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지구 궤도를 돌고, 태양계를 넘어 먼 우주를 탐사하는 인공위성과 우주선.
이들을 쏘아 올리는 로켓 발사체의 기술과 역사!

우리 기술로 독자 개발한 한국형발사체 누리호

한국형발사체 ‘누리호’의 발사가 코앞으로 다가왔다. 10월 21일 전남 고흥 나로우주센터에서 발사될 예정인 누리호는 한국이 처음 독자 개발하는 발사체로서, 1.5t급 실용위성을 지구저궤도(600~800km)에 투입할 수 있는 추력 300t급 우주발사체이다. 10월의 1차 발사에서는 통신 기능만 있는 1.5t 무게의 위성모사체를 실어 발사하고, 2022년 5월로 예정된 2차 발사에서는 1.3t의 위성모사체와 약 0.2t의 성능 검증 위성을 실어 발사할 예정이다. 독자 개발한 누리호의 발사가 성공한다면 우리나라는 세계에서 일곱 번째 로켓 보유국으로 등극하게 된다. 또한 인공위성 발사는 물론 앞으로 화성 탐사 등도 가능하게 되므로, 이는 국내 우주개발 역사에 한 획을 긋는 엄청난 성과가 될 것이다.
한편 최근에는 영국 리처드 브랜슨의 버진갤럭틱에 이어 아마존의 창립자 제프 베이조스가 자신이 이끄는 민간 우주회사 블루 오리진의 로켓 ‘뉴 셰퍼드’를 이용해 직접 우주여행에 성공했고, 테슬라의 CEO 일론 머스크가 창립한 스페이스X의 우주선 크루 드래곤 역시 민간인을 태우고 우주여행에 성공했다. 이제 우주개발과 우주여행이 더 이상 영화 속의 일이 아닌 현실이 된 것이다.

새로운 세계, 우주로 진출하고자 하는 인류의 열망

어두운 밤하늘에 반짝이는 수많은 별들을 올려다보며, 인류는 아주 오랜 옛날부터 멀고도 새로운 세계에 대한 꿈을 꾸었다. 우리가 살고 있는 지구와 태양계, 우주에 대한 과학적 지식은 꾸준히 늘어났지만, 광대한 우주는 여전히 미지의 세계로 남아 인류의 호기심과 도전을 기다리고 있다.
우주를 탐사하기 위해서는 우주선을 지구의 대기권 밖으로 날려 보내야 한다. 이때 반드시 필요한 것이 바로 로켓이다. 기상정보나 통신, GPS 등으로 우리 생활을 편리하게 하는 여러 위성들을 지구 궤도에 올리기 위해서도 위성을 탑재하여 쏘아 보낼 발사체 또는 추진장치인 로켓이 필요하다. 로켓은 인류가 우주로 향하기 위한 가장 기본적인 도구이자 최고의 기술이 집약된 장치인 것이다.
현대적인 로켓 공학은 냉전 시대의 군비 경쟁에서 시작되었다. 더 멀리, 더 정확하게 적을 타격하는 유도 미사일, 탄도 미사일들이 개발되었고, 히틀러의 나치군은 유럽의 여러 도시에 V-2 로켓을 퍼부어 폭격하기도 했다.
그러나 지구와 다른 우주 세계에 대한 평화적인 탐구가 더욱 활발히 이루어지게 된 것도 바로 로켓 덕분이었다. 로켓은 인간이 중력을 벗어나 지구라는 행성에서 다른 새로운 세계들로 나아갈 수 있게 해주는 유일한 수단이다. 오랫동안 인류의 곁에 있어 온 로켓이 우주를 향해 날아가게 된 것은 불과 60여 년 전이지만, 지난 60여 년간 여러 나라의 과학자들은 태양계의 각 행성들에 궤도형 우주선을 보내고, 다양한 로봇과 기계를 이용해 탐사해왔다. 그리고 그 덕분에 우리는 이제 태양계 내의 여러 행성과 그 위성들에 대해서도 많은 것을 알게 되었다. 그곳까지 갈 수 있었던 것은 오로지 로켓 덕분이며, 이는 과학기술의 발전 때문에 가능했던 것이다. 즉 로켓 기술은 처음에는 군비 경쟁의 형태로, 그다음에는 우주개발을 위한 경쟁으로, 그리고 현대에 들어서는 수많은 인공위성들이 제공하는 정보들로 이루어지는 상업적인 경쟁을 위해 발전했다고 할 수 있다.

다양한 로켓 기술과 디자인

이 책 『로켓의 과학적 원리와 구조』는 로켓을 작동시키는 기본적인 기술적 원리와 구조는 물론 1942년 이후 초기 로켓들의 개발과 발전의 역사를 자세히 전해준다. 독일의 베르너 폰 브라운이 개발한 세계 최초의 탄도미사일 V2, 전술 미사일로 개발되어 탄도 비행에 사용되었으나 미국 최초의 우주비행사 앨런 셰퍼드를 태운 채 비행했던 레드스톤, 러시아 최초의 대륙간탄도미사일로 설계되어 1957년 10월에 스푸트니크 1호를 지구 궤도에 올렸고 유인 우주선 보스토크, 보스호드, 소유스로 개발된 R-7, 미국 최초의 대륙간탄도미사일 아틀라스, 50년 넘게 NASA와 미국 정부 기관들의 인공위성을 쏘아 올린 발사체 델타, 유럽우주기구(ESA)가 개발한 아리안 5 등 로켓의 역사를 이끌어온 다양한 로켓과 발사체들을 만날 수 있다.
일반인에게는 익숙하지 않은 전문용어와 기술적 묘사도 등장하지만 300여 개에 이르는 삽화와 내부를 그대로 보여주는 단면도, 풍부한 사진과 그림 자료는 인류의 우주 탐사 역사를 뒷받침해온 로켓의 역사와 성능, 각 로켓에 적용된 서로 다른 기술과 다양한 디자인을 한눈에 볼 수 있게 해준다. 또한 각 로켓의 특징과 디자인, 전반적인 핵심 사항을 쉽게 파악할 수 있다.

성큼 다가온 우주여행, 다가올 우주개발의 시대

최근 민간 우주산업이 활기를 띠고 있지만 우주개발은 아직도 걸음마 단계라고 할 수 있으며, 그만큼 발전의 기회도 무궁무진하다. 앞으로 우주산업과 개발은 더욱 가속화되며 경쟁도 치열해질 것이다. SF 영화의 소재나 먼 미래의 일로만 생각했던 로켓과 우주 탐사도 이제는 우리에게 다가온 현실이다.
우주산업에서의 주도권과 기회를 놓치지 않기 위해서도, 또 환경문제로 몸살을 앓고 있는 지구의 미래와 우리를 둘러싼 태양계를 더 잘 알고 이해하기 위해서도 로켓과 그 핵심기술에 대한 지식은 반드시 필요하다. 독자들은 이 책을 통해 로켓의 과학적 원리와 구조, 개발과 발전의 역사에 대해 깊이 있는 이해를 얻게 될 것이다.

서론 008

1장 원칙

로켓 과학 010
여러 종류의 힘 012
액체 추진제 017
로켓 모터 019
극저온 추진제 025
고체 추진제 026
다단식 로켓 029

2장 로켓과 발사체

V-2 (독일) 032
V-2 (미국) 035
V-2 (러시아) 038
바이킹 040
레드스톤 043
리엔지니어링 045
머큐리-레드스톤 046
주피터-C (주노 I) 049
시험 비행 050
토르 052
최초의 중거리탄도미사일 052
변형들 055
비행 테스트 058
토르 에이블 061
토르 에이블-스타 065
토르 아게나 067
TAT-아게나 B와 D 073
토르 버너 074
토라드 아게나 D 075
주피터 077
주노 II 080
R-7 세묘르카/소유스 083

아틀라스 088
개발 과정 093
시험 비행 097
아틀라스 우주 발사체 100
아틀라스-에이블 101
아틀라스-아게나 A, B 그리고 D 103
아틀라스-센토 107
아틀라스 OV-1 113
아틀라스 버너 II 114
아틀라스 I 115
아틀라스 II 117
아틀라스 III 118
아틀라스 V 121
뱅가드 127
타이탄 132
더 나은 로켓 135
제미니-타이탄 140
타이탄 III 143
타이탄 III와 IV 145
타이탄 II 우주 발사체 150
델타 152
중요한 업그레이드 158
개선된 성능 161
델타 II, III, IV 164
스카우트 175
하늘로 날아오른 스카우트 178
새턴 I/IB 183
블루 스트리크/유로파 190
시험 비행 193
프로톤 195
디아망 197
새턴 V 199
블랙 애로우 202
아리안 204
아리안 1/2/3/4 205
아리안 5 210

약어 목록 214

인류 역사가 시작된 이래 인간은 늘 경외심에 가득 찬 마음으로 밤하늘을 올려다보았으며, 온 하늘에 반짝이는 불빛들을 보며 이런저런 궁금증을 가졌다. 갈릴레오와 코페르니쿠스가 우주 공간 속 다른 세상들을 향해 자유로운 생각의 날개를 펴면서 그 불빛들은 인간 상상력의 최종 목적지가 되었고, 지구를 떠나 달과 다른 행성들을 방문하고 싶다는 욕망에 불을 질렀다. - 10쪽

우주 로켓 공학은 과학자들이 대기권 밖과 우주, 그리고 우리 태양계의 천체들을 연구하기 위한 수단을 찾는 과정에서 시작됐다. 그러다 냉전 시대를 맞아 전쟁의 열기 속에 많은 무기들이 만들어졌고, 지식을 탐구하고자 하는 열망 속에 군비 축소의 길로 접어들게 되고, 급기야는 국제지구물리관측년(70여 개국이 참가해 지구물리학적 환경에 대한 조사를 실시한 1957년부터 1958년 사이의 기간)을 맞아 지구를 좀 더 잘 이해하기 위한 국제적인 조사가 행해지면서, 냉전 시대의 무기들은 평화를 위한 도구로 탈바꿈했다. - 31쪽