후지 (우주선)
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1. 개요
후지(Fuji)는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 2000년대 초반에 제안했던 유인 우주선 계획이다. 미국 우주왕복선 프로그램에 의존하던 일본의 유인 우주 비행 기술 자립을 목표로, 일회용 캡슐형 구조를 기반으로 한 모듈형 설계를 특징으로 했다. 최소 시스템, 표준 시스템, 경제 시스템 등 다양한 구성을 통해 우주 관광, 우주 정거장, 달 및 소행성 탐사 등 다목적 활용을 계획했으나, JAXA 내부 구상으로 채택되지는 않았다. 그러나, 후지 구상 이후 미국, 러시아, 유럽 등에서 캡슐형 우주선을 개발하면서 후지 구상의 선견성을 보여주는 사례로 평가받고 있다.
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| 후지 (우주선) | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 유인 우주 왕복선 (계획) |
| 국가 | 일본 |
| 개발 기관 | ISAS / NASDA |
| 제조사 | 미쓰비시 중공업 |
| 제원 | |
| 길이 | 25 m |
| 날개폭 | 15.8 m |
| 무게 | 25 톤 |
| 성능 | |
| 탑승 인원 | 4명 ~ 6명 |
| 궤도 | 저궤도 |
| 임무 기간 | 30일 |
| 개발 계획 | |
| 개발 시작 | 1980년대 후반 |
| 개발 취소 | 2003년 |
| 특징 | |
| 재사용 | 재사용 가능 |
| 발사 방식 | H-II 로켓 2단에 장착하여 발사 (계획) |
2. 역사적 배경
2001년 이전 일본은 유인 우주 비행을 미국의 우주왕복선 계획에 의존했으며, 독자적인 개발에 대한 의견도 있었지만 단기 및 중장기적인 목표로 채택되지는 않았다. 컬럼비아호 사고 이전에는 X-33, HOPE, 브란 등 세계적으로 유사한 재사용형 우주왕복선을 추진하는 의견이 많았다.
일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 통합 이후, 플래그십 미션 후보 중 하나로 후지가 제안되었다. 후지는 재사용형 우주선이 비용 및 안전성에 문제가 있다고 판단하여, 성숙된 기술을 사용해 8년 정도의 단기간 내에 개발이 가능하다는 점을 고려해 일회용 캡슐형 구조를 채택했다. 후지 우주선은 대기권 진입 기술을 이용해 안전성을 보장하고, 낙하산과 GPS 기반 위치 제어 체계를 사용해 낙하 제어와 착륙을 할 계획이었다.
후지 개발은 오픈 아키텍처 방식으로 비용 절감, 기술 발전 지원, 잠재적 시장 확대를 목표로 했다. 기술자들은 기계, 전기, 열제어 계통 정보를 공개하고 상호 검토를 받았다. H-IIA 외 다른 발사체도 후지 발사에 이용될 계획이었으며, 우주여행, 우주정거장, 달, 소행성 등으로의 비행도 구상되었다.
2. 1. 미국의 우주왕복선 의존
2001년 이전 일본의 유인 우주 비행은 미국 우주왕복선 계획에 의존하고 있었으며, 독자적인 유인 우주선 개발은 단기 또는 중기 목표로 채택되지 않았다. 대신, 우주왕복선과 HOPE와 같은 날개 달린 재사용 발사 시스템(RLV)의 사용을 권장했다.2. 2. JAXA 설립과 후지 계획 제안
2001년 당시 일본의 유인 우주 계획은 미국의 우주왕복선 계획에 의존하고 있었으며, 단기 및 중기적으로는 독자적인 유인 우주선 개발이 어려웠다. 우주왕복선이나 HOPE-X 등 RLV의 사용에 대한 제안이 이루어졌다.그러나 일본 정부가 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)를 통해 우주 탐사 노력을 재편한 후, 후지가 우주 임무 후보로 제안되었다. 2003년 컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고는 재사용 시스템의 안전성에 대한 의문을 제기했으며, JAXA는 일회용 캡슐에 의존하는 후지 설계를 비교적 짧은 8년 안에 개발하는 것이 가능하다고 판단했다.
3. 구성
후지 우주선은 임무에 따라 다양한 모듈을 조합하여 사용하는 모듈형 우주선(제미니 우주선, 아폴로 우주선, 소유스 우주선과 유사)으로 설계되었다.
후지는 대기권 진입 등의 기술을 이용해 안전성을 보장하도록 설계되었으며, 대기권 진입 시 낙하산과 GPS 기반 위치 제어 체계를 사용해 낙하를 제어하고 착륙할 계획이었다.
개발은 비용 절감, 기술 발전 지원, 잠재적 시장 확대를 위해 오픈 아키텍처 방식으로 이루어졌으며, 기술자들은 기계, 전기, 열제어 계통의 정보를 서로 공개하여 검토를 받았다.
후지의 발사에는 H-IIA뿐 아니라 다른 발사체도 이용될 계획이었으며, 우주여행과 우주정거장, 달, 소행성 등으로의 비행 또한 구상되었다.
3. 1. 최소 시스템 (Minimum System)
최소 시스템은 유인 우주 비행이 24시간 동안 가능한 재진입 캡슐로 구성되며, 전체 프로젝트의 초기 단계에 개발될 예정이었다. 이 최소 시스템은 코어 모듈(CM)이라고 불렸으며, 원뿔 모양으로 승무원 3명을 수용할 수 있었다. 지름은 3.7m, 총 중량은 3톤 이하이며, 자세 제어를 위한 추력기와 소량의 추력을 낼 수 있는 로켓 엔진을 갖출 예정이었다. 목표 제조 비용은 각각 약 8억엔이었다.3. 1. 1. 코어 모듈 (Core Module)
후지의 기본 모듈로, 승무원 3명이 탑승할 수 있는 원추형 모듈이다. 지름은 약 3.7m, 총 중량은 3ton 이하로 설계되었다. 자세 제어용 스러스터와 소추력 로켓 엔진을 장착할 예정이었다. 1기당 제조 비용은 약 8억엔으로 예상되었다.3. 2. 표준 시스템 (Standard System)
표준 시스템은 최소 시스템에 확장 모듈과 추진 모듈을 추가하여 한 달 동안의 비행과 달 궤도 비행이 가능하도록 설계되었다. 확장 모듈은 장기 우주 비행을 위한 거주 공간, 추진 모듈은 궤도 조정을 위한 로켓 엔진과 전력 생산을 위한 태양 전지 패들을 갖추는 것으로 구상되었다.3. 2. 1. 확장 모듈 (Extension Module)
확장 모듈(EM)은 장기 우주 비행을 위한 거주 공간으로, 소유스 우주선의 궤도 모듈(OM)과 유사한 역할을 수행하도록 구상되었다. 확장 모듈은 한 달 동안의 비행과 달 궤도 비행이 가능하도록 설계된 표준 시스템의 구성 요소 중 하나였다.3. 2. 2. 추진 모듈 (Propulsion Module)
추진 모듈(PM)은 궤도 조정을 위한 로켓 엔진과 전력 생산을 위한 태양 전지 패들을 갖춘 모듈이다. 표준 시스템은 한 달 동안의 비행과 달 궤도 비행이 가능하도록 설계되었다.3. 3. 경제 시스템 (Economy System)
경제 시스템의 설계는 우주 비행 비용 절감을 목표로 했으며, 최소 시스템을 기반으로 했다.3. 3. 1. 우주 관광용 코어 모듈
표준형 코어 모듈을 기반으로 개발하는 우주 여행용 코어 모듈로, 탑승 정원은 5명(승객 4명)이다. 최소 시스템을 기반으로 우주 여행 비용 절감을 목표로 설계되었으며, 조종사 1명과 승객 4명을 수송할 수 있다.3. 4. 기타 모듈
우주 실험실 모듈, 로봇 팔 모듈, 팽창식 간이 거주 모듈 등 다양한 추가 모듈이 계획되었다.4. 특징
2001년 당시 일본의 우주인 계획은 미국의 우주왕복선 계획에 의존하고 있었으며, 단기 및 중기적으로는 독자적인 유인 우주선 개발이 어려웠다. 우주왕복선이나 HOPE-X 등 RLV 사용이 제안되기도 했다.
일본 정부가 일본 우주항공연구개발기구 아래로 우주 계획을 재편성하면서 후지 우주선 계획이 제안되었다. 이는 2003년 컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고로 재사용형 발사체의 안전성에 대한 우려가 제기되었고, 일본 우주항공연구개발기구가 캡슐형 우주선을 상대적으로 빠른 기간인 8년 안에 개발 가능할 것이라고 예측했기 때문이다.
후지 우주선은 대기권 진입 기술을 이용하여 안전성을 보장하도록 설계되었다. 대기권 진입 시 후지 캡슐은 낙하 제어와 착륙을 위해 낙하산과 GPS 기반 위치 제어 체계를 사용할 계획이었다.
후지는 탈출 로켓, 절제식 열 보호막, 파라포일 및 GPS 기술 기반 자동 유도 시스템을 사용하고, 개방형 아키텍처 방식으로 개발하여 H-IIA 로켓 외 다른 발사체도 이용할 수 있도록 설계되었다.
4. 1. 안전성 확보
후지 우주선은 탈출 로켓과 절제식 열 보호막과 같은 기존의 일반적인 기술을 채택하여 안전성을 확보하도록 설계되었다. 일회용 캡슐형 우주선에 일반적으로 사용되는 탈출 로켓이나 어블레이터(융제재) 등의 기술을 채용하여 충분한 안전성을 확보하였다.4. 2. 정확한 착륙
재진입 후 후지 캡슐은 파라포일과 GPS 기술 기반의 자동 유도 시스템을 사용하여 제어된 하강 및 착륙을 수행할 예정이었다. GPS를 이용한 자동 조종으로 정밀도가 높은 착륙을 실시하며, 최종적으로는 지상 기지에 핀포인트 착륙을 목표로 했다.4. 3. 오픈 아키텍처
후지의 개발은 비용 절감, 기술 발전 지원, 잠재적 시장 확대를 위해 개방형 아키텍처 방식으로 이루어졌다. 특히 개발자들은 시스템 간 기계/전기/열 인터페이스에 대한 정보를 공개하고, 이 인터페이스의 제3자 사용에 제약을 두지 않았으며, 안전성을 포함한 시스템의 시험 기준을 공개할 계획이었다. 또한, 후지는 발사를 위해 H-IIA 로켓 시스템에만 국한되지 않을 예정이었다.5. 활용 방안
후지 시스템은 우주 관광, 우주 정거장으로의 비행, 달 또는 소행성 탐사 등 다양한 목적을 위해 구상되었다.
5. 1. 우주 관광
우주 관광용 코어 모듈을 사용하여 24시간 동안 우주 여행을 실현할 계획이었다. 위성과의 동반 발사로 발사 비용을 절감하여 1인당 2억엔 정도의 비용을 예상했다. 간이 거주 모듈을 통해 무중력 공간 및 큐폴라(전망창)를 통한 풍경을 제공할 계획이었다.5. 2. 우주 정거장
확장 모듈과 우주 실험 모듈에 기능을 추가하여 단독 비행 및 장기간 우주 체류를 실현할 계획이었다. 소규모 우주 정거장으로 활용할 계획이었다.5. 3. 달 및 소행성 탐사
후지를 기반으로 과학 관측 장비 등을 궤도상에서 결합하여, 유인 달·소행성 탐사용 우주선으로 활용할 계획이었다.6. 이후
후지 구상은 JAXA 내부의 한 구상일 뿐이라는 것이 당시 JAXA의 공식 견해였다. 그러나 일본 외 다른 주요 우주 개발국에서는 캡슐형 우주선 개발이 잇따르고 있었다.
6. 1. JAXA의 유인 우주선 개발
JAXA는 2025년 이후 유인 우주선 개발을 제시했지만, 후지 구상 자체는 채택되지 않았다.JAXA는 국제 우주 정거장(ISS) HTV를 기반으로 유인 우주선 기술을 축적하는 방안을 제시했다. 처음에는 HOPE와 유사한 날개형 예상도를 발표했지만, 이후 HTV를 단계적으로 확장하여 유인 우주선을 개발하는 구상을 발표하면서 캡슐형으로 변경되었다. HTV 보급부 노출 구역을 유인 캡슐로 대체하는 안은 후지의 스탠다드 시스템과 매우 유사하다. JAXA 내부에서 이러한 HTV 발전 안과 후지 구상의 관련성은 불분명하지만, 각국의 동향을 포함해 후지 구상의 선견성을 보여준 에피소드라고 할 수 있다.
6. 2. 국제적인 캡슐형 우주선 개발 동향
미국 항공 우주국(NASA)은 우주 왕복선을 대체할 유인 우주선 오리온 개발에 착수했다. 오리온은 아폴로 우주선을 확대하고 태양 전지 패들을 갖춘 형태이지만, 결과적으로 후지 구상과 똑같은 외형이 되었다.러시아 연방 우주국(RFSA)은 캡슐형 소유즈 우주선을 사용하고 있으며, 후계기에는 날개형도 검토되었지만 결국 캡슐형으로 결정되었다. 소유즈 기술을 응용한 중국의 선저우도 거의 동일한 형태의 캡슐형이다.
유럽 우주국(ESA)도 유럽 보급선(ATV)을 유인화한 CTV를 구상하고 있으며, 역시 오리온이나 후지와 마찬가지로 캡슐형 우주선이다.
6. 3. 평가
JAXA의 공식 견해에 따르면 후지 구상은 JAXA 내부의 구상에 불과했다. JAXA 통합 후 계획에서는 2025년 이후 유인 우주선 개발이 제시되었지만, 후지 구상 자체는 채택되지 않았다.하지만, 일본 외 다른 우주 개발국들은 캡슐형 우주선 개발을 이어가고 있다.
- 미국 항공 우주국(NASA)은 우주 왕복선을 대체할 유인 우주선 오리온 개발에 착수했다. 오리온은 아폴로 우주선을 확대하고 태양 전지 패들을 갖춘 형태로, 결과적으로 후지 구상과 같은 외형이 되었다.
- 러시아 연방 우주국(RFSA)은 캡슐형 소유즈 우주선을 사용하고 있다. 후계기에는 날개형도 검토되었지만, 결국 캡슐형으로 돌아갔다. 소유즈의 기술을 응용한 중국의 선저우도 거의 동일한 형태의 캡슐형이다.
- 유럽 우주국(ESA)도 유럽 보급선(ATV)을 유인화한 CTV를 구상하고 있으며, 역시 오리온이나 후지와 마찬가지로 캡슐형 우주선이다.
JAXA에서도 국제 우주 정거장 HTV를 기초로 유인 우주선 기술을 축적하는 것이 제시되었지만, 초기에는 HOPE와 유사한 날개형의 예상도를 공표했다. 그러나 후에 HTV를 단계적으로 확장하여 유인 우주선을 개발하는 구상이 발표되자, 이것도 다른 우주선과 마찬가지로 캡슐형이 되었다. HTV 보급부 노출 구역을 유인 캡슐로 대체하는 안은 후지의 스탠다드 시스템과 매우 유사하다. JAXA 내부에서의 이러한 HTV 발전 안과 후지 구상의 관련성은 불분명하지만, 각국의 동향을 포함해 후지 구상의 선견성을 보여준 에피소드라고 할 수 있다.
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