우주왕복선은 왜 퇴역했는가: 비용·안전성·정치, 그리고 1970년대의 타협

영상은 아폴로 17호의 마지막 달 착륙으로부터 9년 뒤 첫 비행에 나섰고, '인류를 달에 보낸 나라'가 다음 시대의 상징으로 선택한 우주선이 왜 사라졌는지를 묻는다. 직접적인 이유로 비용·안전성·정치 세 가지를 꼽고, 그 위에서 근본 원인은 1970년대의 정치적 사정 아래 설계에서 타협을 강요받은 데 있다는 입장을 취한다.

우주왕복선은 NASA가 1981년부터 2011년까지 운용한 유인 우주선이다. 영상은 일본어에도 셔틀런이나 셔틀버스 같은 말이 있듯이, '셔틀'에는 같은 곳을 여러 번 왕복한다는 의미가 있다고 설명한다. 우주왕복선은 지상과 우주를 여러 번 오가는 것을 목적으로 개발이 시작되었다.

기체는 크게 세 부분으로 나뉜다. 첫째는 승무원이 탑승하는 날개 달린 궤도선 '오비터'. 둘째는 발사 시 추력의 대부분을 담당하는 2기의 고체연료 보조로켓. 셋째는 궤도선의 로켓엔진 RS-25에 액체연료를 공급하는 주황색 외부 연료탱크다.

발사 때는 2기의 고체연료 보조로켓과 궤도선의 엔진 3기가 점화된다. 약 2분 뒤 보조로켓이 분리되고, 궤도선의 엔진은 6분 30초가량 더 연소를 이어 간다. 이후 비워진 외부 연료탱크가 분리되고, 궤도선은 궤도 조정을 거쳐 지구 궤도에 진입한다. 임무를 마치면 궤도선은 글라이더처럼 활주로에 내려온다.

성과에 대해 영상은 허블 우주망원경을 우주로 운반했을 뿐 아니라 광학계에 결함이 발견되었을 때 수리를 위한 우주비행사를 태우고 궤도까지 갔다는 점, 국제우주정거장의 거대한 모듈을 여러 차례에 나누어 운반했다는 점을 든다. 그럼에도 우주왕복선은 2011년에 퇴역했다.

첫 번째 이유는 비용이다. 1970년대 초, NASA는 의회에 우주왕복선을 연간 50회 안팎 비행시킬 수 있으며 1회당 발사 비용은 1500만 달러가 될 것이라고 설명했다. 기존의 일회용 로켓을 대신하는 주요 발사 수단으로서 군사·민간·과학 분야의 폭넓은 발사를 우주왕복선으로 일원화한다. 이것이 당시 NASA가 그리던 이상적인 모습이었다.

그러나 귀환한 우주왕복선에는 대규모 수리와 정비가 필요했다. 궤도선을 덮은 약 2만 4000장의 내열 타일은 한 장 한 장 모양이 달라, 손상된 것은 수작업으로 교체해야 했다. 궤도선의 엔진은 떼어 내 분해 검사를 했다. 가장 먼저 분리되는 고체연료 보조로켓은 바다에 떨어뜨리기 때문에 바닷물에 잠긴 상태로 회수되었고, 전부 분해·세척한 뒤 다시 조립해야 했다. 외부 연료탱크는 대기권 재진입 때 거의 다 타 버리기 때문에 완전한 일회용이었다.

그 결과 비행 횟수는 계획을 크게 밑돌았다. 연간 비행 횟수의 최고 기록은 1985년의 9회였고, 30년간 평균은 연 4~5회 정도에 그쳐 연 50회 안팎이라는 당초 계획의 극히 일부에 불과했다. 비행 횟수가 적으면 1회당 비용은 불어난다. 영상이 소개하는 한 추산에 따르면, 1982년부터 2010년 중 실제로 가동되던 기간의 발사 1회당 평균 비용은 12억 달러였고, 사고 등으로 운용이 중단되었던 기간까지 포함하면 15억 달러에 달했다고 한다. 영상은 당시 우주의 상업적 이용이 거의 이루어지지 않았던 점을 생각하면 애초에 무리한 계획이었을 것이라고 말한다.

두 번째 이유는 안전성이다. 우주왕복선에서는 1986년 챌린저호와 2003년 컬럼비아호, 두 차례의 중대 사고가 일어났다.

챌린저호 사고의 직접적인 원인은 고체연료 보조로켓의 이음매를 밀봉하는 O링이 저온에서 경화되어 밀봉 기능이 떨어진 것이었다. 이 문제를 우려한 로켓 제조사 측 엔지니어들이 발사에 반대했음에도 NASA가 발사를 강행했다는 사실이 나중에 밝혀졌다. 챌린저호는 발사 73초 뒤 폭발했고, 승무원 7명 전원이 사망했다.

컬럼비아호에서는 발사 때 연료탱크의 단열재가 떨어져 나와 궤도선에 부딪혔고, 궤도선의 내열재인 RCC 패널이 손상되었다. 그 결과 지구로 귀환하는 과정에서 공중분해가 일어나 승무원 7명 전원이 목숨을 잃었다. 사고조사위원회는 단열재가 떨어지는 현상이 거의 매번 일어났음에도 NASA 관리 부서가 이를 허용 가능한 위험으로 보고 방치했다고 결론지었다.

두 차례의 사고 조사 기간 동안 우주왕복선은 비행을 중단할 수밖에 없었다. 영상은 이것이 기술적 대책만 세우면 해결되는 문제가 아니라, NASA 내부의 조직 문화가 우주비행의 현실과 맞물리지 않는다는 점이 드러난 것이라고 지적한다.

영상이 '결정적인 이유'로 꼽는 것은 정치적 판단이다. 2004년 1월, 당시 부시 대통령은 우주 탐사 비전을 발표했다. 국제우주정거장 완공과 함께 우주왕복선을 퇴역시키고, 달과 화성 유인 비행에 자원을 돌린다는 방침이었다. 이 시점에 우주왕복선은 NASA 예산의 약 4분의 1을 차지하고 있었고, 우주왕복선을 퇴역시키지 않으면 새로운 계획에 착수할 수 없는 상황이었다고 영상은 설명한다.

그렇다면 왜 이런 상황에 빠졌을까. 영상은 여기서 '왕복하는 우주선'이라는 당초의 콘셉트와 실제 기체 사이의 어긋남을 다룬다. 세 가지 구성 요소 가운데 보조로켓은 바다에 떨어뜨리고, 연료탱크는 타 버린다. 조금만 생각해 보면 콘셉트에서 크게 벗어났다는 것을 알 수 있다는 것이다. 그리고 이 문제를 포함한 모든 근본 원인은 우주왕복선 탄생 이전인 1970년대의 정치적 사정에 있다고 알려져 있다고 소개한다.

당시 미국은 아폴로 11호의 달 착륙으로부터 몇 년이 지나, 국가의 위신을 걸고 우주 개발을 추진할 이유를 이미 잃은 상태였다. 게다가 베트남 전쟁이 길어지면서 재정이 급속히 악화되고 있었다.

NASA가 본래 구상했던 것은 완전히 재사용할 수 있는 2단식 우주선이었다. 두 단 모두 로켓엔진과 날개를 갖추고, 발사 후에는 둘 다 활주로로 돌아온다. 일회용 부품이 없어지고 최소한의 정비만으로 다시 우주로 향할 수 있기 때문에 높은 빈도의 비행이 가능해진다. 이것이 저렴하고 일상적인 우주비행을 실현하기 위한 구상이었다.

그러나 전쟁 비용으로 인한 재정 악화와 국민의 우주에 대한 관심 저하가 겹치면서, 정부는 우주왕복선 개발비를 대폭 삭감했다. 그 예산 범위로는 완전 재사용형 우주선을 만들 수 없었다. NASA는 '아무것도 만들지 않는다'와 '타협해서 예산 안에서 만든다' 중 양자택일을 강요받았고, 후자를 택했다. 그 결과 탄생한 것이 실제 우주왕복선이며, 영상은 이를 NASA가 개발비를 줄이는 대신 높은 운용비를 받아들인 선택이었다고 표현한다.

영상은 이 타협이 구체적인 문제로 이어진 경위를 따라간다. 1단에는 재사용 가능한 액체연료 로켓이 아니라, 한번 점화하면 다 탈 때까지 멈추지 않는 고체연료 로켓이 채택되었다. 그런데 고체연료 로켓이 너무 거대해서 공장에서 발사장까지 한 번에 운반할 수 없었기 때문에, 분할해서 이음매를 두게 되었다. 그 이음매가 챌린저호 사고의 원인이 되었다.

컬럼비아호 사고의 원인이 된 외부 연료탱크의 발포 단열재 박리에 대해서도, 당초 계획과는 다른 형태로 구현되어 있었다고 영상은 말한다.

게다가 발사할 때마다 내열 타일 정비가 필요해지고, 그로 인해 발사 빈도가 떨어지면 1회당 비용이 올라가 현장은 한층 더 압박을 받는다. 우주왕복선 계획은 이러한 악순환에 빠져 있었다는 것이 영상의 시각이다.

영상은 당초 설계에서 타협을 강요받은 것이 우주왕복선 퇴역의 근본 원인이라는 점은 틀림없을 것이라고 결론짓는다. 그러면서 챌린저호 폭발 사고 보고서에 있는 "기술이 성공하려면 현실이 홍보보다 우선해야 한다. 자연은 속일 수 없기 때문이다"라는 문장을 인용한다. 다만 영상은 여기에 예산이라는 경제적 측면 또한 현실이라고 덧붙인다.

퇴역 후 남은 4기의 궤도선은 지상에 전시되어 있다. 한편 우주왕복선의 일부는 지금도 우주를 날고 있다고 영상은 소개한다. 궤도선의 엔진이었던 RS-25는 21세기에 다시 달을 목표로 하는 아르테미스 계획의 로켓에 탑재되어 있다. 일본 시간 2026년 4월 2일, 아르테미스 2호의 SLS 로켓이 우주비행사 4명을 태우고 달을 향해 발사되었는데, 그 RS-25 4기 중 3기는 과거 우주왕복선에 탑재되었던 것이라고 한다.

영상은 우주왕복선이 당초의 약속을 지키지 못하고 퇴역했지만, 그 엔진은 지금도 사람들에게 희망을 주고 있는 듯하다며 끝을 맺는다.