스타십 (로켓)
| 스타십 (로켓) | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
다섯 번째 비행 당시 이륙 중인 스타십의 점화 모습 | |
| 용도 | 초대형 리프트 발사체 |
| 가격 | 1억 달러 (일회용 기준)[1] |
| 제원 | |
| 전장 |
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| 직경 | 9 m |
| 중량 | 5000 t |
| 단수 | 2 |
| 발사 역사 | |
| 상태 | 개발 중 |
| 발사장 | |
| 총 발사 수 | 11
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| 성공 수 | 6
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| 실패 수 | |
| 최초발사일 | 2023년 4월 20일 |
| 최후발사일 | 2025년 10월 13일 |
스타십(Starship)은 미국의 항공우주 기업 스페이스X가 개발 중인 재사용 가능 우주발사체이자 초대형 리프트 발사체로, 2단식 구조를 가지고 있다. 현재 텍사스주의 스타베이스에서 제작 및 발사되고 있으며, 이 회사의 팰컨 9 및 팰컨 헤비 로켓을 대체할 목적으로 설계되었다.[3] 이는 스페이스X의 광범위한 재사용 발사 시스템 개발 프로그램의 일환이다. 설계대로 완성된다면 스타십은 최초의 완전 재사용 가능한 궤도 로켓이 되며, 현재까지의 모든 발사체 중 가장 높은 페이로드 용량을 갖게 된다. 2025년 10월 13일 기준, 스타십은 11회 발사되었으며, 그중 6회는 성공했고 5회는 실패했다.
이 발사체는 두 부분으로 구성된다: 슈퍼 헤비 부스터와 스타십 우주선이며, 두 단계 모두 액체 산소와 메테인(천연가스의 주성분)을 연료로 사용하는 랩터 로켓 엔진으로 구동된다. 두 단계 모두 발사 지점으로 돌아와 발사탑에 수직으로 착륙하여 신속하게 재사용하는 것을 목표로 한다.[4] 우주에 도달하면 스타십 상단부는 승무원과 화물을 운송할 수 있는 독립적인 우주선 역할을 수행한다.[5] 지구 저궤도 너머의 임무를 수행하기 위해서는 궤도상에서의 여러 차례 추진제 재보급 비행이 필요하다. 임무가 끝나면 스타십은 우주왕복선과 유사한 열 차폐 타일을 사용하여 대기권에 재진입한다.[6] 스페이스X는 두 단계를 모두 재사용하고 대량생산함으로써 발사 비용을 획기적으로 낮추는 것이 목표라고 밝히고 있다.
스페이스X는 대형 위성 배치, 우주정거장 모듈,[7] 우주 망원경 운송 등 스타십을 위한 다양한 임무를 제안했다.[8] 미국 항공 우주국(NASA)과의 계약을 통해 개발 중인 유인 변형 모델은 스타십 HLS로 불리며, 아르테미스 계획의 일환으로 우주비행사를 달에 착륙시킬 예정이다. 이 임무는 현재 2027년으로 예정된 아르테미스 3호의 도킹 테스트부터 시작될 계획이다.[9] 또한 스페이스X는 화성 유인 탐사에 스타십을 사용하겠다는 야심을 표명해 왔다.[10]
스페이스X는 2005년부터 초대형 리프트 재사용 발사체에 대한 개념 개발을 시작했으며, 수년 동안 다양한 이름을 사용했다. 스타십의 현재 디자인과 명칭은 2018년에 도입되었다. 개발 과정은 다수의 테스트 비행과 프로토타입 제작을 포함하는 반복적 점진적 개발 방식을 따랐다. 완전한 스타십 체계의 첫 번째 발사는 2023년 4월 20일에 이루어졌으나, 이륙 4분 만에 로켓이 폭발하며 종료되었다.[11] 이 프로그램은 낙관적이었던 일정 목표를 달성하지 못했으며, 2025년 처음 네 대의 블록 2 상단부 실패를 포함하여 여러 차례의 개발 지연을 겪었다.[12]
상세 설명
[편집]스타십은 연료가 가득 채워진 상태에서 질량이 약 5,300 t (11,700,000 lb)이며,[a] 직경 9 m (30 ft),[15] 높이는 121.3 m (398 ft)에 달한다.[16] 이 로켓은 발사 비용을 절감하기 위해 완전 재사용 가능 우주발사체로 설계되었으며,[17] 슈퍼 헤비 부스터와 스타십 상단부로 구성된다.[18] 이들은 모두 랩터 및 랩터 진공 엔진에 의해 추진된다.[19]
두 단계의 동체는 모두 스테인리스강으로 제작되며,[20] 스테인리스강 원기둥을 쌓아 올리고 용접하여 제조한다.[21] 이 원기둥은 높이가 약 1.83 m (6 ft)이고 두께가 3.97 mm (0.156 in)이다.[21]
우주선 내부의 돔은 메테인 탱크와 산소 탱크를 분리한다.[21] 스페이스X는 "기본 재사용 설계"에서 스타십이 지구 저궤도에 100–150 t (220,000–331,000 lb), 정지 전이 궤도에 27 t (60,000 lb)의 페이로드 용량을 가질 것이라고 밝혔다.[22]
슈퍼 헤비 부스터
[편집]스타십 우주선
[편집]랩터 엔진
[편집]
랩터는 스타십과 슈퍼 헤비 발사체에 사용하기 위해 스페이스X가 개발한 로켓 엔진 제품군이다. 효율적이고 복잡한 풀 플로우 스테이지드 연소 사이클을 통해 액체 산소와 메테인을 연소한다. 랩터 엔진은 등유 대신 메테인을 연료로 사용하는데, 이는 메테인이 더 높은 성능을 제공하고 코킹으로 인한 엔진 내부 침전물 축적을 방지하기 때문이다.[23] 메테인은 사바티에 반응을 이용해 이산화 탄소와 물로부터 생성될 수도 있다.[24] 이 엔진은 적은 유지보수로 여러 번 재사용할 수 있도록 설계되었다.[25]
랩터는 약 3.6:1의 산소 대 메테인 혼합비로 작동하며, 이는 완전 연소에 필요한 화학량론적 혼합비인 4:1보다 낮다. 이는 더 높은 온도에서 작동할 경우 엔진이 녹을 수 있기 때문이다.[13] 추진제는 예연소기(pre-burner)를 거쳐 액체 방울이 아닌 뜨거운 가스 상태로 주 연소실에 분사되는데, 이를 통해 추진제가 분자 확산을 통해 빠르게 섞이면서 높은 출력 밀도를 가능하게 한다.[23] 메테인과 산소는 접촉 시 점화되는 자가 점화가 가능할 정도로 충분히 높은 온도와 압력 상태에 있으므로 주 연소실에 별도의 점화기가 필요 없다.[26] 엔진 구조 자체는 주로 알루미늄, 구리, 강철로 구성되며, 부식성 산소 부유 화염에 노출되는 산화제 측 터보펌프와 매니폴드는 인코넬과 유사한 SX500 초합금으로 제작된다.[26] 일부 부품은 3D 프린팅으로 제작된다.[27]
랩터 2 엔진은 해수면에서 327 초 (3.21 km/s), 진공에서 350 초 (3.4 km/s)의 비추력으로 2.3 MN (520,000 lbf)의 추력을 낸다.[26] 스타십 상단부에 사용되는 랩터 진공 엔진은 브레이징된 강철 튜브로 만들어진 재생 냉각 방식의 노즐 익스텐션이 장착되어 팽창비를 약 90으로 높이고 진공 비추력을 380 초 (3.7 km/s)까지 끌어올렸다.[13] 주 연소실은 이전의 어떤 실용 로켓 엔진보다 높은 350 bar (5,100 psi)의 압력에서 작동한다.[23] 랩터의 짐벌 가동 범위는 15°로, RS-25의 12.5°나 멀린의 5°보다 넓다. 스페이스X는 대량생산 시작 시 단위당 생산 비용을 25만 미국 달러로 낮추는 것을 목표로 하고 있다고 밝혔다.[26]
버전
[편집]| 블록 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| 궤도 페이로드 (t) | 15 | 35 | 100 | 200 |
| 부스터 추진제 (t) | 3,250 | 3,650 | 4,050 | |
| 우주선 추진제 (t) | 1,200 | 1,500 | 1,600 | 2,300 |
| 부스터 이륙 추력 (tf) | 7,500[29] | 8,240 | 10,000 | |
| 우주선 초기 추력 (tf) | 1,250 | 1,400 | 1,600 | 2,700 |
| 우주선 해수면 엔진 수 | 3 | |||
| 우주선 진공 엔진 수 | 3 | 6 | ||
| 부스터 높이 (m) | 71 | 72.3 | 81 | |
| 우주선 높이 (m) | 50.3 | 52.1 | 61 | |
| 총 높이 (m) | 121.3 | 123.3 | 124.4 | 142 |
2024년 4월 4일, 일론 머스크는 스타베이스에서 스타십에 대한 업데이트를 제공하며, 양산 전 프로토타입의 단점을 보완하기 위해 설계된 두 가지 새로운 버전인 블록 2와 블록 3를 발표했다.[30]
블록 1
[편집]블록 1은 2020~2021년 비행 테스트 이후 사용되었으며, 2023년 초 비행 테스트 1부터 비행 테스트 5 및 6까지 사용된 후 퇴역했다.[31]
블록 2
[편집]두 단계 모두에 적용되는 블록 2는 2025년 초 비행 테스트 7부터 사용되기 시작했다.[32] 블록 2 상단부 차량은 더 얇은 전방 플랩 디자인, 더 풍하측(leeward)으로 배치된 플랩, 추진제 용량 25% 증가, 통합 배기식 단간부(interstage), 재설계된 항공전자 장비,[33] 두 개의 레이스웨이(raceway),[34] 그리고 추력 증가가 특징이다.[35] 통합된 기체는 이전 블록 1보다 3.1 m 더 높으며, 재사용 시 궤도에 최소 100톤의 페이로드 용량을 가질 계획이었으나(블록 2 개편 전 원래 설계와 유사), 궤도 비행 전 퇴역하여 최종 추정치는 궤도 페이로드 35톤이다. 또한 블록 2 차량은 랩터 3 엔진을 사용하여 보조 엔진 차폐가 필요 없도록 설계되었다.[36] 그러나 첫 번째 블록 2 기체인 S33에는 업그레이드된 랩터 2 엔진이 장착되었으며,[37] 추력 증가폭은 알려지지 않았다.[38] 블록 2 우주선과 부스터는 비행 테스트 7에서 처음 비행했다.[39] 총 5대의 블록 2 차량이 제작되었다.[40] 비행 테스트 11 이후 블록 2는 퇴역했다.
블록 3
[편집]블록 3 우주선은 개선된 타일 디자인,[41] 랩터 3 엔진,[42] 그리고 도킹 포트 및 재설계된 퀵 디스커넥트와 같은 지구 저궤도 연료 보급 작업을 위한 하드웨어를 갖추고 있다.[42] 랩터 3로의 전환을 통해 후방 섹션의 차폐 대부분을 제거할 수 있게 되었다.[42]
블록 3 부스터는 통합된 배기식 단간부/전방 돔을 가지며, 이전의 4개 대신 3개의 그리드 핀을 사용하고 그리드 핀을 타워 캐치 포인트로 사용한다.[43] 우주선과 마찬가지로 블록 3 부스터도 랩터 3 엔진을 사용하여 부스터 엔진 차폐의 대부분을 제거할 수 있게 되었다.[43]
계획된 발사 및 착륙 프로필
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페이로드는 별도의 시설에서 스타십에 통합된 후 발사 지점으로 이동된다.[44] 그 후 슈퍼 헤비와 스타십을 발사대에 적재하고, 우주선 퀵 디스커넥트(SQD) 암과 부스터 퀵 디스커넥트(BQD)를 통해 연료를 공급한다.[45] SQD와 BQD가 분리되고 슈퍼 헤비의 엔진 33개가 모두 점화되면 로켓이 이륙한다.[45]
이륙 후 약 159초가 지나면[46] 고도 약 64 km에서 슈퍼 헤비는 중앙의 짐벌 엔진 3개를 제외한 모든 엔진의 가동을 중단한다.[47]: 58 이어 스타십이 부스터에 부착된 상태에서 엔진을 점화하고 분리된다(핫 스테이징).[48] 핫 스테이징 동안 부스터는 엔진 출력을 낮춘다.[48] 부스터는 회전한 후 전진 속도를 멈추기 위해 10개의 추가 엔진을 점화하여 "부스트백 번(boostback burn)"을 수행한다.[49] 부스트백 번이 끝나면 엔진을 끄고 그리드 핀을 이용해 경로를 수정하며 발사 지점으로 제어 하강한다. 착륙 직전인 이륙 약 6분 후,[50] 안쪽 13개의 엔진을 점화한 뒤 중앙 3개를 제외한 나머지를 꺼서 착륙 연소를 수행하며 속도를 늦춘다. 이후 발사탑에 장착된 한 쌍의 유압 작동식 암("젓가락")에 의해 공중에서 포착된다.[4] 이러한 부스터 착륙 및 포착 방식은 2024년 10월 13일 부스터 12의 착륙을 통해 처음으로 성공적으로 입증되었다.[51]
한편, 스타십 우주선은 6개의 랩터 엔진으로 궤도 속도까지 계속 가속한다.[52] 궤도에 도달하면 다른 스타십 유조선(tanker) 모델로부터 연료를 보급받을 수 있도록 계획되어 있다.[53] 머스크는 지구 저궤도에서 스타십 한 대를 완전히 보충하는 데 8번의 발사가 필요할 것으로 추정했다.[54] NASA는 한 번의 달 착륙을 위해 스타십에 연료를 일부 채우는 데 (극저온 추진제 증발 문제로 인해) 짧은 간격으로 16번의 발사가 필요할 것으로 추산했다.[55] 달처럼 대기가 없는 천체에 착륙하기 위해 스타십은 엔진을 역분사하여 속도를 줄인다.[56] 지구와 화성처럼 대기가 있는 천체에 착륙할 때는 먼저 열 차폐를 이용해 대기권에 진입하며 속도를 줄인다.[17] 우주선은 지면과 60° 각도로 대기권을 강하하는 "벨리 플롭(belly-flop)" 기동을 수행하며,[57] 기체 앞뒤에 있는 4개의 플랩을 사용해 낙하를 제어한다.[58] 착륙 직전 헤더 탱크의 연료를 사용하여 랩터 엔진을 점화하고,[59] 엔진의 짐벌 기능을 이용해 기체를 수직으로 세우는 "랜딩 플립(landing flip)" 기동을 수행한다.[58] HLS(달 착륙선)와 데포(연료 보관소)는 대기권 진입용 내열 시스템, 플랩 및 캐치용 하드웨어가 없으므로 대기권에 재진입할 수 없다.
스타십 2단부가 지상 착륙장에 착륙하면 이동식 유압 리프트가 이를 운송 차량으로 옮긴다. 해상 플랫폼에 착륙할 경우에는 바지선에 실려 항구로 이동한 뒤 도로로 운송된다. 회수된 스타십은 다시 발사대에 세워져 다음 발사를 준비하거나 스페이스X 시설에서 수리 및 점검을 받는다.[44]: 22
개발
[편집]초기 설계 개념 (2012~2019)
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2005년 11월,[60] 스페이스X가 첫 로켓인 팰컨 1을 발사하기 전,[61] CEO 일론 머스크는 지구 저궤도에 100 t (220,000 lb)를 쏘아 올릴 수 있는 고용량 로켓 개념을 처음 언급하며 이를 BFR이라 불렀다.[60] 이후 2012년, 일론 머스크는 기존 팰컨 9의 성능을 능가하는 로켓을 개발하겠다는 계획을 처음으로 공식 발표했다.[62] 스페이스X는 이 로켓이 화성으로 사람을 수송하고 다시 돌아올 목적으로 설계되었기에 이를 화성 식민지 수송선(Mars Colonial Transporter)이라 불렀다.[63] 2016년에는 로켓이 화성 너머까지 여행할 수 있도록 계획됨에 따라 명칭을 행성 간 수송 시스템(Interplanetary Transport System)으로 변경했다.[64] 당시 개념 설계는 탄소 섬유 구조를 사용하고,[65] 연료가 가득 찼을 때 질량이 10,000 t (22,000,000 lb)를 초과하며, 완전 재사용 가능하면서도 지구 저궤도에 300 t (660,000 lb)를 운반하는 것이었다.[65] 2017년에는 이 개념이 다시 BFR로 불리게 되었다.[66]
2018년 12월, 구조 재료가 탄소 복합재에서 스테인리스강으로 변경되었는데,[67] 이는 스타십의 초기 설계 개념에서 전환점이 되었다.[57] 머스크는 재료 변경의 이유로 저렴한 비용과 제조 용이성, 극저온에서의 강도 향상, 높은 열 견딤 능력 등을 꼽았다.[57] 2019년에 스페이스X는 전체 발사체 체계를 스타십으로 부르기 시작했으며, 2단부는 스타십, 부스터는 슈퍼 헤비로 명명했다.[68] 또한 스타십에 우주왕복선과 유사한 재사용 가능한 열 차폐 타일을 사용할 것이라고 발표했다.[69] 2019년까지 2단부 설계는 6개의 랩터 엔진(해수면 최적화 3개, 진공 최적화 3개)을 사용하는 것으로 확정되었다.[70] 같은 해, 스페이스X는 무게 절감을 위해 후방 플랩 수를 3개에서 2개로 줄이는 설계를 변경했다.[71] 2020년 3월, 스페이스X는 스타십 사용자 가이드를 공개하며 지구 저궤도 페이로드가 100 t (220,000 lb) 이상, 정지 전이 궤도 페이로드가 21 t (46,000 lb)에 달할 것이라고 명시했다.[22]
저고도 비행 테스트 (2019~2021)
[편집]스타호퍼에서 SN6까지
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첫 테스트는 2018년 첫 프로토타입인 스타호퍼의 건설로 시작되었으며, 2019년에 여러 차례의 정적 점화와 두 번의 성공적인 저고도 비행을 수행했다.[72] 스페이스X는 2019년 이전에 텍사스주 보카치카와 플로리다주 코코아의 시설에서 각각 스타십 MK1과 스타십 MK2 상단부 프로토타입 제작에 착수했다.[73] 그러나 두 프로토타입 모두 비행하지 못했다. MK1은 2019년 11월 압력 테스트 중 파괴되었고, MK2가 있던 플로리다 시설은 2020년에 해체되었다.[74] 초기 프로토타입들은 스테인리스강 301을 사용하여 제작되었다. 이는 탄소 섬유에 비해 내식성이 좋고 비용이 저렴하지만, 극저온에서의 인성 등 일부 과제가 있었다.
이후 스페이스X는 새로운 스타십 상단부 프로토타입에 "일련번호"의 약자인 "SN" 접두사를 붙여 명명하기 시작했다.[75] 스타십 SN1부터 스타십 SN4까지의 프로토타입들 역시 비행하지 못했다. SN1과 스타십 SN3은 압력 테스트 중 붕괴되었고, SN4는 다섯 번째 엔진 점화 테스트 후 폭발했다.[76]
2020년 6월, 스페이스X는 궤도 스타십 비행을 위한 발사대 건설을 시작했다.[45] 첫 비행 가능 프로토타입인 스타십 SN5는 플랩이나 노즈콘이 없는 원기둥 형태였으며, 랩터 엔진 1개와 연료 탱크, 더미 페이로드만을 갖추고 있었다.[77] 2020년 8월 5일, SN5는 150 m (500 ft) 높이의 비행을 수행하고 인근 패드에 성공적으로 착륙했다.[78] 9월 3일에는 유사한 외형의 스타십 SN6가 이 도약을 반복했다.[79] 같은 달 말, 랩터 진공 엔진이 맥그레거에서 첫 전시간 연소 테스트를 거쳤다.[80]
SN8에서 SN15까지
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스타십 SN8은 열 차폐막은 없었으나 최초의 실물 크기 상단부 프로토타입이었다.[81] 2020년 10월과 11월 사이에 네 차례의 예비 정적 점화 테스트를 거쳤다.[76] 2020년 12월 9일, SN8은 3개의 엔진을 하나씩 끄며 12.5 km (7.8 mi) 고도까지 도달했다. 지면으로 다시 하강한 후, 착륙 시도 중 메테인 헤더 탱크의 압력이 낮아져 엔진 가동에 지장을 주었고, 이로 인해 착륙 패드에 강하게 충돌하며 기체가 폭발했다.[58] SN7은 덜 부서지기 쉽고 용접성이 좋은 304L 스테인리스강을 사용했다.[82] 이후 차량들은 스페이스X가 자체 개발한 30X 합금을 사용했다.
스페이스X가 발사 허가 규정을 위반하고 충격파 피해 경고를 무시했기 때문에, 연방항공국(FAA)은 두 달 동안 이 사건을 조사했다.[83] SN8 발사 당시 스페이스X는 비행 프로필이 폭발 위험을 초래한다는 FAA의 경고를 무시했다.[83] FAA 우주 부문 책임자 웨인 몬티스는 스페이스X의 위반 행위가 "강력한 안전 문화와 일치하지 않는다"며, 절차적 확인이나 확답 대신 '인상'과 '가정'에 근거해 발사를 강행한 점을 비판했다.[83]
2021년 2월 2일, 스타십 SN9이 SN8과 유사한 경로로 10 km (6.2 mi)까지 발사되었다. 그러나 엔진 하나가 제대로 점화되지 않아 착륙 중 추락했다.[84] 한 달 뒤인 3월 3일, 스타십 SN10이 같은 경로로 발사되었다.[85] 기체는 강하게 착륙하여 다리가 부서졌고 한쪽으로 기울어졌다.[86] 기체 하단부에서 화염이 보였고, 추진제 탱크 파열로 추정되는 원인으로 10분도 채 되지 않아 폭발했다.[87][86] 3월 30일, 스타십 SN11이 짙은 안개 속에서 비행했으나,[88] 하강 중 폭발했다.[88] 원인은 랩터의 메테인 터보펌프에 과도한 추진제가 유입된 것으로 추정된다.[89]
2021년 3월, 회사는 준궤도 우주 비행 발사 패드 2개, 궤도 발사 패드 2개, 착륙 패드 2개, 테스트 스탠드 2개, 대규모 추진제 탱크 팜을 포함하는 공개 건설 계획을 발표했다.[90] 곧이어 주변의 보카치카 빌리지를 "스타베이스"라는 이름의 기업도시로 발전시킬 것을 제안했다.[90] 지역 주민들은 스페이스X의 권한 남용과 수용권을 통한 강제 퇴거 위협에 대해 우려를 제기했다.[91] 2025년, 이곳은 텍사스주 스타베이스로 법인화되었다.[92]
4월 초부터 궤도 발사 패드의 연료 저장 탱크 설치가 시작되었다.[45] SN12에서 SN14까지는 완성 전 폐기되었고, 대신 항공전자, 구조, 엔진이 개선된 스타십 SN15가 선택되었다.[93] 2021년 5월 5일, SN15는 발사되어 이전 프로토타입들과 동일한 기동을 완료하고 안전하게 착륙했다.[93] 착륙 후 엔진 구역에 불이 났으나 곧 진화되었다.[87] 이후 스페이스X의 보고서에 따르면 SN15는 착륙 중 탱크 압력 손실 및 엔진 1개 손실 등 몇 가지 문제를 겪었다.[94]: 2
통합 비행 테스트 (2023~)
[편집]2022년 6월, 연방항공국(FAA)은 스페이스X가 비행 테스트를 시작하기 전 예비 환경 평가에서 식별된 75개 이상의 문제를 해결해야 한다고 결정했다.[95]
첫 번째 비행 테스트
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2022년 7월, 부스터 7은 33개 랩터 엔진 모두에 대해 액체 산소 터보펌프 테스트를 수행하던 중 기체 하단부에서 폭발이 발생하여 압력 파이프가 파괴되고 발사대에 경미한 손상을 입혔다.[96] 11월 말까지 스타십 24는 두 차례의 정적 점화 테스트를 수행했고,[97]: 20 부스터 7은 6차례의 정적 점화 테스트를 거쳤으며[98][97]: 20 마지막으로 2023년 2월 9일, 50% 출력으로 31개 엔진 정적 점화를 수행했다.[99] 1월에는 전체 스타십 스택에 대해 전체 습식 연습(WDR)을 완료했다.[100]
2023년 4월 17일 발사 시도가 중단된 후,[101] 4월 20일 협정 세계시 13:33분에 부스터 7과 스타십 24가 첫 궤도 비행 테스트를 위해 이륙했다.[102] 발사 과정에서 3개의 엔진이 꺼졌고 비행 중 몇 개가 더 고장 났다.[103] 이후 부스터가 랩터 엔진의 추력편향 제어력을 상실하며 기체가 통제 불능 상태로 회전하기 시작했다.[103] 기체는 최대 고도 24 mi (39 km)에 도달했다.[104] 이륙 약 3분 후 자동 비행 종단 시스템이 활성화되었으나, 기체는 분해되기 전까지 40초 동안 더 회전하며 떨어졌다.[105] 이 첫 비행 테스트로 인해 다량의 모래와 흙이 공중으로 날아올라 10.7 km (6.6 mi) 반경 내의 지역사회까지 도달했다.[106] 또한 인근 주립공원에서 산불이 발생해 3.5에이커를 태웠다.[107]
두 번째 비행 테스트
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첫 테스트 비행 후, 스페이스X는 비행 중 발생한 손상을 수리하고 향후 문제를 예방하기 위해 발사대 보강 작업을 시작했다. 발사탑의 기초를 강화하고 발사대 아래에 수냉식 배염기(flame deflector)를 설치했다.[108] 스타십 25와 부스터 9는 여러 테스트를 거치기 위해 5월에 준궤도 및 궤도 발사 지점으로 이동되었다.[109]
2023년 11월 18일, 부스터 9와 스타십 25가 발사대를 떠났다.[110] 분리 시점까지 33개 엔진이 모두 작동했으며, 2단부가 핫 스테이징 기법을 사용하여 1단부로부터 스스로 밀어내며 분리에 성공했다.[49] 분리 후 슈퍼 헤비 부스터는 플립 기동을 완료하고 부스트백 번을 시작했으나, 잇따른 엔진 고장으로 폭발했다.[111] 액체 산소 필터의 막힘으로 인해 엔진 하나가 오작동했고, 이는 비행 3분 30초 만에 멕시코만 상공 약 90km 고도에서 부스터의 파괴로 이어졌다.[112]
2단부는 8분 이상의 비행 후 고도 약 149 킬로미터 (93 mi)에 도달했으나, 엔진 정지 직전 텔레메트리가 중단되었다.[49] 스페이스X는 비행 성능 데이터를 근거로 안전 명령에 따라 비행 종단 시스템이 작동하여 2단부를 파괴했다고 밝혔다.[49] 이는 계획된 궤도에 도달하거나 재진입을 시도하기 전의 일이었다.[113] 미국 해양대기청(NOAA) 기상 레이더 데이터에 따르면 버진 제도 북쪽 수백 마일 지점에서 재진입한 것으로 나타났다.[114]
세 번째 비행 테스트
[편집]두 단계 모두 손실된 두 번째 비행 테스트 이후, 스타십의 추력 벡터 제어 시스템을 전기식 추력편향(TVC)으로 업그레이드하고 엔진 정지(SECO) 이후까지 액체 산소(LOX) 배출을 지연시키는 등의 중대한 변경이 이루어졌다.[115]
비행 3은 스페이스X 창립 22주년인 2024년 3월 14일 오전 8시 25분(CDT)경 스타베이스에서 발사되었다.[116] 비행 2와 마찬가지로 부스터의 33개 엔진이 모두 점화되었고 단 분리도 성공했다.[117] 부스터 10은 부스트백 번을 수행했으나, 멕시코만에서의 해상 착륙 계획은 수면 위 462 m (1,516 ft)에서 기체가 폭발하며 실패했다.[118]
스타십 우주선 본체는 우주 공간과 궤도 속도에 도달한 후 추진제 이송 시연 및 페이로드 도어 테스트 등 여러 테스트를 수행했다.[119] 대기권 진입 시도 중[120] 고도 약 65 km (40 mi)에서 스타십 28의 모든 텔레메트리가 중단되어 기체 손실이 확인되었다.[121] 이번 테스트는 우주 공간에서 헤더 탱크의 추진제를 주 탱크로 옮기는 극저온 추진제 이송을 시연했는데, 이는 스타십 HLS가 지구 저궤도를 벗어나는 데 필수적인 기술이다. NASA와 스페이스X는 이 테스트의 결과를 성공으로 선언했다.[122]
네 번째 비행 테스트
[편집]완전한 스타십 구성의 네 번째 비행 테스트는 2024년 6월 6일 오전 7시 50분(CDT)에 발사되었다.[123] 이번 비행의 목표는 슈퍼 헤비 부스터를 해상의 '가상 타워'에 착륙시키고, 우주선이 대기권 재진입 시의 극심한 열을 견뎌내는 것이었다.[124] 슈퍼 헤비 부스터는 부드러운 해상 착륙에 성공했고, 우주선 역시 재진입과 제어된 해상 착륙에 성공하며 두 가지 목표를 모두 달성했다.[125]
다섯 번째 비행 테스트
[편집]
2024년 4월, 머스크는 비행 4의 부스터 성능에 기초해 부스터 타워 착륙(포착)을 시도하는 것이 목표 중 하나라고 밝혔다. 기체 테스트는 2024년 5월에 시작되었다.[126] 스페이스X는 규제 승인 전인 8월 초에 부스터 12와 스타십 30의 발사 준비가 완료되었다고 주장했다.[127] 2024년 10월 13일, 스페이스X는 스타십 30과 부스터 12를 발사했으며, 부스터 12는 발사 지점으로 돌아와 최초로 성공적으로 포착되었고, 스타십 30은 인도양에 성공적으로 착륙했다.[128]
여섯 번째 비행 테스트
[편집]스타십 31은 2024년 7월에 극저온 테스트를, 9월에 정적 점화를 성공적으로 완료했다.[129] 부스터 13도 4월과 10월에 유사한 테스트를 거쳤다.[130] 비행 6은 2024년 11월 19일에 발사되었으며, 부스터는 포착 대신 해상 착륙을 수행했다.[131] 이번 비행에서는 우주 진공 상태에서 랩터 엔진 재점화에 처음으로 성공하여 향후 페이로드 배치를 위한 길을 열었다.[131] 바나나 모양의 봉제완구가 무중력 지표로 사용되어 스타십의 첫 번째 페이로드가 되었으나, 비행 내내 기체 내부에 머물렀다.[131] 기자 에릭 버거는 우주 재점화 성공으로 인해 스타십이 "궤도 진입 허가를 받을 가능성이 높다"고 주장했다.[132]
일곱 번째 비행 테스트
[편집]스타십 33은 2024년 10월에 극저온 테스트를,[133] 12월 말에 정적 점화를 완료했다.[134] 부스터 14 역시 10월에 극저온 테스트를 거쳤다.[135] 부스터 14는 OLP-1으로 이동하여 12월 초에 스핀 프라임 테스트와 정적 점화를 수행했다.[136] 비행 7은 2025년 1월 16일에 발사되었다. 이번 임무의 프로필은 이전 발사와 유사했으며, 우주 공간에서의 엔진 재점화 시도 후 인도양에 착륙하는 것을 목표로 했다. 또한 스타십 33은 10개의 스타링크 시뮬레이터를 배치할 예정이었다.[137] 엔진 정지 예정 직전에 스타십 33과의 교신이 끊겼고,[138] 이후 터크스 케이커스 제도 상공에서 기체가 폭발하는 모습이 관측되었다. 부스터는 발사 지점으로 성공적으로 돌아와 OLP-A의 젓가락에 포착되었다.[138] 폭발의 영향으로 다수의 상업 항공편이 우회하거나 지연되었다.[139]
여덟 번째 비행 테스트
[편집]2025년 3월 3일, T-40초에서 여러 번의 홀드 끝에 발사 시도가 중단되었다.[140] 예정된 발사 직전 슈퍼 헤비 부스터와 관련된 문제로 발사가 취소되었으며 3월 6일로 재설정되었다.[141] 여덟 번째 비행 테스트는 2025년 3월 6일 협정 세계시 23:30분에 발사되었다. 슈퍼 헤비 부스터는 발사탑에 성공적으로 포착되었다. 그러나 스타십 34의 초기 연소 중 6개 엔진 중 4개가 조기에 정지되어 자세 제어력을 상실했고, 이어 텔레메트리가 완전히 끊겼다. 기체의 공중 분해는 플로리다주, 자메이카, 터크스 케이커스 제도에서 관측되었다.[142] 스페이스X에 따르면 이륙 9분 30초 만에 교신이 중단되었다.[143] 이번 비행은 블록 2 우주선의 두 번째 비행이었으며 이전의 비행 프로필을 반복하려 시도했다.[144] 기체의 폭발로 인해 FAA는 여러 플로리다주 공항에 일시적으로 이착륙 금지 명령을 내렸다.[145]
아홉 번째 비행 테스트
[편집]스타십의 아홉 번째 비행 테스트는 2025년 5월 27일, 프로그램 최초의 재사용 슈퍼 헤비 부스터인 부스터 14를 사용하여 발사되었다.[146] 부스터는 상승을 완료하고 부스트백 및 진입 연소를 수행했으며 이전보다 높은 받음각으로 재진입했으나, 멕시코만 해상 착륙 전 손실되었다.[147] 스타십 35는 엔진 정지에 도달했으나 추진제 누출로 자세 제어력을 상실해 엔진 재점화에 실패했고, 페이로드 베이 도어 작동 실패로 더미 스타링크 위성을 배치하지 못했다. 기체는 재진입 중 분해되었다.[146]
스타십 36 폭발
[편집]2025년 6월 18일, 열 번째 비행 테스트를 위해 준비 중이던 블록 2 상단부 스타십 36이 텍사스주 스타베이스 인근 메시 테스트 스탠드에서 계획된 6개 엔진 정적 점화 테스트 도중 폭발했다.[148] 예비 분석에 따르면 노즈 섹션의 복합재 압력 용기(COPV)가 파열되어 추진제를 점화시킨 것으로 나타났다.[149] 인명 피해는 없었으나 스페이스X는 하드웨어 점검과 스탠드 수리를 위해 추가 테스트를 중단했다.[150]
열 번째 비행 테스트
[편집]스타십의 열 번째 비행 테스트는 2025년 8월 24일로 예정되었으나 발사 직전 중단되었다. 8월 25일의 두 번째 시도마저 중단된 후, 8월 26일 비행 10이 성공적으로 발사되었다. 부스터는 상승 중 엔진 하나를 잃었음에도 임무를 완수했고, 우주선은 8개의 스타링크 시뮬레이터를 투하했다. 이후 재점화와 재진입을 거쳐 인도양의 목표 지점 수 미터 이내에 성공적으로 착륙했다.[151]
열한 번째 비행 테스트
[편집]스타십의 열한 번째 비행 테스트는 2025년 10월 13일 발사되었으며, 의도적으로 타일을 제거한 부분을 제외하고는 열 번째 비행 프로필을 거의 반복했다.[152] 두 번째 재사용 부스터인 부스터 15-2는 부스트백 중 엔진 고장이 있었으나 다시 점화되어 착륙을 완료했다. 스타십 38은 시뮬레이터를 배치하고 재점화 테스트를 거친 후 대기권에 재진입했다.[152] 하강 중 기체는 향후 포착 기동을 위한 여러 뱅킹 기동을 수행했고, 해수면 고도 1km에서 엔진 3개를 재점화하여 수직으로 자세를 잡고 부드럽게 해상 착륙한 뒤 넘어지며 폭발했다.[152] 이것이 스타십 블록 2 구성의 마지막 발사였다.
비용 및 자금 조달
[편집]스페이스X는 주로 민간 자금을 통해 스타십을 개발한다.[68] 스페이스X 최고 재무 책임자 브렛 욘센은 법정에서 스페이스X가 2014년 7월부터 2023년 5월까지 스타베이스 시설과 스타십 체계에 30억 달러 이상을 투자했다고 밝혔다.[153] 일론 머스크는 2023년 한 해에만 스타십 개발에 약 20억 달러를 지출할 것으로 예상한다고 2023년 4월에 언급했다.[154] 2024년 한 소송에 대한 답변에서 스페이스X는 스타십 프로그램 비용이 하루 약 400만 달러에 달하며,[155]: 25–26 개발이 하루 지연될 때마다 10만 달러의 손실이 발생한다고 밝혔다.[155]: 25–26
머스크는 장기적으로 스타십의 궤도 발사 비용이 회당 100만 달러 수준까지 낮아질 수 있다는 이론을 제시했다.[156] 그러나 유로스페이스의 연구 책임자 피에르 리오넷은 2022년, 로켓의 막대한 개발 비용 때문에 고객이 지불할 발사 가격은 그보다 높을 것이라고 지적했다.[157] 2025년 10월 말 웹사이트 업데이트에서 스페이스X는 스타십 시스템 비용의 90% 이상을 자사 자금으로 충당하고 있다고 밝혔다.[158]
아르테미스 계획의 인류 착륙 시스템 개발의 일환으로, 스페이스X는 2021년 4월 NASA로부터 아르테미스 3호를 위한 스타십 HLS 개발 명목으로 28억 9천만 달러 규모의 고정 가격 계약을 수주했다.[159] 경쟁사였던 블루 오리진은 이 결정에 불복하여 소송을 제기했으나 기각되었다.[160] 2022년 NASA는 아르테미스 4호를 위한 두 번째 달 착륙선 계약으로 스페이스X에 11억 5천만 달러를 추가로 지급했다.[161] 또한 같은 해 스페이스X는 미국 우주군의 로켓 화물 프로그램을 위한 기술 시연 명목으로 1억 200만 달러 규모의 5년 계약을 체결했다.[162]
발사 이력
[편집]요약
[편집]| 연도 | 발사 횟수 | 성공 | 실패 | 부스터 착륙 | 우주선 착륙 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2023 | 2 | 0 | 2 | 0 | 0 |
| 2024 | 4 | 4 | 0 | 1 | 0 |
| 2025 | 5 | 2 | 3 | 2 | 0 |
| 2026 | 0 | 빈칸 | |||
| 합계 | 11 | 6 | 5 | 3 | 0 |
과거 발사
[편집]향후 발사
[편집]잠재적 임무
[편집]스타링크
[편집]스페이스X는 현재 70개국 이상에 초고속 인터넷을 제공하는 스타링크 시스템의 2세대 위성을 발사하는 데 스타십을 사용할 계획이다.[163] 모건 스탠리의 한 분석가는 스타십과 스타링크의 개발이 서로 얽혀 있다고 언급했다. 스타십의 발사 용량은 스타링크 발사 비용을 낮추고, 스타링크의 수익은 스타십의 개발 비용을 충당하는 구조이다.[164] 스타링크는 2023년에 처음으로 현금 흐름 손익분기점에 도달한 것으로 알려졌다.[165]
아르테미스 계획
[편집]
스타십 HLS는 아르테미스 계획의 일환으로 계획된 아르테미스 3호 및 아르테미스 4호 유인 임무를 위한 유일한 인류 착륙 시스템으로 처음 선정되었다.[166] 스타십 HLS는 지구 저궤도로 발사된 후 여러 대의 스타십 유조선에 의해 연료가 보충된다.[167]: 4, 5 보충이 완료되면 달로 향하는 궤도를 돌아 루나 게이트웨이가 위치할 근직선 헤일로 궤도에 진입한다.[168] 오리온 우주선이 스타십 HLS와 도킹하면 승무원들이 이송되며, 스타십 HLS는 달의 남극 근처에 수직으로 하강하여 착륙한다.[167] 임무 완료 후 HLS는 승무원을 태우고 이륙하여 다시 오리온 우주선과 도킹하고 승무원들을 지구로 귀환시킨다.
천문학
[편집]천문학자들은 스타십의 거대한 궤도 운송 능력과 넓은 화물창을 LUVOIR와 같은 차세대 우주 망원경에 활용할 것을 제안했다.[169] 스타십의 9 m 너비 페어링은 8 m 너비의 단일 조각 거울을 수용할 수 있어, 제임스 웹 우주망원경처럼 비용과 지연을 초래하는 복잡한 접이식 구조를 피할 수 있다.[170] 또한 거대한 운송 능력 덕분에 무게를 줄이기 위해 비싼 베릴륨을 쓰는 대신 유리와 같은 더 흔하고 저렴한 재료를 사용할 수 있게 된다.[169]
로켓 화물
[편집]2022년 1월, 스페이스X는 미국 우주군의 로켓 화물 프로그램을 위해 1억 200만 달러 규모의 5년 계약을 체결했다.[162] 이 프로그램은 로켓을 화물 수송에 사용할 때의 잠재력을 결정하며, 스타십의 상업적 발사 데이터를 수집한다.[171] 2025년이나 2026년경에 최대 100톤의 화물을 신속하게 전개하는 시연 임무가 계획되어 있다.
화성 샘플 귀환
[편집]NASA의 NASA-ESA 화성 샘플 귀환 임무가 비용 및 일정 문제로 차질을 빚자, 2024년 NASA는 산업계에 더 저렴하고 빠른 대안을 요청했다. 일부 우주 전문가들은 스타십이 이 임무 아키텍처의 핵심 요소가 될 강력한 후보라고 제안했다.[172]
행성 간 수송 및 식민지화
[편집]스페이스X에 따르면 스타십의 디자인은 화성에 승무원을 착륙시키려는 요구 사항에 의해 주도되었다.[173] 우주선은 궤도상에서 연료를 보충한 뒤 화성으로 향한다.[174] 화성 착륙 후에는 화성의 대기에서 추출한 이산화 탄소와 물을 사바티에 반응시켜 메테인과 산소를 생산해 귀환 연료로 사용할 수 있다.[24] 머스크는 인류의 장기적 생존을 위해 2050년까지 화성에 100만 명을 보내겠다는 야심을 밝혀왔으나,[175] 많은 과학자는 현재의 기술적 한계와 생존 지원 시스템의 부재를 들어 이 일정이 비현실적이라고 비판하기도 한다.[176]
시설
[편집]테스트 및 제조
[편집]
스타베이스는 텍사스주 보카치카에 위치한 제조 시설과 발사 지점으로 구성된다.[177] 두 시설 모두 24시간 가동된다.[21] 이곳은 두 개의 발사 지점, 페이로드 처리 시설, 태양광 발전소 등을 갖추게 된다.[44]
랩터 엔진은 텍사스주 맥그레거에 있는 스페이스X 로켓 개발 시설에서 테스트된다. 이곳에는 엔진 종류별로 수평 및 수직 테스트 스탠드가 마련되어 있다.[178] 미래에는 맥그레거의 새로운 공장에서 차세대 해수면 랩터를 생산하고, 캘리포니아 본사에서는 랩터 진공 엔진 제작과 신규 설계를 계속할 예정이다.[178]
플로리다주 코코아 시설에서는 스타십 열 차폐 타일을 위한 이산화 규소 정제 작업을 수행한다. 과거에는 이곳에서 스타십 MK2 프로토타입을 제작하기도 했다.[179] 케네디 우주 센터는 LC-39A 발사대와 로버츠 로드의 생산 시설을 통해 스타십 임무를 지원할 계획이다.[180]
발사 지점
[편집]스타베이스
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스타베이스에는 패드 A와 패드 B로 불리는 두 개의 발사 지점이 계획되어 있다.[44] 이곳에는 대규모 탱크 팜, 궤도 발사대, 통합 타워가 들어선다.[44] 탱크 팜에는 메테인, 산소, 질소, 헬륨, 유압액 등을 담은 탱크들이 배치되며,[44] 추진제를 냉각하기 위한 서브쿨러 시설도 갖추고 있다.[45] 패드 A의 발사대에는 수냉식 배염기와 부스터를 고정하는 20개의 클램프, 연료와 전기를 공급하는 퀵 디스커넥트 마운트가 설치되어 있다.[45]
통합 타워(또는 발사탑)에는 부스터를 들어 올리고 포착하여 회수할 수 있는 한 쌍의 기계식 암("젓가락")이 장착되어 있다.[45] 부스터를 암으로 포착하는 방식은 로켓의 다리를 없애 질량을 줄이고, 회수 후 바로 발사대에 올릴 수 있어 빠른 재사용을 가능하게 한다.[94] 기계식 암은 도르래와 권양기 시스템을 통해 수직으로 이동하며, 유압 액추에이터를 통해 수평으로 움직인다.[45]
플로리다
[편집]스페이스X는 2021년부터 케네디 우주 센터 제39발사단지(LC-39A)에 스타십 발사대를 건설하고 있다.[180] 2024년 연방항공국은 이곳에서 연간 최대 44회의 발사를 수행하는 것에 대한 환경 영향 평가를 시작했다.[181] 또한 델타 IV 로켓이 퇴역하며 비게 된 케이프커내버럴 공군기지 제37우주발사단지(SLC-37)에도 스타십 발사대 건설을 제안했다.[182] 플로리다에서의 발사는 2025년 말 이후에나 가능할 것으로 전망된다.[183]
스타십 개발에 대한 반응
[편집]스페이스X와 경쟁하기 위해 중국항천과기집단공사 등 중국의 항공우주 기관들은 스타십과 동급인 창정 9호 초대형 로켓을 개발 중이며, 이 역시 완전 재사용이 가능하도록 설계하고 있다.[184] 2021년 중국발사체기술연구원은 스타십과 외형 및 기능이 놀라울 정도로 유사한 로켓 렌더링 영상을 공개하기도 했다.[185]
미국 내에서도 스페이스X의 독주에 대한 우려와 규제 강화 목소리가 있다. 2023년 스페이스X의 부사장 빌 거스텐마이어는 미 상원에서 중국과의 전략적 경쟁을 언급하며, 공공 안전과 무관한 불필요한 관료주의와 규제가 스타십 테스트 비행을 지연시키고 있다고 주장했다.[186] 반면 환경 단체들은 스타십 발사가 지역 생태계에 미치는 영향을 우려하며 발사 중단을 요구하는 소송을 제기하기도 했다.[187]
내용주
[편집]- ↑ 슈퍼 헤비 공차 중량: 200 t (440,000 lb); 스타십 공차 중량: 100 t (220,000 lb); 슈퍼 헤비 추진제 질량: 3,400 t (7,500,000 lb);[13] 스타십 추진제 질량: 1,500 t (3,300,000 lb).[14] 이들의 총 질량은 약 5,300 t (11,700,000 lb)이다.
- 스타십 기체는 여러 자리의 일련번호와 비행 횟수를 나타내는 붙임표 뒤의 숫자로 구성된다. 우주선 기체는 S#-# 형식이며, 부스터는 B#-#이다. 예를 들어, B14-1과 B14-2는 B14의 첫 번째와 두 번째 비행을 나타낸다. 붙임표가 없는 기체는 첫 비행에서 소모되었거나 회수 후 퇴역한 것이다. 새 기체가 사용된 임무는 민트색 배경으로 표시된다.
<references> 안에 정의된 "vehicle"이라는 이름을 가진 <ref> 태그가 이전 텍스트에서 사용되지 않았습니다.같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ “Payload Research: Detailing Artemis Vehicle R&D Costs”. 2024년 3월 13일. 2024년 6월 7일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2024년 6월 7일에 확인함.
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[편집]- 스타십
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- 팀 도드(Tim Dodd)의 일론 머스크 인터뷰:
- 《A conversation with Elon Musk about Starship》. 2019년 10월 1일. 2024년 12월 23일에 확인함 – 유튜브 경유.
- 《[2022] Elon Musk Explains Updates To Starship And Starbase! part 1》. 2022년 5월 14일. 2024년 12월 23일에 확인함 – 유튜브 경유. 《part 2》. 2021년 8월 7일. 2024년 12월 23일에 확인함 – 유튜브 경유. 및 《Starbase Launchpad Tour with Elon Musk part 3》. 2021년 8월 11일. 2024년 12월 23일에 확인함 – 유튜브 경유.
- 《Join Elon Musk on a tour of Starship just before it launches! (w/ post launch interview)》. 2024년 6월 25일. 2024년 12월 23일에 확인함 – 유튜브 경유.