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벤처 스타

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목차

1. 개요

벤처 스타는 1986년 챌린저 호 폭발 사고 이후, NASA가 개발을 추진했던 차세대 단발 궤도선이다. 우주왕복선보다 경제적이고 안전하며, 환경 친화적인 설계를 목표로 했다. 벤처 스타는 킬로그램당 발사 비용을 획기적으로 낮추고, 유지 보수 및 운용 효율성을 높이며, 비상 착륙의 용이성을 확보하도록 설계되었다. 그러나 X-33 프로그램의 기술적 실패와 예산 문제로 인해 2001년 개발이 취소되었다.

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벤처 스타
개요
저궤도에서 페이로드를 방출하는 벤처스타 상상도
저궤도에서 페이로드를 방출하는 벤처스타 상상도
유형유인 재사용 가능 스페이스플레인
제조사록히드 마틴
원산지미국
상태취소됨
발사장케네디 우주 센터, LC-39A
총 발사 횟수0
제원
높이38.7 m
지름39.0 m
질량1,000,000 kg
단수1
성능
저궤도 수송 능력20,000 kg
1단
이름벤처스타
엔진7 x 로켓다인 RS-2200 선형 에어로스파이크
추력13.39 MN
연료LOX/LH2

2. 역사

1986년 챌린저 호 폭발 사고 이후, NASA는 안전 문제로 우주왕복선 사용을 중단했다.[15] 이후 NASA는 더 안전한 차세대 단발궤도선 개발을 목표로 연구원들로부터 다양한 의견과 보고서를 제출받았다. 여러 제안 중 X-33 프로그램이 선정되었으며, 이는 벤처 스타(Venture Star)라는 상업용 단발궤도선의 기술 실증기 역할을 할 예정이었다.

X-33은 혁신적인 에어로스파이크 엔진을 사용하여 개발되었고, 초기에는 상당한 진척을 보였다. NASA는 X-33의 성공적인 개발을 통해 얻은 기술과 벤처 스타의 설계를 통합하여 차세대 단발궤도선을 완성하고자 했다. 하지만 에어로스파이크 엔진을 포함한 핵심 기술 개발 과정에서 지속적인 문제에 직면했고, 개발은 지연되었다. 결국 기술적 어려움과 예산 초과 문제로 인해 2001년 2월, 미국 의회는 예산 낭비를 이유로 X-33 프로그램과 함께 벤처 스타 개발 계획을 전면 취소했다.[16][17][18]

3. 장점

벤처스타는 기존 우주왕복선과 비교하여 설계 및 엔지니어링 측면에서 여러 가지 주목할 만한 장점을 가질 것으로 기대되었다.[4] 주요 장점으로는 획기적인 비용 절감, 간소화된 비행 준비 및 운용 효율성 증대, 향상된 안전성, 그리고 환경 친화성 등이 꼽혔다.[4] 예를 들어, 위성 발사 비용은 우주왕복선의 10분의 1 수준으로 예상되었으며, 비행 준비 과정도 항공기와 유사하게 간소화될 예정이었다.[4] 또한, 고체 로켓 부스터를 사용하지 않고 개선된 엔진 및 열 보호 시스템을 채택하여 안전성을 높였으며,[4] 주 연료로 액체 수소와 액체 산소만을 사용하여 배기가스로 수증기만 배출하는 환경 친화적인 특성을 가질 것으로 계획되었다.[4] 더불어 가벼운 설계 덕분에 비상 상황 발생 시 대부분의 주요 공항에 착륙할 수 있는 유연성도 장점으로 여겨졌다.[4]

3. 1. 비용 절감

벤처스타는 우주왕복선보다 약 더 짧았을 것으로 예상된다.


벤처스타의 엔지니어링과 설계는 시간과 재료의 상당한 절약, 안전성 증가 등 우주왕복선에 비해 여러 가지 장점을 제공했을 것으로 기대되었다.[4] 벤처스타는 킬로그램당 2000USD의 비용으로 위성을 궤도에 올릴 것으로 예상되었는데, 이는 우주왕복선의 킬로그램당 20000USD 비용의 10분의 1 수준이었다.

벤처스타를 비행 준비하는 과정은 우주왕복선과 크게 달랐을 것으로 보인다. 여러 개의 무거운 구성 요소(대형 외부 탱크, 두 개의 고체 로켓 부스터)와 함께 조립해야 했던 우주왕복선 궤도선과 달리, 벤처스타는 일반 항공기처럼 격납고에서 간단하게 점검할 수 있는 구조였다.[4]

또한, 우주왕복선은 발사 후 바다에서 회수하여 수리해야 하는 고체 로켓 부스터에 의존했지만, 벤처스타는 이러한 부스터가 필요 없었다.[4] 설계 사양에는 모든 고도에서 추력 효율을 유지하는 선형 에어로스파이크 엔진 사용이 포함되었는데, 이는 특정 고도에서만 최대 효율을 내는 기존 노즐 엔진을 사용한 셔틀과 대조적이다.[4]

벤처스타는 우주왕복선에 사용된 세라믹 보호 시스템보다 안전하고 유지 보수가 저렴한 새로운 금속 열 보호 시스템을 채택할 예정이었다. 이 금속 열 차폐막 덕분에, 셔틀의 내열 세라믹 타일 수천 개를 점검하고 교체하는 데 필요했던 약 17,000시간의 비행 간 유지 보수 시간을 절약할 수 있었을 것이다.[4]

안전성 측면에서도 벤처스타는 대부분의 현대 로켓보다 우수할 것으로 예상되었다.[4] 엔진 고장이 치명적인 결과를 초래하는 일반적인 로켓과 달리, 벤처스타는 각 엔진에 비상 상황을 대비한 추력 예비가 설계되었다.[4] 예를 들어, 상승 중 엔진 하나가 고장 나면 다른 엔진이 추력을 조절하여 균형을 맞추고, 나머지 엔진은 출력을 높여 임무를 안전하게 지속할 수 있었다.[4]

환경적인 측면에서도 장점이 있었다. 우주왕복선의 고체 로켓 부스터는 발사 시 염화수소와 같은 화학 폐기물을 주로 발생시켰지만, 벤처스타는 주 연료로 액체 수소와 액체 산소만을 사용하기 때문에 배기 가스는 수증기만으로 구성될 예정이었다.[4] 이는 벤처스타가 환경 친화적인 우주선임을 의미한다.[4] 벤처스타의 더 단순화된 설계는 초고속 추진제와 유압 시스템을 배제하고, 대신 비행 제어, 도어 개폐, 랜딩 기어 작동 등에 전력을 사용하도록 했다.[4]

가벼운 설계 덕분에 벤처스타는 비상 상황 발생 시 거의 모든 주요 공항에 착륙할 수 있었을 것이다.[4] 이는 대부분의 공항 활주로보다 훨씬 긴 전용 셔틀 착륙 시설이 필요했던 우주왕복선과 비교되는 장점이다.

3. 2. 운용 효율성



벤처스타의 엔지니어링과 설계는 시간과 재료의 상당한 절약, 안전성 증가 등 우주왕복선에 비해 여러 가지 장점을 제공했을 것으로 기대되었다.[4] 특히, 위성을 궤도로 발사하는 비용은 킬로그램당 2000USD로 예상되었는데, 이는 우주왕복선 발사 비용인 킬로그램당 2만달러의 10분의 1 수준에 불과했다.

벤처스타의 비행 준비 과정은 우주왕복선과 크게 달랐을 것이다. 우주왕복선은 우주왕복선 궤도선 본체 외에도 거대한 외부 탱크와 두 개의 고체 로켓 부스터 등 여러 부품을 결합하여 조립해야 했지만, 벤처스타는 일반 항공기처럼 격납고에서 간단한 점검만으로 비행 준비를 마칠 수 있도록 설계되었다.[4]

또한, 벤처스타는 발사 후 바다에 떨어진 고체 로켓 부스터를 회수하여 수리해야 했던 우주왕복선과 달리 이러한 부스터를 사용하지 않았다.[4] 엔진 시스템에서도 차이가 있었는데, 벤처스타는 모든 고도에서 높은 추력 효율을 유지하는 선형 에어로스파이크 엔진을 사용하도록 설계된 반면, 우주왕복선은 특정 고도에서만 최대 효율을 내는 기존 방식의 로켓 노즐 엔진을 사용했다.[4]

기체 보호 시스템 역시 개선되었다. 벤처스타는 우주왕복선에 사용된 세라믹 타일 기반의 열 보호 시스템보다 더 안전하고 유지보수가 용이한 새로운 금속 열 보호 시스템을 채택할 예정이었다. 이를 통해 우주왕복선에서 수천 개의 세라믹 타일을 일일이 점검하고 필요시 교체하는 데 소요되었던 약 17,000시간의 비행 간 유지보수 시간을 없앨 수 있을 것으로 기대되었다.[4]

안전성 측면에서도 벤처스타는 대부분의 현대 로켓보다 우수할 것으로 예상되었다.[4] 일반적인 로켓은 엔진 하나에 고장이 발생하면 치명적인 결과로 이어질 수 있지만, 벤처스타는 각 엔진에 비상 상황을 대비한 추력 예비 능력을 갖추도록 설계되었다.[4] 예를 들어, 상승 중 엔진 하나가 고장 나면 다른 엔진들이 추력을 조절하여 균형을 맞추고, 나머지 엔진들의 출력을 높여 임무를 안전하게 지속할 수 있었다.[4]

환경적인 측면에서도 장점이 있었다. 우주왕복선의 고체 로켓 부스터는 연소 시 주로 염화수소와 같은 화학 폐기물을 배출했지만, 벤처스타는 주 연료로 액체 수소와 액체 산소만을 사용하기 때문에 배기가스는 수증기만으로 구성될 예정이었다.[4] 이는 벤처스타가 훨씬 환경친화적인 우주 발사체가 될 수 있음을 의미했다.[4] 더불어, 벤처스타는 설계를 단순화하여 초고속 추진제 시스템이나 유압 시스템 없이 전기 동력만으로 비행 제어, 도어 개폐, 착륙 장치 작동 등을 수행할 수 있도록 계획되었다.[4]

기체가 가볍게 설계되어 비상 상황 발생 시, 벤처스타는 거의 모든 주요 공항에 착륙할 수 있었을 것으로 예상되었다.[4] 이는 착륙을 위해 매우 긴 활주로가 필요했던 우주왕복선과 비교되는 장점이었다.

3. 3. 안전성 향상



벤처스타의 설계는 우주왕복선과 비교했을 때 시간과 비용을 절약하고 안전성을 높이는 여러 장점을 제공할 것으로 기대되었다.[4] 특히 발사 비용 면에서 벤처스타는 킬로그램당 약 2천달러으로 예상되어, 우주왕복선의 킬로그램당 2만달러에 비해 10분의 1 수준으로 낮출 수 있을 것으로 보았다.

안전성 향상을 위한 주요 개선점은 다음과 같다.

  • 단순화된 비행 준비: 우주왕복선 궤도선은 발사를 위해 거대한 외부 탱크 및 두 개의 고체 로켓 부스터와 결합하는 복잡한 조립 과정이 필요했지만, 벤처스타는 항공기와 유사하게 격납고 내에서 점검하고 바로 비행 준비를 마칠 수 있도록 설계되었다. 이는 조립 과정에서 발생할 수 있는 위험 요소를 줄여주었다.[4]
  • 고체 로켓 부스터 제거: 우주왕복선과 달리 고체 로켓 부스터를 사용하지 않았다. 우주왕복선의 부스터는 발사 후 바다에 떨어지면 회수하여 수리하는 과정이 필요했지만, 벤처스타는 이러한 과정 자체가 없어 관련 위험 부담이 없었다.[4] 또한, 고체 로켓 부스터 연소 시 발생하는 염화수소와 같은 유해 물질 배출 문제도 해결될 수 있었다. 벤처스타는 주 연료로 액체 수소와 액체 산소만을 사용하므로 배기가스가 주로 수증기로 구성될 예정이어서 환경 친화적이었다.[4]
  • 개선된 엔진 시스템: 모든 고도에서 효율적인 추력을 내는 선형 에어로스파이크 엔진을 채택할 계획이었다. 반면, 우주왕복선은 특정 고도에서만 최대 효율을 발휘하는 기존 방식의 로켓 엔진을 사용했다.[4] 또한, 엔진 고장 시에도 안전성을 확보하도록 설계되었다. 하나의 엔진이 고장 나더라도 다른 엔진들이 추력을 조절하여 임무를 안전하게 지속하거나 비상 착륙을 시도할 수 있도록 각 엔진에 추력 예비력을 두었다.[4]
  • 새로운 열 보호 시스템: 우주왕복선에 사용된 세라믹 타일 기반의 열 보호 시스템 대신, 새로운 금속 소재의 열 보호 시스템을 적용할 예정이었다. 이는 유지보수가 더 용이하고 안전성도 높일 것으로 기대되었다. 우주왕복선의 경우, 수천 개의 세라믹 타일을 일일이 점검하고 필요시 교체하는 데 약 17,000시간의 비행 간 유지보수 시간이 소요되었는데, 벤처스타의 금속 시스템은 이러한 복잡하고 시간 소모적인 작업을 없앨 수 있었다.[4]
  • 시스템 단순화: 복잡한 초고속 추진제 시스템이나 유압 시스템 대신 전기 동력을 비행 제어, 도어 개폐, 랜딩 기어 작동 등에 활용하여 시스템을 단순화하고 잠재적 고장 지점을 줄였다.[4]
  • 향상된 비상 착륙 능력: 상대적으로 가벼운 설계 덕분에 비상 상황 발생 시 대부분의 주요 공항에 착륙할 수 있을 것으로 예상되었다.[4] 이는 특수하게 긴 활주로가 필요했던 우주왕복선에 비해 비상 대응 능력을 크게 향상시키는 요소였다.

3. 4. 환경 친화성

벤처스타는 기존의 우주왕복선과 비교했을 때 환경적인 측면에서 뚜렷한 장점을 가질 것으로 예상되었다.[4] 우주왕복선의 경우 발사 시 고체 로켓 부스터에서 염화수소와 같은 화학적 폐기물이 발생했지만, 벤처스타는 주 연료로 액체 수소와 액체 산소만을 사용하도록 설계되었다.[4] 이 때문에 벤처스타의 배기 가스는 주로 수증기로만 구성되어 환경에 미치는 부담이 훨씬 적을 것으로 기대되었다.[4]

또한, 벤처스타는 발사 후 바다에서 회수하고 수리해야 하는 고체 로켓 부스터 자체를 사용하지 않아 관련 폐기물 발생 가능성을 원천적으로 줄였다.[4] 더불어 유압 시스템 대신 전력을 사용하여 비행 제어, 도어, 랜딩 기어 등을 작동시킴으로써, 유압유 누출과 같은 잠재적인 환경 오염 요소를 배제했다.[4] 이러한 설계 특징들은 벤처스타를 보다 환경 친화적인 우주 발사체로 만들었을 것이다.[4]

4. 개발 취소

1986년 챌린저 호 폭발 사고 이후, NASA는 안전상의 이유로 우주왕복선 운용을 중단하고 차세대 단발궤도선 개발을 추진했다.[15] 다양한 검토를 거쳐, 벤처스타에 필요한 핵심 기술을 실증하기 위한 실험기로 X-33이 선정되어 개발이 시작되었다. X-33은 에어로스파이크 엔진과 같은 첨단 기술을 적용할 예정이었으나, 개발 과정에서 기술적 난관과 예산 초과 문제에 부딪혔다.

특히 X-33 프로그램의 실패는 벤처스타 프로젝트 취소의 직접적인 원인이 되었다. 복잡한 기술적 문제 해결의 어려움, 계속되는 개발 지연, 그리고 이에 따른 막대한 비용 증가는 미국 의회의 우려를 샀다. 결국 의회는 예산 낭비라는 판단 하에 2001년 2월, X-33과 함께 벤처스타 프로그램의 개발을 전면 취소하기로 결정했다.[16][17][18] 벤처스타는 당시 기술 수준으로는 달성하기 어려운 과도한 목표와 높은 비용 문제로 인해 실현 가능성이 부족하다는 평가를 받으며 최종적으로 중단되었다.

4. 1. 기술적 문제

1986년 챌린저 호 폭발 사고 이후 NASA는 우주왕복선 운용을 중단하고 안전한 차세대 단발궤도선 개발을 추진했다.[15] 여러 연구자들이 NASA에 차세대 단발궤도선에 대한 다양한 의견과 보고서를 제출했으며, 그 결과 X-33이 선정되었다. X-33 개발이 진행되면서, X-33의 에어로스파이크 엔진 기술과 벤처스타의 개념을 통합한 차세대 단발궤도선을 개발하려는 계획이 세워졌다. 하지만 X-33은 에어로스파이크 엔진 개발에 계속해서 어려움을 겪었고, 결국 예산 낭비라는 미국 의회의 판단에 따라 2001년 2월 개발이 전면 취소되었다.[16][17][18]

벤처스타 프로그램은 기술적인 문제와 더불어, 핵심 기술의 개념 증명을 목표로 했던 X-33 프로그램의 실패로 인한 개발 비용 우려 때문에 최종적으로 취소되었다. 특히 X-33 개발 과정에서 복잡한 다엽 복합 구조로 제작된 극저온 수소 탱크의 시험 실패는 X-33과 벤처스타 프로그램 모두를 중단시키는 주요 원인이 되었다. 결과적으로 벤처스타 프로그램은 지나치게 높은 비용과 당시 기술 수준으로는 달성하기 어려운 과도한 기술적 진보를 요구하여 실현 가능성이 부족하다는 평가를 받았다.

4. 2. X-33 프로그램 실패

1986년 챌린저 호 폭발사고 이후 NASA는 기존 우주왕복선의 운용을 중단하고 보다 안전한 차세대 단발궤도선 개발을 추진했다.[15] 여러 제안과 검토 끝에 X-33이 선정되었는데, 이는 벤처 스타에 필요한 첨단 기술, 특히 에어로스파이크 엔진과 같은 핵심 기술을 실증하기 위한 실험기로 개발되었다. 개발은 록히드 마틴의 스컹크 웍스 팀이 주도했다.

X-33은 벤처 스타와 유사한 형상을 가졌으나, 전장 21m, 전폭 23m, 총 중량 129ton으로 크기는 절반 이하였고, 최고 속도 역시 마하 13 정도로 계획되었다.[10] 그러나 X-33 개발은 기술적인 문제에 직면했다. 에어로스파이크 엔진 개발의 지속적인 실패와 더불어, 복잡한 다엽 복합 구조로 설계된 극저온 수소 탱크의 시험 실패는 프로그램 중단의 결정적인 원인이 되었다.

이러한 기술적 난관, 계속되는 시험 실패, 개발 일정 지연, 예산 초과 문제 등으로 인해 미국 의회는 X-33 프로그램을 예산 낭비로 판단했다. 결국 2001년 3월 1일, X-33 개발 계획은 전면 취소되었다.[16][17][18] X-33은 벤처스타의 핵심 기술 검증을 목표로 했으므로, X-33 프로그램의 실패는 곧 벤처스타 프로그램 자체의 실현 가능성에 대한 의문을 증폭시켰고, 높은 개발 비용과 기술적 한계로 인해 벤처스타 프로그램 역시 취소되는 주요 원인이 되었다.

5. 프로그램 하드웨어

XRS-2200 선형 에어로스파이크 엔진


벤처 스타 프로그램에 사용될 예정이었던 주요 하드웨어 구성 요소는 다음과 같다.[3]

  • 금속 열 보호 시스템 (TPS)
  • XRS-2200 선형 에어로스파이크 주 엔진
  • 액체 산소(LOX) 탱크


당시 기술적 어려움 중 하나는 수소 연료 탱크였다.[3] 하지만 몇 년 후 NASA가 극저온 탄소 섬유 연료 탱크에 대한 경험을 쌓으면서 이러한 수소 탱크의 성능 요구 사항을 충족할 수 있게 되었다.[5]

2004년 9월 7일, 노스롭 그러먼과 NASA 엔지니어들은 반복적인 연료 주입과 모의 발사 과정을 견딜 수 있는 탄소 섬유 복합 재료로 만들어진 액체 수소 탱크를 공개했다.[5] 이 탱크는 X-33에 사용된 복잡한 형태가 아닌 단순한 원통형이었다. 노스롭 그러먼은 이 성공적인 테스트를 통해 회사가 오토클레이브 없이 대형 복합 탱크를 제작할 수 있는 새로운 제조 공정을 개발하고 개선했으며, 이는 단일 단계 궤도 진입(SSTO) 우주선에 적합한 컨포멀 연료 탱크(우주선 동체 형태에 맞는 탱크)의 설계 및 엔지니어링 개발을 가능하게 했다고 결론지었다.[6]

6. 대중문화

2001년 중편 소설이자 2015년 소설인 래리 본드와 크리스 칼슨의 ''래시업''(Lash-Up)에서, 벤처스타 프로토타입은 중국이 GPS 위성을 파괴하기 위해 우주총을 사용하자 미국의 우주 자산을 보호하기 위해 ''디펜더''(Defender)라는 무장 우주선으로 개조된다.[7][8]

존 바를리의 소설 ''레드 썬더''와 그 후속작에서는 주요 등장인물 중 한 명이 전직 벤처스타 조종사로 등장한다.

텔레비전 시리즈 ''스타 트렉: 엔터프라이즈''의 오프닝 크레딧에는 작동하는 벤처스타 우주 왕복선이 인간 우주 비행 역사의 일부로 포함되어 있다.[9]

텔레비전 시리즈 ''스페이스 아일랜드 원''에서는 벤처스타 함대가 작품 제목과 같은 이름의 상업 우주 정거장에 물자를 재보급하는 역할을 수행한다.

참조

[1] 웹사이트 AeroSpace Online:X-33 Advanced Technology Demonstrator http://www.nasa.gov/[...] 2007-04-23
[2] 웹사이트 Venturestar http://www.astronaut[...]
[3] 웹사이트 X-33/VentureStar - What really happened https://www.nasaspac[...] 2006-01-04
[4] 웹사이트 SP-4220 Wingless Flight: The Lifting Body Story (Chapter 9) https://history.nasa[...] NASA 1997-08
[5] 뉴스 Northrop Grumman, NASA Complete Testing of Prototype Composite Cryogenic Fuel Tank http://news.northrop[...] Northrop Grumman 2004-09-07
[6] 웹사이트 An update on composite tanks for cryogens http://www.composite[...] 2005-11
[7] 서적 Combat Forge
[8] 서적 Lash-Up Forge
[9] 웹사이트 Star Trek Enterprise Intro https://www.youtube.[...] 2006-10-13
[10] 웹사이트 米国の次世代再使用型宇宙往還機について http://www.nasda.go.[...] 宇宙開発事業団 2000-02-09
[11] 웹인용 VentureStar by Lockheed Martin in Orbit - Computer Graphic https://www.dfrc.nas[...] 1996년 5월
[12] 웹인용 X-33/VentureStar – What really happened https://www.nasaspac[...] 2006년 1월 4일
[13] 웹인용 VentureStar by Lockheed Martin in Orbit - Computer Graphic https://www.dfrc.nas[...] 1996년 5월
[14] 웹인용 Artist's Concept: X-33 and VentureStar https://www.nasa.gov[...] 2009년 9월 29일
[15] 웹인용 columbia https://www.nasa.gov[...]
[16] 웹인용 X-33/VentureStar – What really happened https://www.nasaspac[...] 2006년 1월 4일
[17] 웹인용 VentureStar by Lockheed Martin in Orbit - Computer Graphic https://www.dfrc.nas[...] 1996년 5월
[18] 웹인용 Artist's Concept: X-33 and VentureStar https://www.nasa.gov[...] 2009년 9월 29일


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