP)에 꽂혔다. 하프는 미 육군이 거대한 총을 이용해 발사체를 우주로 쏘아올리는 프로젝트였다. 실제로 하프는 로켓 없이도 우주로 갈 수 있음을 증명했다. 길이 36미터, 무게 200톤의 하프총으로 84㎏ 화물을 탑재한 발사체를 최고 181㎞ 고도까지 올리는 데 성공했다.

이를 보고 자신감을 얻은 야니는 몇몇 투자자로부터 자금을 지원받아 2016년 개념증명 시스템을 만들었다. 당시 처음으로 완성한 원심분리기는 지름 40피트(12미터)였다.

스핀론치가 가야 할 길은 멀지만 이번 고고도 시험비행 성공으로 중요한 첫 걸음은 뗀 셈이다. 스핀론치는 지금까지 구글, 에어버스 등으로부터 1억1천만달러(약 1300억원)의 투자금을 모집했다. 곽노필 기자

글로벌탄소프로젝트 “2019년 수준 근접”

코로나 인한 경제활동 둔화 벗어나며 증가

중국의 석탄 · 가스 사용 증가가 크게 작용

불가리아의 화석연료 발전소가 지난달 29일 굴뚝으로 연기를 뿜어내고 있다. AFP 연합뉴스

지난해 코로나19 창궐로 줄어든 이산화탄소 배출량이 다시 증가해 역대 최대 수준에 근접하고 있다는 집계가 나왔다.

온실가스 배출량을 추적하는 과학자 단체 ‘글로벌 탄소 프로젝트’는 3일 영국 글래스고에서 열리고 있는 유엔기후변화협약 당사국총회(COP26)를 맞아 이런 내용의 보고서를 내놨다. 글로벌 탄소 프로젝트는 올해 9월까지 세계 이산화탄소 배출량은 2019년 같은 기간을 근소하게 밑도는 수준이며, 연간 배출도 364억톤으로 2019년(367억톤)에 근접할 것이라고 전망했다. 세계 이산화탄소 배출량은 코로나19 위기가 본격화된 지난해 346억톤까지 감소했다.

보고서는 각국이 코로나19의 충격을 딛고 차츰 경제활동을 정상화한 게 주요인이며, 특히 중국이 올해 세계 배출량이 2019년 기록에 다가서는 데 중요한 역할을 하고 있다고 지적했다. 중국의 이산화탄소 배출은 2019년에 비해서도 7% 증가한 것으로 집계됐다. 중국은 올해 세계 이산화탄소 배출량의 31%를 차지하고 있다. 2019년에 비해 인도는 3% 증가율을 보였고, 미국과 유럽연합(EU)은 각각 3.7% 및 4.2% 감소했다.

<AP> 통신은 보고서 공저자인 영국 이스트앵글리아대의 코린 르케레가 언론 인터뷰에서 “팬데믹은 우리 경제의 성격을 바꾸지 못한다”며 “이번주와 다음주 (기후변화협약 당사국총회의) 결정이 우리의 방향을 바꾸는 것”이라고 말했다고 보도했다. 그는 중국의 이산화탄소 배출 증가는 경기 둔화를 극복하려는 과정에서 석탄과 천연가스 사용을 늘린 게 주요 원인이라고 설명했다. 또 중국이 다른 주요국들보다 코로나19의 영향에서 일찍 벗어난 것도 이산화탄소 배출량의 상대적 급증으로 이어졌다고 분석했다.

최근 국제에너지기구(IEA)는 에너지 사용에 의한 온실가스 배출이 2023년에 최고 기록을 세울 것으로 예상되는데, 이것이 미래에도 정점으로 남을지는 알 수 없다고 밝혔다. 이본영 기자

                             페이스북 운영사인 ‘메타’ 로고. 메타 제공

페이스북에서 사진 속 사람이 누구인지 자동으로 파악하는 ‘얼굴인식 기능’이 사라진다. 페이스북은 인공지능 기반 신원인식을 비교적 일찍 도입한 온라인 서비스 중 한 곳이다.

페이스북 운영사 ‘메타’의 인공지능 부문 부사장인 제롬 페센티는 2일 메타 블로그에 글을 올려 “앞으로 수주 안에 페이스북의 ‘얼굴 인식 시스템’을 폐지한다. 이는 회사 서비스 전체에서 얼굴 인식 사용을 제한하려는 움직임의 일환”이라고 밝혔다. 페이스북은 스마트폰 보급 초창기인 2010년부터 이용자들이 올린 사진·동영상 속 인물들이 누구인지 자동으로 파악하는 기능을 제공해왔다. 이용자가 사진 속 인물이 누구인지 태그(꼬리표)를 붙이면 페이스북이 이를 수집해 학습하고, 이후로는 별도로 태그를 달지 않아도 사진 속 친구들에게 자동으로 사진을 공유해주는 방식이었다.

페이스북은 이렇게 수집한 10억명 이상의 얼굴 템플릿(견본 틀)도 삭제하기로 했다. 페센티 부사장은 “페이스북을 매일 쓰는 이용자 3명 중 1명 꼴로 얼굴인식 설정을 켜두었다”며 “앞으로는 얼굴 인식의 사용처를 (지금보다) 좁은 용도로 제한할 것”이라고 말했다.

메타는 페이스북의 얼굴 인식 기능을 휴면계정 해제 등 개인 신원 확인에만 한정할 방침이다. 사진 속 인물이 기존 데이터베이스에 저장된 인물들 중 누구인지 맞추는 ‘다 대 1’ 방식의 식별은 중단하고, 회원이 기존에 등록한 사진과 접속자가 동일 인물인지를 파악하는 ‘1 대 1’ 식별만 남기겠다는 뜻이다. 페센티 부사장은 “얼굴 인식이 한 개인의 디바이스에서 개별적으로 작동한다면 가치 있는 기술일 것”이라며 “이런 방식의 디바이스 내 얼굴인식에는 외부 서버와의 얼굴 데이터 교환이 필요하지 않다”고 설명했다.

메타는 이번 결정의 배경으로 개인정보 침해 등에 대한 ‘사회적 우려’를 꼽았다. 최근 ‘세계 최대의 생체정보 저장소’라는 오명을 쓴 페이스북이 프라이버시 권리와 관련한 여러 소송에 휘말리자, 스스로 데이터를 삭제하며 꼬리를 내린 셈이다. 한 예로 지난해 미국 일리노이주 주민들은 ‘메타가 생체 정보 이용 시 개인 동의를 얻게끔 한 주 법률을 어겼다’며 집단소송을 제기한 바 있다. 당시 메타는 소송을 제기한 쪽에 6억5000만달러(약 7700억원)을 주고 법정 공방을 마무리지었다.

빅테크 기업의 얼굴 정보 활용에 대한 우려는 꾸준히 커지고 있다. 지난 6월 시애틀을 포함한 미국 워싱턴주 킹 카운티 의회는 모든 정부 기관에서 얼굴인식 기술 사용을 금지하는 법안을 통과시켰다. 지난 2월 캐나다에서도 정부기관인 사생활보호위원회가 미국 정보기술(IT) 기업 클러어뷰에이아이의 얼굴인식 앱이 사생활보호법을 침해한다며 이 앱에 저장된 캐나다인 사진을 삭제하라고 요구한 바 있다. 천호성 기자

누리호발사조사위 구성 첫 회의

압력 저하 원인 다각도로 조사중

지난달 21일 오후 5시 정각에 전남 고흥군 나로우주센터 2발사장에서 누리호가 발사되고 있다. 한국항공우주연구원 제공

지난달 21일 발사돼 위성의 최종 궤도 안착에는 실패한 누리호의 3단 조기 연소 원인은 산화제 탱크 압력 저하인 것으로 드러났다. 과학기술정보통신부(과기정통부)와 한국항공우주연구원(항우연)은 압력이 떨어진 원인에 대해 다각도로 분석중이라고 밝혔다.

과기부와 항우연은 3일 ‘누리호 발사조사위원회’를 구성하고 첫 회의를 열어 “누리호 3단 엔진의 연소 시간이 애초 계획된 531초보다 46초 짧은 475초에 종료된 것은 산화제 탱크 압력이 떨어졌기 때문이라는 사실을 알아냈다”고 밝혔다.

항우연은 3개 추적소(나로우주센터, 제주, 팔라우)에서 계측한 2400여개의 비행 데이터를 분석해 가는 과정에 “누리호가 1단 및 2단 비행 때는 추진제 탱크 압력과 엔진이 정상 운용된 듯 하지만 3단 비행구간에서 산화제 탱크의 압력이 저하되면서 엔진 추력과 가속도가 낮아져 엔진의 연소가 정지된 것으로 추정할 만한 자료를 발견했다”고 밝혔다.

누리호 발사조사위원회는 누리호 연구개발의 주축인 항우연 연구진을 중심으로 누리호 개발을 자문해온 전담평가 위원들과 외부의 새로운 시각을 반영하기 위한 민간 전문가들을 포함해 모두 12명으로 구성됐다.

발사조사위원회는 3단 산화제 탱크 압력이 저하된 원인으로 산화제 탱크 및 배관·밸브의 기밀이나, 산화제 탱크 압력을 제어하는 센서류 등에서 이상이 발생했을 가능성 등을 검토하고 있다.

조사위 위원장을 맡은 최환석 항우연 부원장은 “이달 초 항우연 내부 검토회의를 열어 각 담당자들이 분석한 상세 비행 데이터 결과를 논의하면서 3단 산화제 탱크 압력을 낮아지게 할 수 있는 여러 가지 가능성들을 구체화시킬 예정”이라고 말했다. 이근영 기자