취직한 이후로 바쁘고 피곤해서 그런지 글 쓰는게 점점 느려지네…

그래도 쓰는건 멈추지 않을테니까 느긋하게 기다려 줘…

저번 시간 요약

아폴로 우주선을 준비하는 동안에 비극이 생기다.

들어가며

※ 지금 이야기는 게임 Kerbal Space Program을 한다면 더 쉽게 이해할 수 있어.

스팀에서 사서 해봐(가끔씩 세일하니까 그 기회를 노려보던가). 재미있더라. 

우주로 가기 위해서, 지구의 중력을 이길 수 있는 엄청난 속도를 내는 발사체가 필요해.

흔히 우주발사체 하면 로켓을 먼저 떠올리지.

이 로켓 말고. 근데 로켓단원이 로켓을 타고 있네.

이 로켓 말이야!

짤은 러시아의 우주 발사체인 프로톤-K 로켓

이 녀석도 R-7처럼 장수하고 있는 녀석이야.

물론 대포도 우주발사체로 쓸 수 있어.

(짤은 이라크에서 '실제'로 만들던 슈퍼건인 베이비 바빌론, 인공위성 발사를 목적으로 계획된 빅 바빌론의 축소형)

다만 개발자가 모사드에 암살당하고, 베이비 바빌론은 걸프전때 공습으로 파괴되어서 그렇지.

로켓은 화학 반응으로 나오는 가스로 추진되는 발사체야.

짤은 물로켓의 원리이긴 하지만, 화학연료로 나아가는 로켓과 다를 바 없어.

로켓 연료는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데,

액체 연료로 추진되는 로켓과 고체 연료로 추진되는 로켓인데,

이 둘에 대해서 간단히 설명하면,

고체로켓은 장기간 보관이 가능한 대신에, 한 번 점화되면 출력을 조절하기 어렵다는 단점이 있어.

그래서 주로 군용으로 사용하고 있어.

액체로켓은 점화 이후에도 출력을 조절하기가 용이해. 하지만 일부 연료는 부식성이 심하거나 변질되는 등의 이유로 장기간 보관이 어려워.

그래서 우주발사체용으로 주로 액체로켓을 주로 쓴다고 해.

(물론 액체 연료를 사용하는 탄도탄도 많이 있어)

아폴로 계획을 발표한 이후에, 미국은 여태껏 경험하지 못한 강력한 추진력을 가지고 있는 로켓을 만들어야 했어.

왜냐하면… 무게때문이었지.

사실 우주 개발에 가장 중요한 요소중에 하나가 무게야.

지구권을 벗어나기 위해서는 중력보다 더 큰 힘으로 밀어야 했지. 당연히 무게가 커질수록 더 큰 힘을 필요로 하지.

그래서 필요한 물품을 필요한 만큼 써서 우주선을 만들어야 했어. 

그런데 아폴로 우주선은 사령선과 기계선 그리고 달착륙선을 합쳐서 약 45톤이나 돼.

이걸 지구의 중력을 벗어나게 해서 달로 보내야 했지.

하지만 당시 미국이 보유하고 있던 로켓들은 이 무게를 지구 저궤도로도 보낼 수 없었어. 

그리고 또 하나의 문제점은…

과연 이 물건을 올리기 위해서 필요한 로켓은 얼마나 커야하는거야.

나사의 기술진들이 아폴로 우주선을 달까지 보내기 위해서 필요한 발사중량을 계산해보니, 약 4000톤이 나왔던거야.

그러니까 로켓의 모든 무게가 4000톤이 넘어간다는 소리였지.

그렇지만 이는 예전부터 쓰던 케로신 계열의 연료를 사용한다는 가정하에 계산된 수치였지.

이제 나사에서는 새로운 연료를 써서, 가볍고 효율 좋은 로켓을 만들어야 했어.

그래서 나온 물건이 새턴 V 로켓이야.

새턴 V 로켓은 지금껏 인류가 경험하지 못한 가장 거대한 발사체였어.

높이는 110m였고,(약 24층 높이)

직경은 10m

무게는 약 3000톤이었어.

로켓은 3단으로 구성되어 있었는데,

1단 로켓인 S-IC는 

그 무게만 2280톤, 높이는 42m의 거구를 자랑했어.

이 로켓의 엔진은 F-1엔진이었는데, 연료는 케로신이었고, 산화제는 액체산소를 사용했어.

(여기서 케로신은 등유인데… 보일러나 석유난로에 쓰는 것을 맥심커피로 비유하면 이건 루왁커피 급)

이륙시 추력이 1770KN이었지. (참고로 F-22 랩터의 엔진인 프랫 & 휘트니 F119 엔진의 추력은 156KN,)

F-1엔진들과 한 컷을 찍은 베르너 폰 브라운

이 F-1엔진은 시간에 쫓겨서 만든 물건이라고 해. 그래서 설계도나 수치를 기록해 놓은 데이터들이 제대로 된게 없었대.

그렇지만 신뢰도 만큼은 최고수준이었다고.

F-1엔진의 이젝터 플레이트, 저 구멍들 사이로 케로신과 액체 산소가 엄청난 압력으로 뿜어져 나와.

이젝터 부분의 세부 사진. 자세히 보면 구명을 뚫다가 실수해서 다시 구멍을 뚫은 흔적이 보여.

용접을 저렇게 깔끔하게 할 수 있나?

놀라운 것은 F-1엔진은 기계라기 보다는 수공예품에 가까운 퀄리티를 보였다는거야.

용접이나 구멍을 뚫는게 거의 신기에 가까운 수준이었다고…

안타깝게도 F-1엔진은 새턴 V 로켓에만 사용되고, 그 뒤의 나사가 STS 즉 우주왕복선에 몰빵하게 되면서 서서히 잊혀져갔어.

물론 엔진 개발에 참여한 기술자들은 이미 고인이 되었고 말이야.

하지만 2000년대에 들어서 일부 공학자들이 예비로 남겨놓은 이 엔진의 실물을 조심스레 분해해서, 

레이저로 스캔을 하고 이를 바탕으로 역설계를 했다고 해. 

F-1엔진 전체를 스캔한 뒤에 50년간 발달한 유체역학이나 재료공학등을 접목시켜서 이 엔진을 개량했는데,

기존의 5000여개가 넘는 부품들을 40여개로 줄일 수 있었다고 해.

이 F-1엔진을 재해석한 버전인 F-1B엔진은, 미국의 차세대 발사체인 SLS의 1단 엔진으로 사용될 수도 있다고는 하는데…

아직 소식이 안 들리는거 보면은 잘 모르겠네…

어쨌든 S-IC는 이 무지막지한 엔진이 5개나 달려있었고,

발사 후 2분동안 로켓을 61Km을 상승하게 만들어. 

2단 로켓인 S-II는 

무게가 약 500톤에, 높이는 25m였어.

(재미있는건 연료 무게만 450톤에 가깝다는거)

엔진은 J-2엔진이었는데, 연료는 액체수소였고, 산화제는 액체산소였어.

액체수소는 기존에 사용하던 케로신에 비해서 추력이 높았지. 

하지만 액체수소는 비중이 낮아서, 큰 용적을 가진 연료통이 필요했어.

그리고 액체수소는 극저온의 환경에서만 있을 수 있었기에, 이를 연료로 쓴다는 것은 엄청 어려운 일이었지.

하지만 미국은 1962년에 액체수소를 사용하는 로켓 엔진을 개발하는데 성공했고,

이 엔진을 바탕으로 새턴 V 로켓에 장착할 새로운 액체수소 엔진을 개발했어.

그 결과는 진공상태에서 추력이 1033KN이라는 엄청난 효율을 자랑하는 엔진이 탄생하게 된거야.(하지만 해수면에서는 추력이 반토막)

S-II는 이 J-2엔진을 5개 사용해서 6분간 연소하여, 고도를 176km까지 올리게 하는 역할을 맡았지.

3단 로켓인 S-IVB는 무게가 123톤이었고, 높이는 18m에 가까웠어.

엔진은 S-II와 동일한 J-2엔진이었어.

S-IVB는 2분 30초간 연소시켜서 고도를 190km까지 높여놓고,

아폴로 우주선과 분리되지 않은 채 지구를 한 두 바퀴 선회한 뒤에, 다시 연소시켜서 달로 가게 되는 궤도로 진입하게 돼.

(이 때 아폴로 우주선과 S-IVB의 무게는 약 130톤 가량)

그 뒤에 S-IVB와 아폴로 우주선을 분리시킨 뒤에, 아폴로 우주선은 S-IVB 끝에 있는 달 착륙선과 도킹하고 달로 떠나지.

참고로 미국이 운용했던 우주정거장인 스카이랩은 S-IVB의 연료통 부분을 개조해서 만든거야.

모든 우주선이 지구를 출발해서 궤도로 들어가는데 필요한 속도 증분(ΔV)은 9000~10000m/s인데,

새턴 V 로켓은 130톤이나 되는 물체를 가지고 하는데 성공한거야.

(여담으로 소련의 R-7로켓이 새턴 V 로켓과 같은 궤도를 이동할라면, 최대 페이로드가 6톤에 불과했어) 

여기서 속도 증분 혹은 델타 V는 로켓이 가감속을 할 수 있는 총량을 말해

윗 짤에서 지구에서 해당 천체 사이의 총 합이, 그 천체로 가기 위한 속도 증분이야.

새턴 V 로켓을 만든 뒤에, 여러 차례 새턴 V 로켓을 발사하면서 운용 노하우나 문제가 없는지 테스트를 했어.

이제 로켓도 준비 되었고, 아폴로 1호의 참사 이후로 개선된 아폴로 우주선도 준비 되었어.

이제 사람을 싣고 실제로 우주로 나가는 일만 남았지.

1968년 10월 11일.

1968년 10월 12일 동아일보 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

로켓의 형태를 보면, 앞서 말한 새턴 V 로켓과는 다르다는 것을 알 수 있어.

아폴로 7호가 케이프 커네버럴 기지에서 이륙해.

이 때는 새턴 V 로켓을 쓰지는 않고 새턴 IB 로켓이라고 해서,

8기의 H-1엔진을 장착한 S-IB 로켓(새턴 V 로켓의 2단 부분인 S-II로켓의 엔진 개량형)을 1단으로 사용하고,

S-IVB로켓을 2단 로켓으로 사용한 로켓이야.

아폴로 7호의 미션 패치

아폴로 7호의 승무원들

왼쪽부터 돈 아이즐리, 월터 시라, 월터 커닝햄

아폴로 7호는 지구 저궤도를 돌면서 아폴로 우주선의 기능을 테스트했어.

그리고 같은 달 22일에 무사히 착륙하면서, 아폴로 우주선은 성공적으로 데뷔할 수 있었어.

그런데… 

CIA에서 어느 사진을 촬영해.

세 갈래로 땅이 파져있는 곳이 로켓 발사대.

N-1로켓이 발사대에 있는 사진.

전부 미국의 첩보위성인 KH-8이 촬영한 사진이야.

그 사진은 소련의 바이코누르 우주 센터에서 준비중인 거대한 로켓을 촬영한 위성사진이었어.

이 로켓은 소련판 새턴 V 로켓이라고 할 수 있는 N-1로켓이었어.

사진을 분석한 CIA와 나사는 N-1로켓의 크기나 성능이 자신들의 새턴 V 로켓에 필적할 것이라고 생각했고,

상당한 완성도를 보이고 있으며, 조만간 발사할 것이라고 예측을 해.

발등에 불이 떨어진 것은 나사였어.

왜냐하면 더 이상 소련이 자신들을 앞지르기를 원치 않았기 때문이야.

(소련의 달탐사에 대한 이야기는 번외편으로 조만간 올릴 예정)

존드 5호

1968년 9월 21일 동아일보 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

인도양에 착수한 존드 5호를 회수하는 장면

또한 소련의 존드 5호가 세계 최초로 달을 주회하고 귀환하는데 성공했기에, 미국은 그야말로 똥줄이 타들어가기 시작한거야.

(참고로 존드 5호가 달을 도는 동안에 사람 목소리가 통신으로 들려가지고 사람이 탄것이 아니냐는 추측을 했으나, 실제로는 거북이 두 마리가 타고 있었다고)

근데 미국은 아직 아폴로 우주선을 완벽하게 완성하지 못했어. 

정확히 말하자면, 달 착륙선이 아직 완성되지 않은거야.

물론 로켓이나 사령선과 기계선도 좀 더 테스트 해야 했지.

그런데 여기서 베르너 폰 브라운 박사가 한가지 제안을 해.

달착륙선은 빼고 사람을 우주선에 태워서 달을 주회하고 돌아오게 하자는 계획이었지.

이는 계획이라기 보다는 도박에 가까웠어.

왜냐하면 아폴로 우주선을 좀 더 테스트 하고, 겨우 한 번 지구 주회했지만 아직 테스트할 게 많았는데 바로 달로 간다는 것은,

이제 사칙연산을 배운 초등학생에게 근의 공식를 가르치는 것과 같은 일이었던거야.

새턴 V 로켓과 아폴로 우주선의 안정성이 아직 검증이 덜 되었기에,

자칫 잘못하면 아폴로 1호의 비극을 재현할 수도 있는 그런 상황이었어.

1968년 11월 21일 동아일보 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

실제로 아폴로 8호의 비행계획이 언론에 공개된 이후에 무모하다고 주장한 사람들도 나왔어.

하지만 나사는 아폴로 8호의 달 궤도 주회를 강행하게 돼.

아마도 베르너 폰 브라운이, 자신이 설계한 새턴 V 로켓에 강한 자신감을 보였고,

더구나 1960년대가 가기 전에 사람을 달로 보내겠다고 공언한 존 F 케네디 대통령의 유지를 받들고 싶었지 않나 해.

1968년 12월 21일. 

1968년 12월 21일 동아일보 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

아폴로 8호는 케이프 커내버럴 우주 기지에서 이륙하고, 앞에서 언급한 과정을 거치며 달로 가는 여정에 돌입해.

아폴로 8호 미션 패치. 

전체적은 모양은 아폴로 사령선의 실루엣으로 되어 있고, 8자가 지구와 달을 감싸고 있는 모습이 이색적이야.

아폴로 8호의 승무원들.

왼쪽부터 짐 러벨, 윌리엄 앤더슨, 프랭크 보먼

여기서 짐 러벨은 달에 2번 다녀온 몇 안되는 인물이야.

하지만 안타깝게도 달 표면을 밟아보지 못한 인물이기도 하고…

1968년 12월 25일 동아일보 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

그리고 1968년 12월 24일 세계 협정시 기준 9시 59분 20초에 달 궤도에 진입하는데 성공해.

그리고 달 궤도를 하루간 돌면서, 지금껏 인류가 가보지 못했던 달을 돌기까지 하는데 성공하지.

1968년 12월 25일 경향신문 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

24일에 아폴로 8호에 탑승한 우주 비행사들은 지구로 성탄 메시지를 전송해.

메시지 내용은 하느님에게 전세계의 평화를 바라는 기도였어.

사실 1968년은 베트남전과 미국 내 흑백갈등, 로버트 케네디(존 F 케네디의 동생이자 당시 대선후보)와 마틴 루터 킹의 암살,

68혁명, 프라하의 봄과 소련의 체코 침공, 푸에블로호 피랍 등으로 

전세계가 혼란스러운 시기였거든.

또한 창세기 1장 1절부터 10절까지의 내용을 낭독하고(성경은 킹제임스 버전), 하느님의 축복이 모두에게 있기를 바란다는 내용도 보냈어.

1968년 12월 26일 경향신문 기사 (네이버 뉴스 라이브러리 참조)

이게 그 유명한 아폴로 8호 창세기 낭독이야.

왜 하필 창세기였냐면…

세계 3대 종교인 그리스도교, 이슬람교, 유대교의 중요 경전이기도 했고,

무엇을 연설할지 고민하다가 주변의 조언으로 정한것이였으며,

지구가 떠오르는 장면을 보고 이대로 해야겠다고 마음 먹었다고,

훗날 짐 러벨이 인터뷰에서 밝혔어.

그리고 아폴로 8호는 Earthrise이라는 이름의 사진도 남겼어.

(번역하자면 지구돋이)

1968년 타임지 선정 올해의 인물

아폴로 8호는 세계최초로 사람을 싣고 달을 주회하고 돌아온 우주선으로 기록되었고,

여태껏 소련을 쫓아가기만 하던 미국의 우주탐사는 아폴로 8호로 역전하는데 성공해.

이제 남은건 달착륙선을 완성시키고 달에 착륙시키는 것만 남았지.

그 이야기는 다음에 계속…

뱀발

아폴로 8호가 귀환한 뒤에, 미국의 어느 유명한 무신론자가 나사를 상대로 소송을 제기해.

왜냐면 아폴로 8호의 창세기 낭독이 미국 수정헌법 1조를 위반했다는거야.

이에 대해 미국 법무부는 그들의 행동이 미국의 법이 닿지 않는 곳에서 했다는 이유를 들어서 소송을 기각해.

이 일에 크게 데였는지, 그 뒤로 나사에서는 종교적인 발언이나 행동에 대해 극히 경계를 하게 돼.