우주 비행

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1. 개요

우주 비행은 우주 공간을 오가는 비행을 포괄하는 용어이며, 특정 목표 달성을 위한 우주 임무, 사람이나 화물을 수송하는 우주 수송 등의 활동을 포함한다. 1861년 윌리엄 리치의 이론 제안을 시작으로 콘스탄틴 치올코프스키의 로켓 방정식, 로버트 고다드의 액체 연료 로켓 개발 등 이론과 기술 발전이 이루어졌다. 소련은 스푸트니크 1호 발사, 유리 가가린의 유인 우주 비행 성공으로 우주 경쟁 시대를 열었으며, 미국은 아폴로 계획을 통해 달 착륙에 성공했다. 현대에는 국제 협력과 민간 기업의 참여가 확대되며, 다양한 유형의 우주 비행이 이루어지고 있다. 우주 비행은 발사, 우주 도달, 궤도 이탈, 천체역학, 재진입, 착륙 및 회수 등의 단계를 거치며, 무인, 유인, 준궤도, 궤도, 행성 간, 항성 간, 은하 간 우주 비행 등 다양한 유형으로 구분된다. 우주 비행은 지구 관측, 우주 탐사, 통신, 위성 항법, 우주 관광, 우주 식민지화 등 다양한 응용 분야에 활용되며, 우주선의 개발과 발사 시스템의 발전이 지속적으로 이루어지고 있다. 우주 비행은 안전, 무중력, 방사선, 생명 유지, 우주 기상, 환경 문제 등 다양한 도전 과제에 직면해 있으며, 안전 확보, 기술 개발, 국제 협력, 규제 마련 등의 노력이 필요하다. 우주 비행의 주체는 국가, 초국가적 실체, 민간 기업이며, 유인 우주 비행은 러시아, 미국, 중국이, 무인 우주 비행은 더 많은 국가들이 자체 발사체를 통해 수행하고 있다.

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우주 비행
개요
역사
종류
활용
기술
관련 기관

2. 용어

우주 공간으로 또는 우주 공간을 통과하는 비행을 가리키는 용어는 여러 가지가 있다.

가장 일반적인 우주의 경계는 카르만 한계선을 기준으로 지상 100km (약 99.78km) 이상을 가리킨다(미국에서는 지상 80km (약 80.47km) 이상의 공간을 우주로 정의하고 있다)^[54].

지표면에서 발사된 물체가 지구를 공전하기 위해서는 제1 우주 속도가 필요하지만, 이것은 지구 중력권에서 탈출하는 속도인 제2 우주 속도보다 훨씬 낮다^[55].

2. 1. 우주 임무

우주 탐사, 우주 연구 등 국가적인 우주 비행 첫걸음을 포함한 특정 목표를 달성하기 위한 우주 비행을 의미한다.^[1]

2. 2. 우주 수송

우주 수송은 우주선을 이용하여 사람이나 화물을 우주 공간으로 또는 우주 공간을 통과하여 수송하는 것을 말한다. 여기에는 유인 우주 비행과 화물 우주선 비행이 포함될 수 있다.

3. 역사

로켓을 이용한 우주 여행에 대한 최초의 이론적 제안은 1861년 윌리엄 리치가 했으며, 보다 잘 알려진 것은 1903년 콘스탄틴 치올코프스키가 발표한 것이다.^[1] 1919년 로버트 고다드는 드 라발 노즐을 액체 연료 로켓에 적용하여 행성 간 여행의 가능성을 제시했고, 1926년 3월 16일 최초로 액체 연료 로켓을 발사했다.

제2차 세계 대전 동안 나치 독일은 V-2 로켓을 개발하여 무기로 사용했으며, 1944년 6월 시험 비행 중 하나는 189km 고도에 도달하여 최초로 우주에 도달한 인공 물체가 되었다.^[2] 전쟁이 끝날 무렵, 베르너 폰 브라운을 포함한 대부분의 V-2 로켓 팀은 미국에 항복하여 미국의 미사일 개발에 종사했다. 소련은 V-2 생산 시설을 확보하여 복제품을 제작했다.

소련은 1950년대에 대륙간탄도미사일을 개발했고, 세르게이 코롤료프는 R-7 세묘르카 미사일 파생 모델을 이용하여 1957년 10월 4일 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사했다.

1957년 소련의 스푸트니크 1호 발사 이후, 미국은 탐험가 1호를 발사하며 우주 경쟁에 본격적으로 뛰어들었다. 1961년 소련은 유리 가가린을 태운 보스토크 1호로 인류 최초의 우주 비행에 성공했고, 미국은 앨런 셰퍼드와 존 글렌의 비행으로 응수했다. 존 F. 케네디 대통령은 달 착륙을 공언하며 아폴로 계획을 추진했고, 1969년 아폴로 11호가 달 착륙에 성공했다.

우주 비행은 위성 배치 등 다양한 분야에서 활용되었고, 살류트 계획과 국제 우주 정거장을 통해 유인 우주 활동이 이어졌다. 냉전 이후에는 국제 협력과 스페이스X, 블루 오리진과 같은 민간 기업들의 참여가 활발해지고 있으며, 대한민국 또한 우주 개발에 적극적으로 참여하고 있다.

3. 1. 초기 이론 및 실험

로켓을 이용한 우주 여행에 대한 최초의 이론적 제안은 1861년 스코틀랜드의 천문학자이자 수학자인 윌리엄 리치가 "A Journey Through Space"라는 에세이에서 발표했다.^[1] 콘스탄틴 치올코프스키는 1903년 "Исследование мировых пространств реактивными приборами^ru" (''반응 장치를 이용한 우주 공간 탐사'')라는 저서를 발표했는데, 이 저서에서 치올코프스키는 기본적인 로켓 방정식을 설명한다.

:

\Delta v = v_e \ln \frac{m_0}{m_f}

여기서:

$\Delta v$ 는 로켓 속도의 변화량이다.
$v_e$ 는 배기 속도이다.
$m_0$ 과 $m_f$ 는 로켓의 초기 질량과 최종 질량이다.

치올코프스키 로켓 방정식으로 알려진 이 방정식은 총

\Delta v

또는 속도 변화량을 구하는 데 사용할 수 있다. 이 공식은 여전히 엔지니어들이 사용하며, 우주 비행의 핵심 개념이다.

로버트 고다드는 1919년에 ''극도의 고도에 도달하는 방법''이라는 논문을 발표하여 우주 비행의 실질적인 가능성을 열었다. 드 라발 노즐을 액체 연료 로켓에 적용함으로써 효율성이 향상되어 행성 간 여행이 가능해졌다. 고다드는 제1차 세계 대전 중 로켓 추진 무기에 대한 육군 계약을 체결하려고 했지만, 1918년 11월 11일 독일과의 휴전으로 인해 계획이 무산되었다. 그는 사적인 재정 지원을 받기로 결정한 후, 1926년 3월 16일 최초로 액체 연료 로켓을 발사했다.

제2차 세계 대전 동안 최초의 유도 로켓인 V-2 로켓이 개발되어 나치 독일이 무기로 사용했다. 1944년 6월 시험 비행 중 하나에서 이 로켓은 189km 고도에 도달하여 최초로 우주에 도달한 인공 물체가 되었다.^[2] 제2차 세계 대전이 끝날 무렵, 베르너 폰 브라운을 포함한 대부분의 V-2 로켓 팀이 미국에 항복하여 육군탄도미사일기구에서 미국의 미사일 개발에 종사하며 주노 1호와 아틀라스와 같은 미사일을 생산했다. 소련은 여러 V2 생산 시설을 확보하여 복제품을 제작했으며, 11기의 로켓 중 5기가 목표물에 성공적으로 도달했다.

소련은 1950년대에 미국 폭격기에 대응하여 핵무기를 운반하는 대륙간탄도미사일을 개발했다. 치올코프스키의 영향을 받은 세르게이 코롤료프는 최고 로켓 설계자가 되었고, 그의 R-7 세묘르카 미사일 파생 모델이 1957년 10월 4일 세계 최초의 인공 지구 인공위성인 스푸트니크 1호를 발사하는 데 사용되었다.

3. 2. 우주 경쟁 시대

1957년 10월 4일, 소련은 R-7 세묘르카 미사일을 이용하여 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사했다. 이는 미국과의 우주 경쟁을 본격화하는 신호탄이었다. 스푸트니크 발사 이후, 미국은 번개 로켓 발사에 실패하는 등 어려움을 겪었으나, 1958년 2월 1일 탐험가 1호를 성공적으로 발사하며 반격에 나섰다.

1961년 4월 12일, 소련은 보스토크 1호에 유리 가가린을 태워 인류 최초의 우주 비행을 성공시켰다. 이에 미국은 1961년 5월 5일 앨런 셰퍼드의 탄도비행과 1962년 2월 20일 존 글렌의 궤도 비행으로 맞섰다. 존 F. 케네디 대통령은 달 착륙을 공언하며 제미니 계획과 아폴로 계획을 추진했다.

미국은 제미니 계획을 통해 랑데부, 도킹, EVA 기술을 확보했다. 아폴로 1호 참사라는 시련도 있었지만, 새턴 1B와 새턴 V 로켓의 무인 시험 비행을 거쳐 아폴로 7호를 저궤도에 올리는 데 성공했다. 이후 아폴로 8호(달 궤도 비행), 아폴로 9호(CSM과 LEM 결합 시험), 아폴로 10호(달 착륙 예행연습)를 거쳐, 마침내 1969년 아폴로 11호가 인류 최초로 달 착륙에 성공했다. 이후 5번의 유인 달 착륙이 더 이루어졌다.

우주 비행 기술은 지구 궤도에 위성을 배치하는 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한, 살류트 계획부터 국제 우주 정거장에 이르기까지 유인 우주 정거장 건설을 통해 우주에서의 지속적인 활동을 모색하고 있다.

3. 3. 현대의 우주 비행

냉전 이후, 국제 협력과 상업적 우주 개발이 활발해졌다. 여러 국가가 참여하는 국제 우주 정거장(ISS) 건설 및 운영은 대표적인 국제 협력 사례이다.

최근에는 스페이스X, 블루 오리진 등 민간 기업들의 우주 개발 참여가 확대되고 있다. 이들 기업은 재사용 로켓 기술 개발, 우주 관광 상품 출시 등 혁신적인 시도를 통해 우주 개발의 새로운 지평을 열고 있다.

대한민국은 독자적인 우주 발사체 개발, 달 탐사 계획 추진 등 우주 강국으로 도약하기 위한 노력을 지속하고 있어, 대한민국의 우주 개발 현황과 미래 계획 역시 주목할 만하다.

4. 단계

"전달 에너지"는 로켓 단계가 탑재체에 전달하는 에너지의 총량을 의미한다. 이는 발사체의 1단이 상단부와 탑재체에 전달하는 에너지, 또는 상단부나 우주선의 점화 엔진이 우주선에 전달하는 에너지를 뜻한다.^[6]^[7]

우주 비행은 다음과 같은 여러 단계를 거친다.

발사: 현재 우주 궤도에 도달할 수 있는 유일한 방법은 로켓을 사용하는 것이다. 비로켓 우주발사 기술은 아직 개발 중이거나 궤도 속도에 도달하지 못하고 있다. 로켓 발사는 보통 우주선 발사장(코스모드롬)에서 이루어지며, 발사 단지와 발사대, 활주로 등이 필요하다. 발사장은 소음과 안전 문제 때문에 인구 밀집 지역에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다. 발사는 발사 기회에 맞춰 이루어지는데, 이는 지구 자전 등의 영향을 받는다.

우주 도달: 일반적으로 우주 공간은 지구 표면에서 100km 떨어진 카르만 한계선 너머로 정의된다. 미국에서는 약 80.47km 이상을 우주 공간으로 보기도 한다.^[54] 현재로서는 로켓 엔진만이 우주에 도달할 수 있는 유일한 수단이다. 우주 엘리베이터와 같은 다른 방법들은 아직 개발되지 않았다.

궤도 이탈: 지구 저궤도(LEO)를 넘어선 임무에서는 우주선이 주차 궤도에 진입하기도 한다. 주차 궤도는 발사 시간을 조절하고 우주선을 점검할 시간을 제공한다.^[3] 루나 1호는 1959년에 지구 탈출 속도에 도달한 최초의 인공 물체이다.^[4] 탐사선은 오베르트 효과를 이용하여 연료 효율을 높인다.^[5]

천체역학: 천체역학은 우주선의 궤적을 연구하는 학문이다. 이를 통해 우주선이 적절한 시간에 목적지에 도착할 수 있도록 돕는다. 궤도 유지나 변경을 위해 궤도 기동 시스템이 필요할 수 있다. 태양 돛 등 비로켓 추진 방법도 연구되고 있다.^[5]

재진입: 궤도를 도는 비행체는 엄청난 운동 에너지를 가지고 있어, 안전한 착륙을 위해 이 에너지를 제거해야 한다. 이 과정에서 열차폐 기술이 필요하다. 해리 줄리안 앨런은 뭉툭한 형태의 비행체가 재진입에 유리하다는 이론을 개발했다.

착륙 및 회수: 머큐리, 제미니, 아폴로 캡슐은 바다에 착수했고, 소유즈 캡슐은 육지에 착륙한다. 우주왕복선은 글라이더처럼 착륙한다. 착륙 후 우주선과 탑승자, 화물을 회수한다. 코로나 정찰 위성처럼 공중에서 회수하는 경우도 있었다.^[56]

4. 1. 발사

현재 궤도 또는 그 이상에 도달할 수 있는 유일한 수단은 로켓이다. 다른 비로켓 우주발사 기술은 아직 개발되지 않았거나 궤도 속도에 미치지 못하고 있다. 우주 비행을 위한 로켓 발사는 일반적으로 발사 단지와 발사대를 갖춘 우주선 발사장(코스모드롬)에서 시작되며, 수직 로켓 발사를 위한 발사 단지와 발사대, 그리고 운반기 항공기와 유인 우주선의 이착륙을 위한 활주로가 설비되어 있다. 우주선 발사장은 소음과 안전상의 이유로 인구 밀집 지역에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다. ICBM은 다양한 특수 발사 시설을 가지고 있다.

발사는 종종 특정 발사 기회로 제한된다. 이 기회는 발사 지점을 기준으로 한 천체의 위치와 궤도에 따라 달라진다. 가장 큰 영향을 미치는 것은 종종 지구의 자전이다. 일단 발사되면 궤도는 일반적으로 지구의 축에 대해 고정된 각도로 상대적으로 일정한 평면 내에 위치하며, 지구는 이 궤도 내에서 자전한다.

발사대는 공중 차량을 발사하도록 설계된 고정 구조물이다. 일반적으로 발사 타워와 화염 배수로로 구성된다. 발사대 주변에는 발사체를 설치, 연료 공급 및 유지 보수하는 데 사용되는 장비가 있다. 발사 전 로켓의 무게는 수백 톤에 달할 수 있다. 우주왕복선 ''컬럼비아''호는 STS-1에서 이륙 시 2030ton이었다.

4. 2. 우주 도달

일반적으로 우주 공간은 지구 표면으로부터 100km 상공에 있는 카르만 한계선 너머의 영역으로 정의된다. 미국에서는 고도 약 80.47km 이상을 우주 공간으로 정의하기도 한다.^[54]

현재로서는 로켓 엔진만이 우주에 도달할 수 있는 실질적인 수단이다. 비행기와 고고도 기구는 대기 부족으로 인해 한계를 가지며, 우주 엘리베이터와 같은 대안은 아직 건설되지 않았다. 고속으로 기체를 가속하는 화학 추진은 대기가 희박해져도 추력을 유지할 수 있다는 점에서 효과적이다.

로켓 엔진 이외의 우주 진출 방식도 많이 제안되었다. 우주 엘리베이터나 운동량 교환 계류선과 같은 로토베이터, 또는 스카이훅과 같은 아이디어는 현재 알려진 어떤 재료보다 훨씬 강한 새로운 재료를 필요로 한다. 발사 루프와 같은 전자기 발사체는 현재 기술로도 실행 가능할 수 있다. 다른 아이디어로는 리액션 엔진 스카일론(현재 초기 개발 단계)과 같은 로켓 보조 항공기/우주 왕복선, 스크램제트 추진 우주 왕복선, RBCC 추진 우주 왕복선 등이 있다. 화물용 총 발사도 제안되었다.^[63]^[53]

4. 3. 궤도 이탈

일부 지구 저궤도(LEO)를 넘어서는 임무에서는 우주선이 주차 궤도 또는 더 낮은 중간 궤도에 진입한다. 주차 궤도 접근 방식은 "시간 완충 장치" 역할을 했으며 허용 가능한 발사 창을 넓혔다. 주차 궤도는 달로 가는 긴 여정을 시작하기 전에 발사의 스트레스 이후 우주선을 철저히 점검할 시간을 승무원과 관제사에게 제공했다.^[3] 루나 1호는 1959년에 발사되어 지구의 탈출 속도에 도달한 최초의 인공 물체로 알려져 있다.^[4]

로봇 임무는 긴급 중단 기능이 필요하지 않으며, 달이나 다른 행성으로 가는 우주 탐사선은 일반적으로 극저온 추진제의 증발을 제한하여 성능을 극대화하기 위해 직접 주입을 사용한다. 발사 순서 중에 잠시 정지할 수도 있지만, 지구 탈출 궤도에 진입시키는 연소 전에 하나 이상의 완전한 주차 궤도를 완료하지는 않는다.

천체로부터의 탈출 속도는 천체로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 그러나 탐사선이 근지점(가장 낮은 지점)에 가능한 한 가깝게 연료를 연소하는 것이 더 연료 효율적이다. 오베르트 효과 참조.^[5]

4. 4. 천체역학

천체역학(Astrodynamics)은 중력과 추진 효과와 관련된 우주선 궤적에 대한 연구이다. 천체역학을 이용하면 우주선이 과도한 추진제 사용 없이 적절한 시간에 목적지에 도착할 수 있다. 궤도를 유지하거나 변경하기 위해서는 궤도 기동 시스템이 필요할 수 있다.

비로켓 궤도 추진 방법에는 태양 항해, 자기 항해, 플라즈마 버블 자기 시스템, 중력 도움 등이 있다.^[5]

4. 5. 재진입

- 재진입 시 발생하는 이온화된 가스 흔적]]

궤도를 도는 비행체는 많은 양의 운동 에너지를 가지고 있다. 이 에너지를 대기권에서 증발되지 않고 안전하게 착륙할 수 있도록 제거해야 한다. 이 과정에는 일반적으로 열차폐를 위한 특수한 방법이 필요하다. 해리 줄리안 앨런은 재진입 이론을 개발하였다. 이 이론에 따르면, 재진입 비행체는 뭉툭한 형태를 통해 대기권에 재진입한다. 뭉툭한 형태는 운동 에너지의 1% 미만만이 비행체에 열로 전달되고, 나머지는 대기를 가열하는 데 사용된다는 것을 의미한다.

4. 6. 착륙 및 회수

머큐리, 제미니, 아폴로 캡슐은 바다에 착수했다. 이 캡슐들은 낙하산의 도움을 받아 비교적 낮은 속도로 착륙하도록 설계되었다. 소련/러시아의 소유즈 캡슐은 큰 낙하산과 감속 로켓을 이용하여 육지에 착륙한다. 우주왕복선과 같은 우주비행기는 글라이더처럼 착륙한다.

성공적인 착륙 후, 우주선, 탑승자 및 화물을 회수할 수 있다. 경우에 따라 착륙 전에 회수가 이루어지기도 한다. 우주선이 낙하산으로 하강하는 동안 특수 설계된 항공기로 우주선을 낚아챌 수 있다. 이러한 공중 회수 기법은 코로나 정찰 위성의 필름 용기를 회수하는 데 사용되었다.^[56]

5. 유형

우주 비행은 그 목적과 방법에 따라 여러 유형으로 분류된다.

크게 무인 우주 비행과 유인 우주 비행으로 나눌 수 있다. 무인 우주 비행은 사람이 탑승하지 않고 원격 조종이나 자동 제어 시스템으로 이루어지며, 탐사, 통신, 관측 등에 활용된다. 유인 우주 비행은 사람이 직접 우주선에 탑승하여 우주를 비행하는 것이다. 1961년 유리 가가린이 보스토크 1호를 타고 지구 궤도를 한 바퀴 돈 것이 최초의 유인 우주 비행이다.
준궤도 우주 비행은 우주선이 우주 공간에 도달하지만, 궤도를 형성할 만큼 충분한 속도를 얻지 못하고 다시 대기권으로 돌아오는 비행이다. 파이오니어 1호가 그 예이다. 반면 궤도 우주 비행은 우주선이 지구 주위 궤도를 유지할 수 있는 충분한 속도를 얻어 안정적으로 비행하는 것이다.
점대점 우주 비행은 지구 상의 두 지점을 우주선을 이용해 빠르게 이동하는 준궤도 우주 비행의 한 형태이다. 스페이스X는 스타십을 이용하여 2020년대 초에 이를 실현할 계획이다.
행성 간 우주 비행은 태양계 내 행성들 사이를 비행하는 것이고, 항성 간 우주 비행은 태양계를 벗어나 다른 항성계로 비행하는 것이다. 보이저 1호는 현재 태양계를 벗어나 항성 간 우주를 비행하고 있다.
은하 간 우주 비행은 우리 은하를 넘어 다른 은하로 여행하는 것으로, 현재 기술로는 공상 과학에서나 가능하다.

5. 1. 무인 우주 비행

무인 우주선은 사람의 탑승 없이 원격 조종이나 자동 제어 시스템을 통해 작동하는 우주 비행체를 말한다. 무인 우주선은 크게 탐사, 통신, 관측 등의 목적으로 활용된다.

탐사: 화성에서 Sojourner^영어가 Yogi Rock^영어에 대해 알파 입자 X선 분광계 측정을 하는 모습이나, 수성 궤도를 도는 MESSENGER^영어 우주선(상상도)과 같이 행성, 소행성, 혜성 등 태양계 천체를 탐사하고 과학적 데이터를 수집한다.
통신: 통신 위성은 지구 궤도에서 방송, 통신, 인터넷 등의 서비스를 제공한다.
관측: 지구 관측 위성은 지구의 기상, 환경, 자원 등을 관측하고 정보를 제공한다.

대한민국도 무인 우주 탐사 계획을 추진하고 있다. 달 탐사선을 발사하여 달 표면을 탐사하고, 앞으로 소행성 탐사도 계획하고 있다.

화성에서 소저너(Sojourner)가 요기 바위(Yogi Rock)에 대해 알파 입자 X선 분광계 측정을 하고 있다.

5. 2. 유인 우주 비행

최초의 유인 우주 비행은 1961년 4월 12일 보스토크 1호로, 소련의 우주비행사 유리 가가린이 지구 궤도를 한 바퀴 돌았다. 공식 소련 문서에는 가가린이 마지막 약 11.27km를 낙하산으로 하강했다는 사실이 언급되어 있지 않다.^[12]

2020년 기준으로 유인 우주 비행에 정기적으로 사용되는 유일한 우주선은 소유스, 선저우, 크루 드래곤이다. 미국의 우주왕복선 함대는 1981년 4월부터 2011년 7월까지 운영되었다. 스페이스십원은 세 번의 유인 아궤도 우주 비행을 수행했다.

세계 최초의 유인 우주 비행은 1961년 4월 12일 보스토크 1호였으며, 소비에트 연방의 유리 가가린은 세계 최초로 지구를 공전한 우주 비행사가 되었다. 공식적인 소비에트 연방의 보고서에는 가가린이 지상 약 11km 상공에서 낙하산으로 하강했다는 사실이 전혀 언급되어 있지 않다.^[87] 당시 FAI 규정에는 "우주 비행사는 발사부터 착륙까지 우주선 안에 있어야 한다"는 규정이 있었으며(2004년 현재는 개정됨^[54]), 이를 적용하면 가가린은 우주 비행사 자격을 상실하기 때문에 은폐했다고 생각된다.

현재 유인 왕복 우주 비행에 사용되는 우주선은 러시아의 소유스와 미국의 드래곤 2이다. 각각의 과거 우주 계획에서는 다른 우주선을 사용했다. 최근에는 중화인민공화국의 선저우 계획 중 하나인 선저우 5호가 미국의 스페이스십원과 같이 2회의 유인 우주 비행을 실시했다. 세계적으로 인간을 우주로 보낸 국가는 26개국이 있지만, 자국 개발 로켓으로 직접적인 유인 우주 비행을 성공시킨 국가는 러시아, 미국, 중국 3개국뿐이며, 미국에 이어 3번째, 42년 만의 성공이다.^[88]^[89]

5. 3. 준궤도 우주 비행

준궤도 우주 비행에서 우주선은 우주에 도달한 후 탄도 궤적을 따라 대기권으로 돌아온다. 이는 일반적으로 충분한 특정 궤도 에너지가 없기 때문이며, 이 경우 준궤도 비행은 단 몇 분밖에 지속되지 않는다. 궤도에 충분한 에너지를 가진 물체의 경우에도 지구 대기권과 교차하는 궤적을 가질 수 있으며, 때로는 수 시간 후에 발생하기도 한다. 파이오니어 1호는 달에 도달하기 위한 NASA의 최초 우주 탐사선이었으나, 부분적인 실패로 인해 대신 113854km 고도까지 준궤도 궤적을 따라 발사 후 43시간 만에 지구 대기권에 재진입했다.

우주 경계로 가장 일반적으로 인정되는 것은 해발 100km 상공의 카르만 선이다. (NASA는 해발 약 80.47km 이상을 비행한 사람을 우주비행사로 정의하기도 한다.) 카르만 선을 통과하는 데 필요한 위치 에너지는 가장 낮은 지구 궤도에 필요한 궤도 에너지의 약 3%에 불과하다. 즉, 우주에 도달하는 것보다 우주에 머무르는 것이 훨씬 어렵다.

2004년 5월 17일, 민간 우주 탐험 팀은 고패스트 로켓을 준궤도 비행에 발사했는데, 이는 최초의 아마추어 우주 비행이었다. 2004년 6월 21일, 스페이스십원이 최초의 민간 자금으로 지원된 유인 우주 비행에 사용되었다.^[57]

5. 4. 점대점 우주 비행

점대점 우주 비행은 지구 상의 두 지점을 우주선으로 빠르게 이동하는 준궤도 우주 비행의 한 종류이다.^[13] 예를 들어, 런던과 시드니 사이의 일반적인 항공편은 20시간 이상 걸리지만, 점대점 우주 비행으로는 1시간 이내에 이동할 수 있다.^[14] 현재 이 서비스를 제공하는 회사는 없지만, 스페이스X는 스타십을 이용하여 2020년대 초에 이를 실현할 계획을 발표했다. 대륙간 준궤도 우주 비행에는 저궤도 도달에 필요한 속도보다 약간 낮은 속도가 필요하며,^[15] 로켓을 사용할 경우, 탑재량 대비 로켓 크기는 대륙간탄도미사일(ICBM)과 유사하다. 모든 대륙간 우주 비행은 궤도 우주 비행과 거의 동일한 수준의 대기권 재진입 시 발생하는 가열 문제를 해결해야 한다.

5. 5. 궤도 우주 비행

궤도 우주 비행을 위해서는 최소한의 준궤도 비행보다 훨씬 더 높은 속도가 필요하며, 기술적으로 달성하기가 더 어렵다. 궤도 우주 비행을 달성하려면 지구 주위의 접선 속도가 고도만큼 중요하며, 우주에서 안정적이고 지속적인 비행을 위해서는 우주선이 폐쇄 궤도에 필요한 최소 궤도 속도에 도달해야 한다.^[56]

최저 고도의 지구 궤도라도 탄도 비행과는 비교할 수 없을 정도의 속도(제1 우주 속도는 초속 7.9킬로미터)가 필요하며, 이를 위해서는 고도의 추진 기술이 요구된다. 우주 공간에서 안정적인 궤도를 유지하기 위해서는 우주선의 궤도 속도가 제1 우주 속도에 도달해야 한다.^[58]

5. 6. 행성 간 우주 비행

행성 간 우주 비행은 단일 행성계 내의 행성들 사이의 비행을 의미한다. 실제로는 이 용어의 사용은 우리 태양계의 행성들 사이의 여행으로 제한된다. 미래 유인 행성 간 우주 비행 임무에 대한 계획에는 종종 지구 궤도에서 최종 차량 조립이 포함되는데, NASA의 컨스텔레이션 계획과 러시아의 클리퍼/파롬 탠덤이 그 예이다.^[59]^[60]^[61]^[62]

궤도를 달성하는 것은 행성 간 항행에 필수적이지 않다. 초기 러시아 우주선은 매우 높은 고도를 달성했다. 또한 NASA의 아폴로 계획에서는 초기 단계에서 달까지 직접 도달하는 방식을 고려했지만, 나중에 중량 문제가 발생하여 이를 취소했다. 외행성으로 향하는 많은 우주 탐사선은 직접 도달 방식을 선택하여 지구 궤도에는 진입하지 않는다.

5. 7. 항성 간 우주 비행

태양계를 벗어나는 탈출 궤도에 진입한 우주선은 뉴 호라이즌스를 포함하여 다섯 대가 있다. 이전에 보이저 1호, 보이저 2호, 파이오니어 10호, 파이오니어 11호가 태양계를 벗어났다. 이 중 보이저 1호는 태양에서 가장 멀리 떨어져 있으며, 100AU 이상 거리에서 연간 3.6 AU의 속도로 이동하고 있다.^[16] 그러나 태양을 제외하고 가장 가까운 별인 프록시마 켄타우리는 267,000 AU나 떨어져 있어, 보이저 1호가 이 거리에 도달하려면 74,000년 이상이 걸릴 것이다.

핵펄스 추진과 같은 다른 기술을 사용하면 더 빠르게 가장 가까운 별에 도달할 수 있을 것이다. 인간의 항성 간 우주 비행을 가능하게 할 수 있는 또 다른 가능성은 시간 지연을 이용하는 것이다. 이를 통해 빠르게 움직이는 우주선의 승객은 시간이 느리게 흘러 매우 적게 늙으면서 더 먼 미래로 여행할 수 있다. 그러나 이러한 고속을 달성하려면 여전히 새로운 고급 추진 방법이 필요하다. 항성 간 우주를 여행하는 방법으로 동적 활강이 제안되기도 했다.^[17]^[18]

현재 태양계를 벗어나 항행하고 있는 우주선은 5척이다. 1977년에 발사된 보이저 1호는 2012년 11월 기준 태양으로부터 약 180억 킬로미터 떨어진 곳에 있으며,^[95] 초속 약 17.12킬로미터(3.61 천문단위/년)의 속도로 이동하고 있다.^[96] 태양계에 가장 가까운 항성인 센타우루스자리 알파별까지는 4.37광년의 거리가 있다. 보이저 1호가 이 항성을 향해 가고 있다고 가정하더라도, 현재까지 전체 여정의 0.044%만 진행되었으며, 도달하는 데 약 8만 년이 걸린다.^[95]

항성간 탐사선을 보내는 경우, 현재까지 개발된 엔진으로는 도달하기 어렵다. 센타우루스자리 α별에 50년 만에 도달하려면 광속의 10%(3만 km/s)에 해당하는 속도가 필요하다. 연료를 연소시키는 화학 엔진은 가속에 필요한 연료의 무게 때문에 사실상 불가능하다. 스윙바이는 외부 에너지를 얻을 수 있지만, 태양계 행성으로는 충분한 속도를 얻을 수 없다. 탐사선 하야부사에 탑재된 이온 엔진은 전력을 에너지원으로 사용하며, 원자력전지의 성능을 높인 대용량 전지를 탑재하고 하야부사 수준의 가속을 지속하더라도 약 1600년이 걸린다.^[95]

실현되지 않았지만 유망한 동력으로는 레이저 핵융합이 있으며, 초전도 코일로 추진 방향을 제어할 수 있다면 필요한 속도를 얻을 가능성이 있다.^[95] 반물질 사용이나 레이저를 탐사선에 지속적으로 조사하는 방법 등도 고안되었지만, 모두 현실적이지 않다. 영국행성간협회는 과거 항성 간 우주 항행 계획인 다이달로스 계획의 후속 계획 "이카로스"에서 레이저 핵융합 엔진을 구상하고 있다.^[95] 이 외에도 감속 방법, 우주 공간에서 유지보수 없이 장기간 작동하는 기계 설계의 어려움 등 많은 문제가 남아 있다.^[95]

5. 8. 은하 간 우주 비행

은하간 여행은 은하계 사이의 우주 비행을 의미하며, 항성간 여행보다 훨씬 더 기술적으로 까다로운 것으로 간주된다. 현재의 공학적 관점에서는 공상 과학으로 여겨지나, 이론적으로 은하간 여행이 불가능하다는 것을 확실히 나타내는 것은 없다. 현재까지 여러 학자들이 은하간 여행을 진지하게 연구해 왔다.^[19]^[20]^[21]

현대 과학 기술로는 은하간 항행이 항성간 항행을 훨씬 능가하는 기술적 난관이 예상되기 때문에, 순수한 공상과학으로만 여겨지고 있다.

6. 우주선

우주선은 우주에서 작동하도록 설계된 차량이다. 최초의 '진정한 우주선'은 아폴로 달 착륙선으로 여겨지는데,^[22] 이는 우주에서만 작동하도록 설계되었고, 비유선형 디자인으로 유명했기 때문이다.

현재 우주선은 주로 로켓을 추진에 사용하지만, 이온 추진기와 같은 다른 추진 기술이 특히 무인 차량을 중심으로 더욱 보편화되고 있으며, 이는 차량의 질량을 크게 줄이고 델타-v를 증가시킬 수 있다.

발사 시스템은 지구 표면에서 탑재체를 우주로 운반하는 데 사용된다. 대부분의 현재 우주 비행은 우주에 도달하기 위해 다단계 일회용 발사 시스템을 사용한다.

최초의 재사용 가능 우주선인 X-15는 1963년 7월 19일 준궤도 궤적으로 공중 발사되었다. 최초의 부분적으로 재사용 가능한 궤도 우주선인 스페이스 셔틀은 유리 가가린의 비행 20주년인 1981년 4월 12일에 미국에 의해 발사되었다. 셔틀 시대 동안 6대의 궤도선이 건조되었으며, 모두 대기권을 비행했고 그중 5대는 우주를 비행했다. ''엔터프라이즈''는 보잉 747의 후방에서 발사되어 에드워즈 공군 기지에 활주 착륙하는 접근 및 착륙 시험에만 사용되었다. 우주로 비행한 최초의 스페이스 셔틀은 ''컬럼비아''였으며, 그 뒤를 이어 ''챌린저'', ''디스커버리'', ''아틀란티스'', 그리고 ''엔데버''가 있었다. ''엔데버''는 1986년 1월 소실된 ''챌린저''를 대체하기 위해 건조되었다. ''컬럼비아''는 2003년 2월 재진입 중 분해되었다.

최초의 자동 부분 재사용 우주선은 소련이 1988년 11월 15일에 발사한 ''부란''(눈보라)였지만, 단 한 번의 비행만을 수행했다. 이 우주왕복선은 승무원을 위한 설계였으며 미국의 스페이스 셔틀과 매우 유사했지만, 낙하식 부스터는 액체 추진제를 사용했고 주 엔진은 미국의 셔틀에서 외부 연료 탱크가 될 부분의 바닥에 위치해 있었다. 소련 해체로 인한 자금 부족으로 인해 부란의 추가 비행은 이루어지지 않았다.

스페이스 셔틀은 주로 노후화로 인해 2011년에 퇴역했다. 셔틀의 유인 수송 역할은 2020년대에 스페이스X 드래곤 2와 CST-100에 의해 대체될 예정이다. 셔틀의 중화물 수송 역할은 현재 상업용 발사체가 수행하고 있다.

스케일드 컴포지츠의 스페이스십원은 2004년에 마이크 멜빌과 브라이언 비니 조종사를 연이어 우주로 비행시켜 안사리 X 프라이즈를 수상한 재사용 가능한 준궤도 우주왕복선이다. 더 스페이스십 컴퍼니는 후속 기종인 스페이스십투를 제작했다. 버진 갤럭틱이 운영하는 스페이스십투 함대는 2008년에 유료 승객(우주 관광객)을 태운 재사용 가능한 민간 우주 비행을 시작할 계획이었지만, 추진 개발 과정에서 발생한 사고로 인해 지연되었다.^[23]

스페이스X는 11개의 오르콤 OG-2 상업 위성을 저궤도에 배치한 후 2015년 12월 21일에 재사용 가능한 궤도 로켓 단의 최초 수직 연착륙에 성공했다.^[24] 최초의 팰컨 9 재비행은 2017년 3월 30일에 발생했다.^[25] 스페이스X는 이제 1단을 정기적으로 회수 및 재사용하고 있으며, 페어링도 재사용할 계획입니다.^[26] 스페이스X는 현재 완전 재사용 가능한 초대형 중량물 운반 로켓인 스타십을 개발 중이며, 완전 재사용 가능성으로 인해 우주 탐사 비용을 획기적으로 줄일 것으로 기대하고 있다.

7. 도전 과제

우주 비행은 지구 표면으로부터 100km 상공에 있는 카르만 한계선 너머의 영역을 탐사하는 것으로, 여러 가지 도전 과제를 안고 있다. 현재로서는 로켓 엔진만이 우주에 도달할 수 있는 유일한 실질적인 수단이며, 우주 엘리베이터와 같은 대안은 아직 건설되지 않았다.

지구 저궤도(LEO)를 넘어서는 임무에서는 우주선을 주차 궤도에 진입시키는 방식이 사용되는데, 이는 발사 일정을 유연하게 하고 우주선을 점검할 시간을 확보해 준다.^[3] 1959년에 발사된 루나 1호는 지구의 탈출 속도에 도달한 최초의 인공 물체이다.^[4]

궤도역학은 중력과 추진 효과를 고려하여 우주선이 효율적으로 목적지에 도달할 수 있도록 돕는 학문이다. 태양 항해, 자기 항해와 같은 비로켓 궤도 추진 방법도 연구되고 있다.

우주 비행에는 다음과 같은 여러가지 어려운 문제들이 있다.

7. 1. 안전

모든 발사체는 궤도에 도달하는 데 필요한 막대한 에너지를 포함하고 있다. 따라서 이 에너지가 조기에 갑자기 방출되어 상당한 영향을 미칠 위험이 있다. 1997년 1월 17일 델타 II 로켓이 발사 후 13초 만에 폭발했을 때, 폭발로 인해 약 16km 떨어진 상점의 창문이 깨졌다는 보고가 있었다.^[27]^[77]

우주는 상당히 예측 가능한 환경이지만, 여전히 우발적인 감압 및 장비 고장의 위험이 있으며, 일부 장비는 매우 새롭게 개발된 것일 수도 있다.

2004년 4월, 우주 시스템 안전 분야의 국제 협력과 과학 발전을 위해 네덜란드에 국제 우주 안전 증진 협회(International Association for the Advancement of Space Safety)가 설립되었다.^[28]

7. 2. 무중력

지구 궤도를 도는 우주선과 같이 미세 중력 환경에서는 인간이 "무중력"을 경험한다. 단기간의 미세 중력 노출은 우주 적응 증후군을 유발하는데, 이는 전정계의 이상으로 인한 자연 치유되는 메스꺼움이다. 장기간 노출되면 여러 가지 건강 문제가 발생한다. 가장 심각한 것은 일부가 영구적인 골밀도 감소이지만, 미세 중력은 근육 및 심혈관 조직의 상당한 탈조건화로도 이어진다.^[90]

장기간 무중력 상태에 몸을 두면 여러 가지 건강 문제가 일어난다. 뼈는 약해지고, 근육 및 심장 근육 조직의 영구적인 위축이 시작된다.

또한 단기간의 무중력 상태에서 우주 멀미를 일으킨다. 내이의 반고리관이 중력에 의한 저항을 잃고 혼란을 일으키기 때문이라고 추측되지만, 아직 밝혀지지 않았다. 전정 감각(평형 감각)과 시각 등의 입력 정보가 중추 신경계에서 혼란을 일으켜 우주 멀미가 시작된다는 설도 있으며, 연구가 계속되고 있다.^[91]^[92]

7. 3. 방사선

대기권 밖으로 나가면 밴앨런대와 태양 복사, 우주선으로 인한 방사선 문제가 발생하고 심해진다. 지구에서 멀리 떨어질수록 태양 플레어는 수 분 만에 치명적인 방사선량을 줄 수 있으며, 우주 방사선으로 인한 건강 위협은 10년 이상 노출 시 암 발생 가능성을 크게 높인다.^[29] 태양 방사와 우주선은 지구 대기 상층의 밴앨런대에서 차단된다.^[93]

7. 4. 생명 유지

유인 우주 비행에서 생명 유지 장치는 인간이 우주에서 생존할 수 있도록 하는 장치들의 집합체이다. NASA는 이러한 시스템을 설명할 때 환경 제어 및 생명 유지 시스템(Environmental Control and Life Support System) 또는 약어 ECLSS라는 용어를 사용한다.^[30] 생명 유지 장치는 공기, 물, 음식을 공급하며, 적절한 체온과 허용 가능한 체압을 유지하고 신체의 배설된 노폐물을 처리한다. 또한 방사선과 미세 운석과 같은 유해한 외부 영향으로부터 보호하는 것도 필요할 수 있다. 생명 유지 장치의 구성 요소는 생명 유지 시스템이며, 안전 공학 기법을 사용하여 설계 및 제작된다.^[94]

7. 5. 우주 기상

우주 기상(Space Weather)은 우주 공간의 변화하는 환경 조건을 말한다. 이는 행성 대기 내의 날씨와는 다르며, 플라스마, 자기장, 방사선 등 우주 공간(주로 지구 근처, 행성간, 성간 매질)의 여러 물질과 관련된 현상을 포함한다. "우주 기상은 지구와 기술 시스템에 영향을 미치는 우주 조건을 설명합니다. 우리의 우주 기상은 태양 활동, 지구 자기장의 특성, 그리고 태양계 내 우리의 위치에 따라 달라집니다."^[31]

우주 기상은 우주 탐사 및 개발과 관련된 여러 분야에 큰 영향을 준다. 지구 자기 조건 변화는 대기 밀도 변화를 일으켜 저궤도 우주선 고도를 급격히 낮출 수 있다. 태양 활동 증가로 인한 지자기 폭풍은 우주선 센서를 손상시키거나 기내 전자 장비에 간섭을 일으킬 수 있다. 유인 우주선의 차폐 및 생명 유지 시스템 설계에도 우주 환경 조건 이해가 중요하다.^[79]

7. 6. 환경 문제

로켓 배기가스는 추진제 반응으로 생성되며, 위치에 따라 영향이 다르다. 대부분 온실가스를 배출하고, 때로는 유독 성분을 포함한다. 특히 대기 상층부에서 온실가스 효과가 커진다.^[32] 많은 고체 로켓에는 과염소산염 등의 염소 화합물이 포함되어 오존층에 일시적인 구멍을 낸다. 재진입 우주선은 질산염을 생성하여 오존층에 영향을 줄 수 있다. 대부분의 로켓은 제작 과정에서 환경에 영향을 주는 금속으로 만들어진다.

우주 비행은 다른 활동에 비해 오염 비율은 낮지만, 승객당 오염은 심각하다.^[32]

대기 외에도 지구 근접 우주 환경에도 문제가 발생한다. 케슬러 증후군처럼 위성, 운송 수단 파편(스폴링)으로 우주 쓰레기가 기하급수적으로 증가하여 수십 년간 궤도 접근이 불가능해질 수 있다. 따라서 오늘날 많은 운송 수단은 재진입 설계를 채택한다.^[84]

7. 7. 규제

우주 교통 관리나 책임과 같은 광범위한 문제들이 우주 비행 규제의 쟁점이 되어 왔다.

우주 비행에 대한 모든 인류의 참여와 대표성은 최초의 우주 탐사 단계부터 국제 우주법의 문제였다.^[33] 비우주 국가의 일부 권리가 확보되었음에도 불구하고, 모든 인류를 위한 우주의 공유는 여전히 제국주의적이며 부족하다고 비판받고 있으며, 우주 비행을 자원으로 이해하고 있다.^[33] 포용성은 국가적 및 국제적 문제였으며, 1967년 우주 조약과 우주를 "모든 인류의 영역"으로 규정하는 주장으로 이어졌다. 게다가 유인 우주 비행에서의 사회적 포용이 요구되어 왔지만, 여성 우주 비행사의 수는 제한적이었고, 장애인과 같은 소수 집단은 유럽우주국의 2022년 우주비행사 그룹에서야 비로소 선발되었다.

최근 몇 년간 접근성에 대한 가장 중요한 문제는 기존 우주 진출 국가들이 궤도 공간 오염 활동으로 우주 접근을 위협하기 때문에 우주 쓰레기와 우주 지속 가능성 문제였다.^[34]

8. 응용 분야

우주 비행은 다양한 분야에 응용된다.

지구 관측 위성(정찰 위성, 기상 위성 등)
우주 탐사
통신 위성
위성 방송
위성 항법
우주 관광
지구를 잠재적으로 위험한 물체로부터 보호
우주 식민지화

MTSAT. 일본(日本)의 국토교통성(国土交通省) 항공국(航空局)(CAB/MLIT) 및 기상청(気象庁)(JMA)이 공동 개발하고, 우주개발사업단(宇宙開発事業団)(NASDA) 및 우주항공연구개발기구(宇宙航空研究開発機構)(JAXA)가 발사한 대형 정지궤도위성(静止衛星)이다.

초기 우주 비행 개발은 대부분 정부 주도로 이루어졌지만, 오늘날 통신 위성 및 위성 방송과 같은 주요 발사 시장은 상업적인 성격을 띤다. 하지만 발사체의 상당수는 정부의 지원을 받기도 한다.

민간 우주 비행은 빠르게 성장하는 분야이다. 기업이나 개인이 비용을 지불하고, 민간 우주 비행 기업이 우주 비행을 제공한다. 이러한 기업들은 이전의 높은 우주 접근 비용이 정부의 비효율성 때문이며, 이를 피할 수 있다고 주장한다. 민간 자금으로 개발된 팰컨 9와 같은 민간 우주 발사체의 낮은 발사 비용은 이러한 주장을 뒷받침한다. 우주 관광 및 우주 식민지화와 같은 분야가 확장 가능하게 하려면 더 낮은 발사 비용과 높은 안전성이 필요하다.

9. 우주 항해 주체

우주 항해 주체는 주권 국가, 초국가적 실체, 민간 기업 등이 될 수 있으며, 독자적으로 우주선을 건조하고 발사할 수 있는 국가를 우주 항해 국가라고 한다.^[35]^[36]^[37]

독자적으로 유인 우주 비행 프로그램을 개발한 국가
독자적으로 개발하지 않았더라도 적어도 하나 이상의 유인 우주 비행 프로그램을 운영한 국가
유인 우주 비행 프로그램 개발을 추진 중이며 발사체를 개발했거나 현재 보유하고 있는 국가
발사체와 인공위성을 운영하지만 현재 유인 우주선 개발 계획이 없는 국가
발사체 개발을 추진 중인 국가
인공위성을 운영하지만 발사체를 보유하고 있지 않거나 개발 계획이 없는 국가
발사체를 보유하고 있지만 현재 인공위성을 운영하지 않는 국가

9. 1. 개요

'''우주 항해'''는 우주선을 운영하고 활동하는 것을 의미한다. 여기에는 항공학, 우주 항행학, 우주비행사 훈련, 우주 기상 예보, 우주선 운영 및 설계, 대기권 이륙 및 재진입, 궤도 역학, 통신, 엔진 및 로켓 기술, 미소 중력 건설, 우주 도킹, 우주 유영, 우주 생존, 생명 유지 장치 등 다양한 분야의 전문 지식과 기술 개발이 필요하다.^[35]^[36]^[37] "우주 항해"는 항해와 유사한 개념으로 이해할 수 있다.

우주 항해 주체는 주권 국가, 초국가적 실체, 민간 기업 등이 될 수 있으며, 독자적으로 우주선을 건조하고 발사할 수 있는 국가를 우주 항해 국가라고 한다.^[35]^[36]^[37]

독자적으로 유인 우주 비행 프로그램을 개발한 국가
독자적으로 개발하지 않았더라도 적어도 하나 이상의 유인 우주 비행 프로그램을 운영한 국가
유인 우주 비행 프로그램 개발을 추진 중이며 발사체를 개발했거나 현재 보유하고 있는 국가
발사체와 인공위성을 운영하지만 현재 유인 우주선 개발 계획이 없는 국가
발사체 개발을 추진 중인 국가
인공위성을 운영하지만 발사체를 보유하고 있지 않거나 개발 계획이 없는 국가
발사체를 보유하고 있지만 현재 인공위성을 운영하지 않는 국가

우주 비행에 대한 현실적인 제안은 소련의 과학자 콘스탄틴 치올코프스키에 의해 이루어졌다. 치올코프스키는 1897년에 치올코프스키 로켓 방정식을 발표하여 로켓 추진의 기본 원리를 제시했고, 1903년에는 액체 수소와 액체 산소를 연료로 사용하는 로켓 설계도를 발표했다.^[52]

로버트 고다드는 1919년 논문에서 드 라발 노즐과 액체 연료 로켓 기술을 결합하여 행성 간 여행의 가능성을 제시했다. 그가 제작한 세계 최초의 액체 연료 로켓은 1926년 3월 16일에 발사되어 약 12.5미터 상승했다.

우주에 도달한 최초의 로켓은 V-2 로켓의 원형인 A4 로켓이다. 1942년 10월 3일 발사에서 A4는 우주 공간에 도달했다. 1957년 10월 4일, 소련은 스푸트니크 1호를 발사하여 세계 최초의 인공위성을 쏘아 올렸고, 이는 미국에 큰 충격을 주었다. 1961년 4월 12일, 유리 가가린은 보스토크 1호를 타고 세계 최초로 우주 비행에 성공했다.

현재까지 유인 우주 비행은 지구-달 시스템 내에서만 이루어졌다. 그러나 미국, 러시아, 중국, 유럽우주기구(ESA) 회원국, 그리고 일부 기업들은 화성 유인 탐사를 계획하고 있다.

로켓 발사는 현재 우주에 도달하는 가장 주요한 수단이다. 스크램제트 엔진과 같은 다른 기술은 아직 지구 중력권을 벗어나기에 충분한 속도를 내지 못하고 있다.^[53]

9. 2. 국제 협력

유엔 우주사무국(UNOOSA)은 우주 활동을 하는 국가와 하지 않는 국가 간의 국제적인 접촉과 교류를 지원하는 주요 다자간 기구이다.

9. 3. 유인 우주 비행 국가

현재 러시아, 미국, 중국만이 유인 우주 비행 능력을 보유하고 있다.

유인 우주 발사에 성공한 순서대로 나열하면 다음과 같다.

순서	국가	연도
1	소비에트 연방 (러시아)	1961년
2	미국	1961년
3	중국	2003년

세계 최초의 유인 우주 비행은 1961년 4월 12일 보스토크 1호였으며, 소비에트 연방의 유리 가가린은 지구 궤도를 돈 최초의 우주 비행사가 되었다. 당시 FAI 규정에는 "우주 비행사는 발사부터 착륙까지 우주선 안에 있어야 한다"는 규정이 있었으나(2004년에 개정됨^[54]), 공식적인 소비에트 연방 보고서에는 가가린이 지상 약 11킬로미터 상공에서 낙하산으로 하강했다는 사실을 언급하지 않았다.^[87] 이는 가가린의 우주 비행사 자격 논란을 피하기 위한 은폐로 추정된다.

현재 유인 왕복 우주 비행에 사용되는 우주선은 러시아의 소유즈와 미국의 드래곤 2이다. 과거에는 다른 우주선들도 사용되었다. 최근에는 중화인민공화국의 선저우 5호가 미국의 스페이스십원과 같이 2회의 유인 우주 비행을 실시했다.

전 세계적으로 인간을 우주로 보낸 국가는 26개국이지만, 자국에서 개발한 로켓으로 직접 유인 우주 비행을 성공시킨 국가는 러시아, 미국, 중국 3개국뿐이며, 중국은 미국에 이어 42년 만에 성공했다.^[88]^[89]

9. 4. 무인 우주 비행 국가

다음은 자체 영토 또는 외국 지원을 통해 무인 우주선을 궤도에 진입시키기 위한 자체 발사체를 개발한 국가 또는 기관 목록이다(최초 발사일은 괄호 안에 표시).^[38]

국가/기관	최초 발사일
소련	1957년
미국	1958년
프랑스	1965년
이탈리아	1967년★
오스트레일리아	1967년★
일본	1970년
중국	1970년
영국	1971년
유럽우주국	1979년
인도	1980년
이스라엘	1988년
우크라이나	1991년*^[39]
러시아	1992년*
이란	2009년^[40]
북한	2012년^[41]
대한민국	2013년★^[42]
뉴질랜드	2018년★

이전에는 소련의 주요 지역이었음
★발사체가 다른 국가에 의해 전부 또는 일부 개발됨

또한 캐나다, 이탈리아, 오스트레일리아와 같은 여러 국가는 외국 발사체를 이용하여 현지에서 제작한 위성을 발사하는, 반자립적인 우주 개발 능력을 보유했다. 캐나다는 1962년과 1965년에 미국 발사체를 사용하여 궤도에 진입한 ''알루엣 1호''와 2호 위성을 설계 및 제작했다. 이탈리아는 여러 위성과 국제우주정거장의 가압 모듈을 설계 및 제작했다. 초기 이탈리아 위성은 NASA가 제공한 발사체를 사용하여 1964년에는 월롭스 비행 시설에서, 그리고 1967년부터 1988년까지는 케냐의 우주 기지(산 마르코 플랫폼)에서 발사되었다. 이탈리아는 1998년부터 유럽우주국 내에서 베가 로켓 프로그램 개발을 주도해 왔다.^[43] 영국은 1972년 독자적인 우주 발사 프로그램을 포기하고 1974년까지 유럽 발사체 개발 기구(ELDO)와 발사 기술 협력을 했다. 오스트레일리아는 WRESAT의 성공적인 발사 직후 발사체 프로그램을 포기하고 ELDO의 유일한 비유럽 회원국이 되었다.

9. 5. 준궤도 우주 비행 국가

나치 독일은 1944년 V-2 로켓 시험 비행을 통해 세계 최초로 준궤도 우주 비행에 성공했다.^[44] 이후 자체 개발한 로켓 또는 미사일을 이용해 준궤도 우주 비행 능력을 달성한 국가들은 다음과 같다.

순서	국가	날짜
1	나치 독일	1944년 6월 20일
2	동독	1957년 4월 12일
3	캐나다	1959년 9월 5일
4	레바논	1962년 11월 21일
5	스위스	1967년 10월 27일
6	아르헨티나	1969년 4월 16일
7	브라질	1976년 9월 21일
8	스페인	1981년 2월 18일
9	서독	1981년 3월 1일
10	이라크	1984년 6월
11	남아프리카 공화국	1989년 6월 1일
12	스웨덴	1991년 5월 8일
13	예멘	1994년 5월 12일
14	파키스탄	1998년 4월 6일
15	타이완	1998년 12월 15일
16	시리아	2000년 9월 1일
17	인도네시아	2004년 9월 29일
18	콩고 민주 공화국	2007년
19	뉴질랜드	2009년 11월 30일
20	노르웨이	2018년 9월 27일
21	네덜란드	2020년 9월 19일^[45]^[46]^[47]^[48]^[49]^[50]^[51]
22	터키	2020년 10월 29일

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