유인 우주 비행

1. 개요

유인 우주 비행은 인간이 직접 우주 공간을 탐사하고 활동하는 기술을 의미하며, 냉전 시대 미국과 소련의 경쟁을 통해 발전했다. 소련은 1961년 유리 가가린을 우주로 보내 최초로 궤도 비행에 성공했고, 미국은 머큐리 계획, 제미니 계획, 아폴로 계획을 통해 우주 개발 경쟁을 이어갔다. 아폴로 11호의 달 착륙은 미국의 승리를 상징하는 사건이었다. 냉전 종식 이후 국제 협력이 증가했으며, 우주왕복선 계획과 국제 우주 정거장 건설이 이루어졌다. 최근에는 스페이스X와 같은 민간 기업의 참여가 활발해지면서 새로운 우주 개발 시대를 열고 있다. 중국도 자체적인 유인 우주 프로그램을 통해 우주 정거장을 건설하며, 민간 우주 개발과 더불어 새로운 우주 경쟁 구도를 형성하고 있다. 유인 우주 비행은 생명 유지, 장비 문제, 의학적 문제 등 다양한 위험 요소를 안고 있으며, 미래에는 우주 관광, 화성 탐사 등 더욱 다양한 형태로 발전할 전망이다.

2. 역사

유인 우주 비행의 역사는 크게 냉전 시대 미국과 소련의 우주 경쟁, 냉전 이후 국제 협력 시대, 그리고 중국의 부상과 민간 우주 개발 시대로 나눌 수 있다.

자세한 내용은 우주 비행의 역사 문서를 참고.

2. 1. 냉전 시대: 미국과 소련의 우주 경쟁

유인 우주 비행은 냉전 시대 미국과 소련(USSR)의 경쟁 속에서 발전했다. 양국은 핵무기 운반을 위한 대륙간 탄도 미사일 개발과 함께, 최초의 인공위성을 저궤도에 올릴 수 있는 로켓을 개발했다.

1957년과 1958년 소련의 최초 위성 발사 이후, 미국은 머큐리 계획을 통해 인간을 궤도에 올리려 했다. 소련은 보스토크 계획을 비밀리에 추진, 1961년 4월 12일 유리 가가린을 보스토크 1호에 태워 최초로 우주로 보냈다. 가가린은 보스토크 3KA 로켓으로 발사되어 단일 궤도를 돌았다.^[4] 1961년 5월 5일, 미국은 앨런 셰퍼드를 머큐리-레드스톤 발사체를 이용한 ''프리덤 7호''로 준궤도 비행시켰다. 셰퍼드는 수동으로 우주선 자세 제어를 했다.^[4] 1962년 2월 20일, 존 글렌은 ''프렌드십 7호''로 궤도에 오른 최초의 미국인이 되었다. 소련은 1963년 6월 16일 보스토크 6호에 탑승한 발렌티나 테레시코바를 포함, 5명의 우주 비행사를 보스토크 우주 캡슐에 태워 보냈다. 1963년까지 미국은 총 2명을 준궤도 비행에, 4명을 궤도 비행에 보냈다. 또한 미국은 조셉 A. 워커가 조종한 노스 아메리칸 X-15로 카르만 선을 넘는 비행을 두 번 (90, 91) 성공했다.

1961년, 미국 대통령 존 F. 케네디는 1960년대 말까지 인간을 달에 착륙시키고 귀환시키는 목표를 설정했다.^[5] 미국은 아폴로 계획을 시작, 1962년에는 제미니 계획을 통해 1965년과 1966년에 타이탄 II GLV 로켓으로 2인승 우주선을 10번 발사했다. 제미니는 달 임무를 위한 궤도 우주 비행 경험과 기술 개발을 목표로 했다.^[6]

소련은 보스호드 계획을 통해 보스토크 캡슐을 개조, 1964년과 1965년에 두 번의 궤도 비행을 성공시켰다. 1965년 3월 8일 알렉세이 레오노프는 보스호드 2호에서 최초의 우주 유영을 했다. 그러나 보스호드는 궤도 기동 능력이 없어 계획이 종료되었다. 미국의 제미니 비행은 최초의 우주 유영은 실패했지만, 여러 번의 우주 유영을 통해 소련의 우위를 극복하고, 무중력 상태의 피로 문제 해결, 2주간의 우주 체류, 우주 랑데부와 도킹을 성공시켰다.

미국은 새턴 V 로켓 개발에 성공, 1968년 12월 프랭크 보먼, 제임스 러벨, 윌리엄 앤더스를 아폴로 8호에 태워 달 궤도를 10번 돌았다. 1969년 아폴로 11호는 7월 21일 닐 암스트롱과 버즈 올드린을 달에 착륙시키고 7월 24일 마이클 콜린스와 함께 귀환, 케네디의 목표를 달성했다. 1972년까지 6번의 아폴로 임무로 12명이 달 표면을 걸었고, 절반은 달 탐사차를 운전했다. 아폴로 13호 승무원 짐 러벨, 잭 스와이거트, 프레드 헤이즈는 우주선 고장에도 생존, 달 착륙 없이 귀환했다.

소련은 유인 달 궤도 및 착륙 계획을 추진, 소유스 우주선을 개발했으나 N1 로켓 개발 실패로 1974년 계획을 중단했다.^[7] 달 경쟁에서 패배 후, 우주 정거장 개발에 집중, 살류트 출격 정거장을 시작으로 소유스를 이용해 우주 비행사를 수송했다.

2. 2. 냉전 이후: 국제 협력과 민간 참여 확대

1991년 소련 해체는 냉전을 종식시키고 미국과 러시아 간 협력 시대를 열었다. 소련의 소유즈와 미르 프로그램은 로스코스모스 국영 공사(러시아 연방 우주국)가 인수하였다. 셔틀-미르 프로그램을 통해 미국 우주왕복선이 미르 우주정거장을 방문하고, 러시아 우주비행사는 셔틀, 미국 우주비행사는 소유즈 우주선을 타고 미르에서 장기간 탐험을 하는 등 협력이 이루어졌다.^[1]

1993년 빌 클린턴 대통령은 국제 우주 정거장(ISS) 건설에 러시아의 협력을 얻어냈다. 1998년 시작된 정거장 건설에는 우주왕복선이 여러 차례 ISS 조립, 공급, 승무원 지원에 활용되었다. 러시아는 ISS의 절반을 건설하고 미국과 협력을 지속했다.^[1] ISS는 409km 고도와 51.65°의 궤도 경사각으로 궤도를 돌고 있다.^[1]

우주왕복선 계획은 반복 사용 가능한 발사 로켓을 통해 우주 개발 비용을 줄이고자 1972년에 시작되었다. 1981년 컬럼비아호 발사를 시작으로, 2011년 7월까지 임무를 수행했다. 왕복선 궤도선 길이는 37미터, 외부 연료 탱크 길이는 47미터이다.^[1]

NASA는 상업 승무원 수송 개발(CCDev) 계획을 통해 민간 우주선을 이용한 ISS 승무원 수송을 추진했다. 2010년에 시작된 이 계획은 2020년 5월 스페이스X사의 크루 드래곤 우주선이 최초로 유인 우주 비행에 성공하며 결실을 맺었다.^[1]

2. 3. 중국의 부상과 새로운 우주 경쟁 구도

중국은 소련과 미국에 이어 세계에서 세 번째로 독자적인 유인 우주 비행 능력을 갖춘 국가가 되었다. 1960년대 미국과 소련의 우주 경쟁이 치열하던 당시, 마오쩌둥과 저우언라이는 중국도 유인 우주 프로그램 개발에 착수해야 한다고 결정했다.^[9] 1970년대 초, 중국은 '서광 우주선' 개발을 목표로 하는 극비 프로젝트를 진행했으나 경제적인 문제로 중단되었다.

1992년, 중국은 '프로젝트 921'로 알려진 중국 유인 우주 프로그램(CMS)을 통해 유인 우주 비행을 위한 새로운 도전을 시작했다. 중국은 선저우 우주선과 창정 2F호 로켓을 개발하고, 발사 기지와 비행 통제 센터 등 핵심 인프라를 구축했다. 1999년, 무인 우주선 ''선저우 1호'' 발사에 성공하며 유인 우주 비행 능력 실현의 첫걸음을 내디뎠다. 이후 몇 차례의 무인 임무를 통해 기술 검증을 거친 후, 2003년 양리웨이를 태운 ''선저우 5호''가 발사되어 21시간 동안 궤도를 비행하고 내몽골 자치구에 안전하게 귀환함으로써, 중국은 세계에서 세 번째로 유인 우주 비행에 성공한 국가가 되었다.^[9]

CMS의 두 번째 단계에서는 우주 유영(EVA), 우주 랑데부 및 도킹 기술 개발을 목표로 했다.^[10] 2008년 ''선저우 7호'' 비행 중 자이즈강과 류보밍이 중국 최초로 우주 유영을 완료했다.^[11] 2011년에는 톈궁 1호와 ''선저우 8호''가 자동 랑데부 및 도킹에 성공했으며,^[12] 2012년에는 ''선저우 9호''에 탑승한 류양이 중국 최초의 여성 우주 비행사가 되었다.^[13]

2016년에는 ''톈궁 2호''가 발사되어 우주 실험실 역할을 수행했으며, ''선저우 11호''와 도킹하여 우주 비행사들이 약 30일 동안 체류하며 중기 체류 가능성을 검증했다.^[14] 2017년에는 중국 최초의 화물 우주선 ''톈저우 1호''가 ''톈궁 2호''와 도킹하여 궤도 내 추진제 재급유 시험을 완료했다.^[14]

2020년부터 시작된 CMS의 세 번째 단계에서는 중국의 독자적인 우주 정거장인 ''톈궁'' 건설을 목표로 하고 있다.^[15] 2021년, ''톈궁''의 첫 번째 모듈인 톈허 핵심 모듈이 창정 5B호 로켓에 의해 발사되었으며,^[16] 이후 여러 유인 및 화물 우주선이 ''톈궁''을 방문하여 우주 비행사들의 장기 체류를 지원하고 있다.

중국은 2022년 말까지 톈궁 우주정거장 건설을 완료하고, 10년 이상 운영할 계획이라고 발표했다.^[17]

2. 4. 민간 우주 개발 시대의 개막

2000년대 이후, 민간 기업들의 참여로 유인 우주 비행 기술 개발과 상업적 우주 여행 시도가 활발해지고 있다.

일본의 경우, 1980년대에 H-IIA 발사체에 탑재할 실험용 우주왕복선 HOPE-X 개발을 시작했으나, 1998년 일련의 실패로 자금 지원이 줄어들어 2003년에 프로젝트가 취소되었다.^[19] 대신 일본은 ''키보'' 일본 실험 모듈과 H-II 수송기 화물 우주선을 통해 국제 우주 정거장 프로그램에 참여하고 있다. HOPE-X의 대안으로, 2001년에 독립적인 비행 또는 국제 우주 정거장 비행을 위한 후지 유인 캡슐이 제안되었지만, 계약 단계로 진행되지는 않았다.

1993년부터 1997년까지, 일본로켓협회(가와사키 중공업, 미쓰비시 중공업)은 제안된 간코마루 수직 이착륙 단계를 거치지 않는 궤도 진입 재사용 발사 시스템에 대해 연구했다. 2005년에는 이 시스템이 우주 관광용으로 제안되기도 했다.^[19]

한편, 이라크는 1989년 12월 5일 이라크 통신사 보도를 통해 알-아비드 우주 발사체를 시험했다고 발표하며, 세기 말까지 자체 유인 우주 시설을 개발하려 했으나, 1991년 걸프 전쟁과 그 후의 경제적 어려움으로 인해 중단되었다.

3. 각국의 유인 우주 비행 프로그램

항천위안 ()—1973년 (포기)수광창정 2A궤도중화인민공화국중국 국가항천국(CNSA)위항위안 ()
항천위안 ()—1981년 (포기)유인 FSW창정 2궤도

유럽 우주국CNES / ESA스파시오노트 (spationaute^프랑스어)—1992년 (포기)헤르메스아리안 5궤도러시아로스코스모스코스모나우트 (космонавт|kosmonavt^ru)알렉산드르 빅토렌코, 알렉산드르 칼레리1992년 3월 17일소유즈 TM-14소유즈-U2궤도 바트주의 이라크—رجل فضاء|rajul faḍāʼ^ar—2001년 (포기)—탐무즈 2 또는 3—일본NASDA우주비행사 (宇宙飛行士|uchūhikōshi^일본어)—2003년 (포기)HOPEH-II궤도중화인민공화국CMSA위항위안 ()
항천위안 (), 타이코넛양리웨이2003년 10월 15일선저우 우주선창정 2F궤도일본일본 로켓 협회, 가와사키 중공업, 미쓰비시 중공업우주비행사 (宇宙飛行士|uchūhikōshi^일본어)—2000년대 (포기)간코마루간코마루궤도일본일본 우주 항공 연구 개발 기구우주비행사 (宇宙飛行士|uchūhikōshi^일본어)—2003년 (포기)후지H-II궤도인도ISRO비요마나우트 (व्योमनौट|vyomanaut^sa)—2024년^[55]가간얀LVM 3궤도-- 유럽 우주국ESA우주 비행사 (Astronaut)—2020년 (개념 승인, 본격 개발 미시작)^{[58][59][60][61]}CSTS, ARV 2단계아리안 5궤도일본일본 우주 항공 연구 개발 기구우주비행사 (宇宙飛行士|uchūhikōshi^일본어)—미정HTV 기반 우주선H3궤도이란ISA——2019년 (보류)ISA 우주선미정궤도북한NADA——2020년대NADA 우주선은하 9궤도덴마크코펜하겐 준궤도우주 비행사 (Astronaut)—2020년대티코 브라헤SPICA준궤도