이베이 부품으로 우주여행을 갈 수 있다고?

아마추어는 기어이 해내고 만다. 스마트폰과 저렴한 이베이 부품으로 로켓을 만드는 각국의 우주 정복 아마추어들.

20년 전부터, 정부 주도의 우주 계획에 맞서 민간 분야의 전문가들이 나섰다. 그렇다고 민간의 모든 계획이 스페이스 X나 버진 갤럭틱처럼 수십억 달러의 규모를 자랑하는 건 아니다. 수백만 달러 규모, 실은 그보다 훨씬 적은 경우도 있다. “우주 개척에 관심 있다면 분명 지금이 살기에 가장 환상적인 시기예요.” 미국 국립과학아카데미의 유인우주비행위원회 구성원이자 크라우드 소싱으로 우주 연구 계획을 중개하는 사이트 ‘Spacehack.org’를 설립한 아리엘 월드먼이 말했다. 신기술은 물론이고 전보다 저렴한 부품을 살 수 있으며, 온라인으로 관계를 맺거나 자금을 조달하기 쉬워졌다. 그 덕분에 소규모 우주 탐사는 점차 덩치를 키우고 있다. 우주비행은 그 뿌리를 DIY(Do It Your self)에 두고 있다. 1920년대에 거의 혼자서 액체 연료 로켓을 개발한 로버트 고다드는 당시 조롱과 의혹에 시달렸다. 1930년대에 등장한 최초의 고고도여압복은 고무를 칠한 천과 돼지가죽 장갑으로 제작한 저예산 프랑켄슈타인 같은 모습이었다. 처음으로 음속의 벽을 돌파한 벨 X-1의 엔진을 제작할 당시 미 공군의 엔지니어들은 시간과 돈을 절약하기 위해 보일러 밸브와 같은 부품을 개조했다. 혹자들의 말처럼 그들은 “트랙터에 달려 있을 것 같은 크고 환상적인 고물딱지”를 만들어냈다. 우주 경쟁이 절정이던 1966년, 나사NASA의 자금은 미국 전체 예산의 4.41퍼센트까지 치솟았다. 반세기 후, 우주왕복선이 보류되고 국제우주정거장의 미래가 불확실해지면서, 예산 규모는 0.5퍼센트 미만으로 줄어들었다. 엘론 머스크의 스페이스 X, 리처드 브랜슨의 버진 갤럭틱, 제프 베조스의 블루 오리진 등 대규모 우주비행 계획은 각각 수십억 달러 규모의 자산가를 후원자로 두고 있다. 동시에 초소형 인공위성은 저가 부품과 대형 우주선에 편승하는 방식으로 위성 발사 비용을 절약했다. 약 1킬로그램의 무게에 가로-세로-높이 10센티미터의 입방체인 큐브샛은 제작에 약 5만 달러, 발사에 약 10만 달러가 든다. 이러한 비용은 대학과 소규모 회사의 예산으로도 가능하다. 1킬로그램도 부담스럽다고? 우표 크기의 피코위성(1킬로그램 미만)과 펨토위성(100그램 미만)도 있다. 이미 수많은 아마추어와 학교 로켓 모임이 비행체를 설계하고 제작해서 성층권으로 발사하고 있다. 1927년 5월 20일, 찰스 린드버그가 ‘세인트루이스의 정신’호의 조종석에 올라탔다. 그는 최초의 대서양 단독 논스톱 횡단에 도전했지만, 또 다른 목표도 있었다. 뉴욕의 호텔 업자인 레이몬드 오르테이그가 내놓은 2만5천 달러의 상금도 걸려 있었다. 요즘도 상금이 걸린 대회가 있다. 규모는 훨씬 커졌다. 1천만 달러가 걸린 ‘안사리Ansari X프라이즈’는 2004년에 스페이스십 원으로 최초의 민간 유인 우주비행을 달성한 ‘모하비 에어로스페이스 벤처스’가 차지했다. 민간 자금으로 제작한 로봇을 달에 보내는 총상금 3천만 달러의 대회인 ‘구글 루나 X프라이즈’ 덕분에 이후 저비용 우주 경쟁은 보다 높은 목표를 바라보게 되었다. 이 대회에서 우승을 차지하려면 달 표면 위에서 500미터를 이동한 다음 그 증거로 고해상도 화상을 지구로 전송해야 한다. 2014년 10월, 미국에 본사를 둔 오비탈 사이언스가 소유한 안타레스 무인 로켓이 버지니아에서 발사 도중 폭발했다. 시그너스 우주선과 국제우주정거장에 사용될 2천2백 킬로그램의 화물이 불덩이로 변하면서 10킬로미터 떨어진 곳의 유리창이 박살 났다. 3일 후, 불과 5개월 전에 미 정부의 상용 발사 승인을 받은 버진 갤럭틱은 모하비 사막에서 스페이스십 투의 추락 사고를 겪었고 이로 인해 미래는 심각한 의문에 빠졌다. 하지만 월드먼은, 우주비행의 미래가 어떻든지 간에 소규모 민간 우주 계획은 앞으로 여전히 중요한 역할을 할 것으로 예측했다. 3D 인쇄도 로켓 부품 제작의 중요한 기술로 부각되고 있다. 2013년 10월, 캘리포니아 샌디에이고 대학의 공학과 학생들은 크로뮴-코발트 합금으로 인쇄한 18센티미터 높이의 액체 연료 엔진의 시험을 성공적으로 마쳤다. 나사 외부에서 이루어진 최초의 실험이었다. 이들은 올해도 저비용 우주 탐사 회사인 DIY 로켓이 후원하는 오픈소스 3D 인쇄 로켓 대회에서 1만 달러의 상금을 따내며 1등을 차지했다. 나사의 전 우주 계획 관리자인 월드먼은 모든 사람이 우주 탐사와 과학적 발견에 참여할 수 있도록 ‘Spacehack.org’를 설립했다. 국제우주정거장에서 전송한 사진으로 전 세계의 광공해 지도를 만들고, 지구에 충돌할 가능성이 있는 운석을 파악한다. “말도 안 되는 계획과 그렇지 않은 것을 가려내는 것이 아직까지는 어려워요. 일단 처음에는 미친 소리처럼 들리는 계획이 실은 믿을 만한 것일 수 있고, 정말 미친 소리일 수도 있죠.” 

 

오레건 주 포틀랜드 시내의 번화가인 펄 구역을 방문한 사람은 아파트 1층의 열린 문을 통해 (노골적으로 어설픈) 우주복처럼 생긴 물건과 자주 맞닥뜨린다. 포틀랜드 주립대학의 인류학 교수인 카메론 스미스는 2009년부터 거실에서 잡동사니로 저궤도 우주복을 제작하고 있다.

스미스는 구형 건식 잠수복과 파이 접시, 이베이에서 4백 달러에 구한 밝은 오렌지색의 구소련 공군 헬맷 등을 개조한 부품으로 세 벌의 시제품을 제작했다. 대학생과 대학원생들이 구성원으로 있는 독학 모임의 도움과 자문을 받았다. 총비용 내역은 약 5천 달러 정도. 참고로 기성 제품의 가격은 5만 달러에서 50만 달러에 이른다. 스미스가 만든 시제품 우주복은 고고도 실험실과 냉장 창고, 수영장 등 다양한 환경에서 시험을 거쳤다. 스미스의 최종 목표는 고도 1만9천 미터에 있는 암스트롱 한계선을 향하고 있다. 이 지점부터 여압된 환경이 아니면 인간이 생존할 수 없다. “공학자들이 이 말을 들으면 눈이 휘둥그레질 거예요. 하지만 여압복의 역사는 1930년대로 거슬러 올라가고 여압복 때문에 죽은 사람은 거의 없다는 점을 기억할 필요가 있어요”

스미스는 어릴 때부터 우주에 빠져 지냈다. 당시 그는 미국의 모든 우주비행사와 구소련의 일부 우주비행사에게 편지를 써서 어떻게 하면 그들처럼 될 수 있는지를 묻곤 했다. 그가 등산과 단독 극지 횡단 트레킹을 하며 보낸 세월은 우주에서 살아남기 위한 우주복을 설계하는 데 도움이 됐다. 우주는 아주 작은 안전 부주의가 생사를 가르는 곳이다. 그는 나사가 축적한 정보를 사랑하지만, 동시에 우주 여행의 대중화에 도움이 되길 원한다. “우주 여행을 하고 싶은데, 꼭 정부에 의존할 필요가 있나요? 그걸 사람들에게 보여주고 싶어요.”

현재 스미스와 그의 연구진은 마크III와 이를 1만5천 미터 고도로 데려갈 기구를 제작하고 있다. “그냥 비행기를 사서 1만5천 미터 고도에 도달하는 것은 아무런 재미가 없어요. 그건 내 관심 밖의 일이에요. 내가 원하는 것은 기술을 다루고 이를 숙달하고 연구해서 스스로 구체화시키는 것이죠.”

“1960년대에 우주에 진출했는데, 이제야 학생 예산으로 우주에 가는 것이 가능해졌어요.” 네덜란드 델프트 공과대학 내에 설립된 델프트 에어로스페이스 로켓 엔지니어링(DARE)의 마르틴 올데가 말했다. 학생 주도로 운영되는 단체 중, 유럽에서 가장 앞선 단체인 DARE의 구성원은 약 130명이다. 그중 핵심 발사 요원은 약 30명으로 모두 학사 또는 석사 과정에 있다. 2009년, DARE의 스트라토스 I 로켓은 북부 스웨덴 상공 12.55 킬로미터까지 솟아올랐고, 이는 유럽의 아마추어 로켓 발사 고도 기록보다 2.4 킬로미터나 높은 기록이었다.

“네덜란드는 추진체 관련 규제가 상당히 자유로운 편이죠. 알루미늄 관과 같은 부품들을 온라인에서 살 수 있다는 점, 그리고 기계식 구동장치(회전 운동을 선형 운동으로 전환시키는 장치)와 같은 장치의 가격이 낮아졌다는 점도 도움이 되죠. 하지만 여전히 많은 단체에서 폭발물을 다루는 연구를 망설이고 있어요.” 심지어 프로젝트에서 가장 비용이 많이 드는 부분은 로켓이 아니다. 정적 모터 실험에는 약 1천5백 유로, 그리고 50킬로미터 고도에 도달하도록 설계된 7미터 높이의 스트라토스 II 로켓에는 1천 유로가 들어간다. 그런데 민간용 발사 기지에서 한 번 발사하려면 10만에서 20만 유로를 내야 한다. 2014년, DARE는 스페인의 세비야 인근에 위치한 엘 아레노시요에서 스트라토스 II의 발사를 시도했지만 사소한 밸브 누출 때문에 결국 무산됐다. 올데는 흔하게 일어날 수 있는 문제라며 훨씬 더 심각한 결과를 낳을 뻔했다고 설명했다. “적어도 로켓이 해변가에 2천 개의 파편으로 흩어지진 않았으니까요.” DARE는 조만간 다시 발사를 시도하기를 바라고 있다. 그리고 완전한 자작 로켓을 제작해 고도 1백 킬로미터에 있는 카르만 대(국제항공연맹이 정한 우주의 경계)에 도달하는 최초의 학생 단체가 되기를 열망한다. 네덜란드의 법은 로켓과 같은 특정 공학 분야에 대한 “지식 금지령”만을 두고 있다. 이는 이란이나 북한과 같은 국가에 관련 지식이 유출되는 것을 막는 수단이다. 이 법은 특히 스트라토스 계획을 언급하고 있지만 여전히 DARE의 모든 구성원은 프로젝트 수행을 위해 정부에 적용 예외를 신청해야 한다.

스페이스IL을 설립한 세 명의 이스라엘 출신 엔지니어는 페이스북에서 처음 만났다. 이후 어느 술집에서 우주선 설계도를 그렸고 마감 전날 참가 신청을 마쳤다. 지금은 30명의 상근 직원이 달에 도착하는 최초의 이스라엘 우주선을 만들고 있다. 높이 1미터에 무게 40킬로그램인 육각형 모양 착륙선은 지구의 유일한 천연 위성에 착륙한 가장 작고 가벼운 우주선이 될 것이다. 간결한 설계를 위해 모든 부품은 하나 이상의 역할을 한다. 착륙 후 남은 연료를 500미터의 ‘우주 도약’을 위해 사용할 예정이다. 대회 요건을 충족시키기 위한 질량 절감 방안이다. 지구로 화상을 전송하는 카메라는 SLAM(실시간 위치 표시 및 지도 구축) 기술을 사용해 접근과 착륙 과정에서 우주선을 인도한다,(지구와 달 사이에 1.25초라는 무선 통신 지연이 존재하기 때문에 이 중요한 단계에서 착륙선은 반드시 자동 조종되어야 한다.) 이와 같이 특화된 광학 항법 알고리즘은 로봇, UAV, 무인 운전 자동차가 낯선 환경에서 길을 찾는 것을 도와준다. 하지만 이러한 장치가 우주에서 사용되는 건 최초다. 달은 산맥과 분화구로 뒤덮인 거칠고 먼지투성이의 환경이다. 그래서 스페이스IL은 엔진 분사 고도에 따라 날리는 먼지의 양을 보여주는 표와 같은 나사의 달 착륙 기록을 샅샅이 조사했다. “달의 먼지는 우리를 가장 괴롭히는 문제 중 하나입니다. 먼지가 광학 장비에 달라붙을까? 먼지구름이 추진장치와 항법 센서에 어떻게 작용할까?” 공동 설립자이자 연구진을 이끄는 야리브 바쉬가 말했다. 스페이스IL의 예산 4천만 달러는 주로 독지가들이 지원했고, 여기에는 세계 최고의 부호 중 하나인 셸든 애덜슨이 지원한 1천6백만 달러도 포함되어 있다. 이스라엘 우주기구는 추진장치 개발을 돕기 위해 1백50만 달러를 지원했고, 인디고고 캠페인을 통해 원래 목표액보다 4만 달러가 많은 24만 달러를 조달했다. 바쉬의 말에 따르면 자금을 모으는 비영리 계획은 축복인 동시에 저주이기도 하다. 스페이스IL은 이익을 낼 걱정을 할 필요가 없지만, 투자자들에게 자신의 지속적인 영향력을 확인시켜야 한다. 그래서 스페이스IL은 수백 명의 자원자를 통해 전국 학교에 자신의 계획을 알리고 있다.

2008년 10월, 나사와 외주 계약을 체결한 크리스티안 폰 벵스톤은 자신의 집에서 로켓 애호가인 피터 매드슨을 만났다. 매드슨은 이미 18미터 길이의 잠수함을 설계한 경험이 있었다. 이들이 설립한 단체는 최초의 유인 우주 계획이었던 머큐리 계획에 대한 연구를 6년에 걸쳐 진행했다.

코펜하겐 서브오비탈(CS)은 현재 전 세계의 후원자 1천1백 명의 지원을 받는 24명이 핵심 회원이다. CS는 온라인 구독을 통해 1만2천5백 파운드의 월간 예산 대부분을 조달하고 있으며, 보유한 거의 모든 정보를 출간할 계획이다. 지금까지 CS는 세 가지로 조정된 캡슐의 시험을 수행했고 서로 다른 3기의 로켓을 발사했다. 그중 하나인 9.38미터 높이의 히트-1X는 아마추어 로켓 중 가장 강력한 성능을 갖고 있었다. 하지만 발사 후 몇 초가 지난 뒤 우주선은 30도의 비행 각도로 날아갔고 관제소는 고도 1천4백2 미터에서 엔진을 차단했다. 로켓은 추락해서 가라앉았고, 회수에는 성공했지만 심한 손상을 입었다. “10년 또는 15년 전까지만 해도 이런 일은 불가능했죠.” CS의 매즈 윌슨이 말했다. 스마트폰의 대중화 덕분에 이제 초소형 연산장치와 GPS 장치 같은 부품은 저렴해지고 찾기 쉬워졌다. 히트-1X의 후속작인 히트-2X 로켓은 아르두이노 체제를 직접 개조한 CS두이노를 탑재한 세 개의 컴퓨터를 장착하고 ‘있었다’. 왜 과거형이냐고? 8월 16일의 정전 점화 실험 과정에서 연료 누출로 인해 히트-2X의 엔진에 불이 붙었기 때문이다. 무엇보다도, CS는 웹사이트와 뉴스레터, 그리고 페이스북을 통해 전 세계의 사람들과 교류가 가능한 것을 성공의 원인으로 꼽는다. “만일 인터넷이 없었다면, 코펜하겐에 있는 40명의 괴짜가 직접 우주선을 만들려고 한다는 소식에 누가 귀를 기울였을까요?” CS는 정기적으로 전문가인 과학자들의 조언과 지원을 무료로 받고 있다. 게다가 한 주에 5건에서 10건에 이르는 자원봉사자의 지원서가 이어지고 있으며, 이들 중 일부는 자비로 덴마크로 이주할 의향까지 밝혔다.

히트-2X 엔진의 예상치 못한 퇴역으로 CS는 계획을 재검토하고 있다. 이들은 좀 더 빈번하게 실험할 수 있는 적합한 엔진을 개발 중이며 목표는 2X보다 두 배 큰 엔진을 설계하는 것이다.

요즘 이들은 우주복을 착용하고 갈지, 그냥 여압 캡슐을 타고 갈지에 대해서도 논의하고 있다. 윌슨의 말에 따르면 두 방법 모두 근본은 동일하다. 다만 우주복 쪽 (몸을 밀어 넣어야 하는) 착용 과정이 조금 더 복잡할 뿐이다.

‘구글 루나 X프라이즈’에 참가한 18개의 팀 가운데 가장 주목받은 팀이 인도의 IT 엔지니어 세 명이 만든 ‘팀 인더스’다. 팀 인더스의 다양한 구성원 중에는 엔지니어와 사업가, 그리고 열두 살의 수학 천재도 있다. 팀 인더스의 달 착륙 계획은 화성 탐사에 사용한 것과 동일한 극궤도 위성발사체에 실려 발사되는 것으로 시작된다. 3주간의 비행 뒤, 무게 210킬로그램의 착륙선은 시누스 이리듐, 즉 ‘무지개의 만’에 있는 현무암 평원에 착지해서 오븐 크기만 한 무게 33킬로그램의 탐사 로봇을 내려놓는다. 태양광으로 움직이는 탐사 로봇에는 1미터 높이의 안테나와 직류 전원으로 작동하는 네 개의 바퀴가 달려 있으며, 이 가운데 두 개의 바퀴는 독립적으로 조향된다. 경쟁에 참가한 다른 팀처럼 팀 인더스는 탐사 로봇이 무사히 지면에 도달해서 수집한 정보를 실시간으로 구글 행아웃으로 전송한다. 이 시점에, 탐사 로봇의 조종 권한을 학생 모임에 15분에서 20분 정도 넘겨줄 계획이다.

2014년 초에 팀 인더스는 루나 X프라이즈 마일스톤 상금의 최종 후보자 5개 팀 중 하나로 선정됐다. 2014년 12월, 심사위원들은 일련의 실험을 검토했고, 여기에는 안정성을 확인하기 위해 1미터 높이에서 실제 크기의 착륙선 모형을 16회 낙하시키는 실험도 포함했다. 지난 1월 팀 인더스는 발사 자금 지원을 위한 1백만 달러의 마일스톤 상금을 수상할 세 팀 중 하나로 선정됐다. 팀 인더스의 설립자인 라훌 나라얀은 인도의 실리콘밸리라고 할 수 있는 방갈로어에 자리 잡은 것이 긍정적인 요소라고 한다. “한 나라의 유일한 팀이기 때문에 비용적 이점이 있죠.” 세계에서 가장 큰 정부 산하 우주기구의 도움을 홀로 받게 되는 것도 같은 맥락이다. 게다가 인도우주연구기구는 2008년에 탐사선을 달에 추락시킨 상황이다.

발사 비용은 약 3천5백만 달러 규모 예산의 3분의 2를 차지할 것으로 보인다. 이는 전문가의 관점에서 놀라울 정도로 적은 비용이다. “사람들이 우리를 좋아할 수도 있고, 대체 무슨 불장난을 하는 건지 궁금해할 수도 있을 거예요.” 팀 인더스는 후원자, 화물의 우주 운송, 크라우드 펀딩, 엔젤 투자자 등의 방식을 조합해서 자금을 조달하고 있다. “아직 갈 길이 한참 멀어요.”