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‘인류 최초’ 신기록 쏟아낸 우주 자이언트

러시아의 우주 개발사

  • 임석희 / 한국항공우주연구원 선임연구원 shlim@kari.re.kr

‘인류 최초’ 신기록 쏟아낸 우주 자이언트

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동양에서 서양으로 건너간 흑색 화약은 무기로 쓰였는데 이러한 토대 위에서 러시아는 1884년 무연(無煙) 화약 개발에 성공했다. 이때 치올코프스키가 반(反)작용 원리를 이용한 우주비행 가능성에 대한 이론을 연구하고, ‘달에서’와 ‘우주로켓여행’이라는 책을 출판했다. 우주탐험에 대한 인류의 호기심을 자극한 것이다. 찬데르는 이 아이디어를 이어받아 화성 여행에 대한 글을 쓰고, 행성 간 탐사에 대한 기초 연구를 수행했다.

1928년에는 티코미로프가 이끈 가스역학실험실(GDL)이 로켓에 대한 연구를 시작했고, 1929년에는 글루쉬코가 이끄는 레닌그라드대학교 실험실이 여기에 합류해, 전기로켓엔진을 연구하다 후에는 로켓엔진을 연구하게 되었다. 1930년 중앙항공기엔진연구소(TsIAM)에서 근무하게 된 찬데르는 액체로켓엔진의 전신인 1.5뉴튼급(0.18kg의 추력) 제트추진엔진 OR-1, 이어 500뉴튼급(51kg의 추력) 액체로켓 엔진인 OR-2를 개발했다. 그는 ‘행성 간 공간이동’이라는 책에서 액체수소와 액체산소를 이용하는 4단형 로켓 개념을 설명하고, 중력장 안에서의 물체 이동뿐만 아니라, 미세중력 상황(지구 중력이 약하게 작용하는 대기권 밖의 상황)에 있는 우주비행체의 가속과 정지에 대한 연구 결과도 얻어냈다.

1931년 찬데르의 지도로 반작용추진연구그룹(GIRD)이 결성돼 1932년 코룔로프가 책임자로 임명되었다. 1933년에는 가스역학실험실과 반작용추진연구그룹이 통합해 반작용연구소(RNII)가 설립됐다. 초대 연구소장은 클레이묘노프였고, 연구 부소장은 코룔로프였다. 소련 시절 우주 개발 프로그램을 이끈 양대 산맥은 코룔로프와 티혼라보프였다.

1945년 초반 티혼라보프는 반작용연구소 연구진과 고고도용 로켓장치(2인용 캐빈)를 이용한 유인 우주비행 프로젝트를 수행했다. 상층대기 연구를 목적으로 한 이 프로젝트에 체르니셰프, 이바노프, 갈코프스키, 모스칼렌코 등이 참여했다. 훗날 VR-190으로 명명된 이 연구를 위해 고도 200km까지 올라가는 1단형 액체로켓이 사용됐다. 이 연구에서 밀폐공간에서 인간이 짧은 시간 자유비행할 경우 받게 되는 미세중력의 영향과 캐빈의 무게중심 이동, 발사체에서 분리된 비행체의 운동, 상층대기에 관한 정보 획득 등의 성과를 거뒀다.

VR-190 연구로 위성 발사 본격화



VR-190 프로젝트를 통해 연착륙을 위해서는 △감속(減速)로켓 엔진이 있어야 하고, 이 엔진을 점화하기 위해서는 전기접촉봉이 있어야 한다. △캐빈의 안전한 대기권 하강을 위해서는 낙하산 시스템을 갖춰야 한다. 캐빈은 생명유지 장치가 달린 밀폐형 구조여야 한다. △고밀도의 대기영역을 통과할 때는 소형 추력기를 이용해 캐빈의 자세를 안정화하는 시스템이 필요하다는 것 등이 확인되었다. 이때 발견한 시스템이 21세기 우주발사체에도 대부분 사용되고 있다.

1946년 티혼라보프는 VR-190 프로젝트의 연구 결과를 스탈린에게 보고했다. 1947년부터는 과학자들과 함께 여러 개 단이 묶인 배치(batch)형 발사체 개발에 착수했다. 그 결과 그때까지 나와 있는 기술로도 위성을 쏘아 올릴 수 있는 우주속도를 얻을 수 있다는 가능성이 확인돼, 1950년 발사체와 인공위성을 만드는 연구가 본격화했다.

최초의 인공위성이 될 ‘PS-1’ 발사 준비를 위해 코룔로프를 위원장으로 한 고위설계위원회가 결성되었다. 1950년대 초반 코룔로프가 시제설계국-1을 만들었다. 시제설계국-1은 OKB-1으로 약칭됐는데, 소련 해체 후 OKB-1은 에너지기계중앙설계국→에네르기아 주식회사 등으로 이름을 바꾸게 된다. 코룔로프는 우주 개발 연구와 산업체를 총지휘하는 소련 우주 프로그램의 총책임자가 된 것이다. 그리고 1957년 10월 4일 세계 최초로 인공위성을 발사해 지구궤도를 돌게 했다.

1961년 4월 12일 소련은 또 하나의 승전고를 울렸다. 인류 최초로 유인 우주비행(우주비행사 유리 가가린)을 성공시킨 것이다. 그 후 소련은 그룹 우주비행과 우주 유영을 성공시키고, 우주정거장이라고 하는 궤도선 살류트와 미르를 우주공간에 건설했다. 이 우주정거장들은 오랫동안 떠 있으면서 유인 우주비행 프로그램 연구에 중요한 역할을 했다. 인류는 한 번 발사로 한 기의 위성을 올리는 데 그치지 않고, 한 번 발사로 여러가지 임무를 동시에 수행하는 것에 관심을 돌리게 된 것이다.

미·소 우주선 도킹 성공

우주비행체가 비행하는 데 필요한 우주속도는 운반수단인 우주발사체로부터 얻는다. 우주학은 우주속도를 얻고 위성엔 궤도비행이 가능한 속도를 주기 위해 고추력의 대형 액체로켓엔진을 개발하는 데 집중했다. 이 분야에서는 글루쉬코의 업적이 돋보인다. 그의 연구팀은 엔진을 대형화하고 고추력화하기 위해 터보펌프의 손실을 거의 없애는 등 다양한 기술을 개발했다.

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임석희 / 한국항공우주연구원 선임연구원 shlim@kari.re.kr

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