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우주왕복선

last modified: 2016-06-24 11:14:21 Contributors

Contents

1. 설명
1.1. 이게 어떻게 날지?
2. 퇴역한 이유
2.1. 경제적 문제
2.2. 위험성
3. 우주왕복선 목록
3.1. 미국
3.2. 소련
3.3. 유럽
4. 후계자
4.1. X-37
4.2. SSTO(Single Stage to Orbit)
5. 대중문화 속의 우주왕복선
5.1. 영화


Space Shuttle

1. 설명


NASA에서 미국의 승리로 끝난 달 경쟁 이후 후속 미션을 위해 등장한 우주선이다. 초기 컨셉트는 유인 화성탐사선에서 시작했으며, 우주지구를 왕복할 수 있도록 설계한 우주선이다. 소련이 미국과 경쟁하기 위해 만든 부란도 있지만, 이쪽은 실제로 우주비행사를 태워 날리진 못했기 때문에 재사용할 수 있는 유인 우주선은 이것이 최초이자 유일하다.

우주왕복선이라고 해서 모든 구성요소를 재활용하는 건 아니다. 우주왕복선은 부스터, 연료 탱크, 궤도선으로 구성되어 있는데[1], '부스터'와 '궤도선'만 재활용하고 '연료 탱크'는 버린다. 아무래도 처음 날릴 때는 간지가 중요하다보니 만일에 대비해 철저하게 준비하다보니 STS-1미션에서는 연료 탱크까지 흰색의 발포단열재로 칠을 싹 했지만 처음 두 번의 비행 이후로 어차피 버리는 연료 탱크에는 별도로 칠은 안 한다. 위 사진에서 연료 탱크만 누런색인 이유는 그 때문. 그 대신에 색을 칠하지 않는 만큼 무게가 줄어서 약 450kg(!)의 짐을 더 실어나를 수 있게 되었다.


youtube(W2VygftZSCs)
착륙할 때는 달려있는 날개로 활공하여 활주로에 착륙한다. 대표적 착륙장소는 에드워드 공군 기지. 발사기지는 케이프 커네버럴.

1.1. 이게 어떻게 날지?

사실 멀쩡하게 쏘아지던 모습이 우리에게 매우 익숙한 우주발사체이기 때문에 그냥 그렇구나 하는 경우가 많은데, 미국식의 우주왕복선은 뜯어보면 "이게 어떻게 날지?" 하는 의문이 들 수 밖에 없는 구조다. KSP같은 게임에서 우주왕복선 직접 만들어보려고 하면 머리 깨진다.

일단, 발사체의 질량중심과 추력중심이 크게 어긋나 있다. 나로호와 같은 일반적인 모습의 로켓의 경우, 로켓의 몸뚱이와 추진력이 나오는 엔진이 상하 직렬로 연결되어 있고, 이러면 질량중심과 그 질량을 밀어올리는 추력중심이 일직선상에 있게 되며, 당연히 그래야만 로켓이 상승중에 뒤집어지거나 넘어지지 않을 수 있다. 하지만 우주왕복선의 경우, 주엔진은 궤도선의 뒤에 달려 있지만, 연료탱크는 궤도선의 배 밑에 있고, 고체로켓부스터는 또 연료탱크 좌우에 달려 있다. 우주왕복선은 비대칭의 매우 특이한 형상을 취한 것이다.[2] 이는 우주왕복선이 궤도에 올려야 하는 최종 페이로드[3]인 궤도선의 규모가 엄청나게 크기 때문인데, 궤도선이 비행기처럼 생겼기 때문에 그냥 그런가보다 하지만 실제로 크기를 비교해보면 웬만한 로켓이랑 비교해도 작지 않다. 따라서 이것을 일반적인 로켓처럼 위로 쌓았다가는 높이가 엄청나게 높아져버리는 것이다.[4][5]


다른 우주발사체들과의 크기 비교.


좌: 우주왕복선 고체부스터를 직렬로 연결했을 경우.
우: 좌우로 붙일 경우.

그렇다면 이 어긋난 질량중심과 추력중심의 문제를 어떻게 해결했을까? 먼저, 우주왕복선의 주엔진(SSME: RS-25)은 하늘을 향해 직선상으로 달려있는 것이 아니라 무게중심을 향해 사선상으로 달려있다. 이렇게 하면 발사 초기에는 안정성을 확보할 수 있지만, 로켓엔진이 연료를 엄청난 속도로 처묵처묵하면서 무게중심이 변하기 때문에 질량중심은 조만간 다시 어긋난다. 여기서 대부분의 KSP 플레이어들은 머리를 쥐어뜯고 GG친다. 하지만 SSME의 짐벌각(추력편향각도)이 매우 크고, 우주왕복선은 변화하는 질량중심을 향해 추력중심을 계속해서 변화시킬 수 있다(!). 그야말로 항공우주기술의 결정체인 셈이다. 나사: '되는데요'



기체의 형상에 비해 크게 어긋난 우주왕복선의 추력중심(CoT)-질량중심(CoM) 축. 추력의 방향을 질량중심을 향하도록 바꾸면서 해결.[6]

우주왕복선에 결집된 항공우주기술이 워낙 대단한 탓에, 우주왕복선을 대체할 NASA의 신형 우주발사체들은 대부분 SDLV, 즉 Shuttle-Derived Launch Vehicle이라는 이름을 달고 있다. 우주왕복선 파생 발사체라는 뜻이다. 실제로 차세대 초중량급 발사체인 SLS의 경우, 고체부스터는 우주왕복선의 고체부스터를 조금 키운 것, 주엔진은 우주왕복선의 주엔진을 1회용으로 코스트다운한 것, 연료탱크는 우주왕복선의 연료탱크를 개량한 것, 심지어 상단부 엔진인 J-2X에도 SSME의 기술이 대량 반영될 정도로 아주 마르고 닳도록 우려먹고 있다.


우주왕복선의 개발과 완성, 앞으로의 기술 활용 방향.

2. 퇴역한 이유

2.1. 경제적 문제

우주왕복선은 아폴로 계획 이후에 기본적으로 한 번 쓰고 버리는 1회용 발사체를 대체하는, 재사용 가능한 우주선으로서 비용 감소를 목적으로 했지만, 현실은 시궁창. 일단 초기 구상만큼은 완벽한 재사용을 목표로 했으나, 현실의 벽에 몇 번 부딪힌 뒤에 완성된 우주왕복선은, 전체가 재사용되는 것도 아니고[7], 재사용하는 부스터와 궤도선도 한번 사용할 때마다 대규모의 정비 및 보수를 시행해야 했다[8]. 이 과정에서 좀 미심쩍다 싶은 부분이 있으면 통째로 갈아버려야 하며[9], 그런 부분이 좀 많다 싶으면 그냥 전체 재조립에 가까운 과정을 거쳐야 하기도 했다. 그렇다고 조금이라도 이런 것을 소홀히 하면 바로 사고로 연결되기 때문에[10] 안전상의 제약이 더 엄격해지면서[11], 재사용에 의해 절약된 비용을 추가지출이 다 초월해버렸기 때문이다.[12]

그러나 그러한 비용들을 고려하더라도 전부 버리는 것과 다름없는 다른 로켓들에 비하면 우주왕복선은 개념상으로는 충분히 경제적이라고 할 수 있었다. 문제는 우주왕복선의 개발 목적 그 자체에 있었다. 우주왕복선은 기본적으로 우주정거장 건설 및 운용을 전제로, 우주정거장을 건설하기 위한 부품을 실어나르거나 우주정거장에 물품과 사람을 실어나르는 임무를 목적으로 개발된 기체이며, 이러한 목적으로는 우주왕복선은 최고의 가격 경쟁력을 자랑한다. 또한 이러한 임무에서 대용량의 화물칸은 무시할 수 없는 장점이며, 궤도상에서 조립하기에 무리가 있는 대형 물체인 허블 망원경을 발사하고 두 번이나 우주비행사를 보내서 수리하는 작업과 같은 것은 우주왕복선이 없으면 불가능했을 것이다.

예컨대 흔히 우주왕복선보다 싸다고 칭찬받는 소유즈의 경우 저궤도에 6,450kg을 올릴 수 있고 정지 트랜스퍼 궤도에는 도달할 수 없다. 더구나 그 6,450kg은 소유즈 우주선 자체의 무게인 5,600kg도 포함한 수치이므로, 소유즈 우주선에 실을 수 있는 무게는 850kg 정도에 불과하다. 반면 우주왕복선은 저궤도에 24,400kg을 올릴 수 있고 정지 트랜스퍼 궤도에도 3,810kg을 올릴 수 있다. 당연히 그 24,400kg은 우주왕복선 궤도선 자체의 무게인 109,000kg은 제외한 수치이다. (109,000 > 24,400)

우주정거장에 대규모 화물을 수송하는 상황이라면 850kg을 수송하는 소유즈가 24,400kg을 수송하는 우주왕복선의 1회 발사비용 자체를 직접 비교해서 소유즈가 싸다며 우주왕복선을 비난하는 것은 타당한 비교라고 할 수 없을 것이다. 더구나 우주왕복선은 우주에서 인공위성이나 대규모 화물을 수납해서 지상으로 돌아오는 것도 가능하지만 소유즈에서는 불가능하다. 따라서 대규모 우주정거장이 실현되었다면 이러한 수송능력은 분명한 장점이 될 수 있었다. 또한, 허블 우주 망원경의 발사 및 수리 미션과 같이 우주정거장이 아니더라도 일반 우주선으로 발사가 곤란한 대형 구조물 및 수리 작업 등에는 요긴하게 사용되었다.[13]

하지만 문제는 우주왕복선 개발 당시에 전제로 했던 우주정거장 건설은 끝끝내 실현되지 않았다는 것이다. 우주왕복선이 실제로 임무를 수행한 우주정거장은 소련의 미르나 후에 건설된 국제우주정거장 등으로, 우주왕복선 개발 당시에 구상했던 것보다 터무니없이 소규모였기 때문에 우주왕복선의 잠재력을 충분히 살릴 수 없었다. 실제로 존재하는 우주정거장은 소규모인 현실에서, 인공위성을 제외하고 허블 우주 망원경과 같은 대형 위성의 발사가 없는 만큼 실질적으로 소수의 사람과 소규모의 화물을 올려보내는 정도가 주요한 목적이 된 상황에서는 우주왕복선의 규모와 기능은 오히려 비용 상승을 낳는 요소가 될 수밖에 없었던 것이다. 결국 우주왕복선은 많은 짐을 실어나를 수 있다는 찬사를 듣는 대신 짐칸이 텅텅 빈 채로 우주정거장에 왔다갔다한다는 비판을 받게 되었다. 소유즈: '헤헿'

게다가 그나마도 우주왕복선의 135번의 임무 중에서 우주정거장 관련 임무는 40회 정도에 불과했다. 우주왕복선이 NASA의 유일한 발사체가 됨에 따라서 우주왕복선은 인공위성 발사와 같은 임무에서 다른 발사체들과 경쟁해야 했는데, 이러한 임무 중 상당수는 유인 우주선으로 발사할 필요가 없는 것이었고 무인 우주선은 기본적으로 유인 우주선보다 저렴하므로 가격 경쟁에서 우위를 차지하기는 어려웠던 것이다.

거기다가 사고율도 낮지 않았다. 총 135회의 미션을 수행하기 위해 발사되었던 5대의 우주왕복선 중 두 대는 폭발했고, 한 대는 우주에서 문제를 발견하고 긴급히 수리해야 했으므로 총 3번의 사고로 사고율이 2% 정도가 된다. 사고가 있었다고 해도 그 두 번을 제외하면 미션이 실패하거나 치명적인 결과를 낸 일은 없었지만, 그 두 번의 여파는 너무 컸다. 당장 각 사고에서 승무원 7명 전원이 사망했기에 여파가 클 수 밖에 없었다. 다른 우주선은 기껏해야 3명까지만 탑승할 수 있으므로 최악의 경우라 하더라도 3명의 사망자에 그친다(?)는 점에 비추어 보면 우주 왕복선에서의 인명 손실이 주는 충격은 큰 것이다.

결국 NASA에서는 2011년 7월 8일(미국 동부기준시간)에 발사된 애틀랜티스 호의 STS-135미션을 마지막으로 우주왕복선 계획을 종료했으며, 차기 유인우주선은 아폴로 우주선과 같은 개념의 1회용 캡슐형 우주선 오리온으로 회귀한다고 밝혔다. 소유즈: '헤헿'(2) 현재의 우주왕복선의 후계기종으로 새로운 기종의 우주왕복선을 개발하는 계획이 한때 추진되었지만 이러한 계획도 모두 취소하기로 결정한 것이다. 이는 NASA가 결국 야심만만한 우주정거장 계획에 대한 미련을 완전히 버리고 그러한 우주정거장을 위한 '스페이스 셔틀'의 개념을 포기한 것을 의미한다.

2.2. 위험성

그리고 우주왕복선 자체의 위험성도 상당히 컸다.

먼저 발사 시 고체로켓으로 이루어진 부스터를 사용하는데 챌린저호가 당시 부스터 O링의 결함으로 인해 대형사고를 쳤다. 정확한 사고의 원인은 저온으로 인해 O링의 재질인 고무가 딱딱해져서 제 역할을 못한 것. 원래 조립을 하게 되는 우주왕복선의 제작방식 때문에 사용된 로켓의 분사가 시작될 때 적당히 변형되며 빈틈으로 밀려들어가서 빈틈을 막는 부품이 O링인데, 이럴 경우 틈새를 제대로 못 막으니 거기서 누출사고가 발생하고, 그게 불이 붙으면서 연쇄 폭발한 것.

해당 사고 이후 개량됐다고 주장하나 나사에서 나온 사람들의 이야기에 의하면 여전히 위험. 그래서 우주왕복선은 해당 사고 이후에는 오링의 틈이 생겨날 위험성 때문에 저온에서는 발사하지 않는다.

두 번째로 이미 그 개념이 1960년대 말부터 나와서 1970년대에 개발한 것이기 때문에 기술 자체도, 기체 자체도 매우 노후했다. 사실 이미 설계수명을 넘었다는 게 정론. 시스템도 한번 개량하고 이것저것 많은 개선을 거치긴 했으나, 챌린저호와 컬롬비아호의 사고의 경우에서 모두 알 수 있듯이 비상탈출 만큼은 사실상 불가능했다.[14] 보통의 우주선에 즉각적인 비상탈출용 장치가 있다는 것을 고려하면 실제 사용된 우주선 시리즈 중 전무후무한 자살행위.[15]

마지막으로 재진입 절차 시 대기권 진입 중 감속 후 착륙까지 전 과정이 무동력으로 이루어진다. 즉, 글라이더다.[16] 이 재진입 절차가 위험한 이유는 영화 "코어(The Core)"에 잘 표현되어 있다. 지구 자기장의 오류로 엔데버 호가 대도시에 충돌한 뻔한 것을 겨우 방향을 틀어 개울 정도로 마른 강에 불시착한다.

언뜻 이런 글라이더 방식이 자유낙하로 떨어지는 캡슐형 우주선보다는 그나마 조종이라는 걸 할 수 있기에 더 안전해 보일 수도 있지만 유인우주선에 있어서 이는 절대 사실이 아니다. 우선, 우주왕복선은 기체의 구조와 형상 때문에 귀환 시에 생명줄과도 다름없는 방열판(heat shield) 역할의 방열타일을 이륙순간부터 노출시킨 채 운용하게 된다. 하지만 컬럼비아호 사고에서도 드러났듯이, 가장 격렬하고 파손위험이 큰 발사과정에서 이렇게 노출되어있는 방열타일과 선체표면이 손상을 입어버리면 재진입 시에 돌이킬 수 없는 결과를 초래하게 된다.[17][18] 반면에 캡슐형 우주선은 귀환선 바닥에 붙어있는 방열판이 발사과정부터 귀환선과 기계선 사이에서 외부로부터 보호를 받다가, 운용과정을 통틀어 재진입 직전에만 기계선과의 분리를 통해 노출이 된다. 따라서 발사 전, 조립 시에 점검만 철저하게 이루어진다면 방열판의 손상은 걱정할 이유가 없다.[19] 또한 비행을 제어할 수 있는 글라이더 식의 우주선과 달리 캡슐형은 제어 불능으로 떨어지는 것처럼 보이지만, 실제로는 캡슐형 우주선이라고 돌 떨어지듯 무작위로 떨어지는 것은 절대 아니고, 계산된 재돌입과 캡슐의 자세회전으로 최대한 목표지점을 향해 낙하한다.[20][21] 물론 이런 낙하 방식으로 아무리 기를 쓰더라도 능동성과 정확도에 있어서는 글라이더 방식이 훨씬 우위에 있긴 하다.[22] '글라이더 식이 캡슐 식보다 훨씬 정확히 착륙한다' 이 말 만큼은 사실이다. 하지만 '글라이더 식이 캡슐 식보다 훨씬 안전하다'? 글쎄... '정확히' 이 한가지의 혜택을 보기 위해 포기해야 하고 감내해야 하는 것이 우주왕복선의 안전에는 너무 치명적이었다.

결국, NASA도 우주왕복선을 포기하고 아폴로 사령선을 더 키운듯한 캡슐형 우주선인 오리온 우주선 개발로 방향을 돌린 것을 보면, 우주왕복선이 내포한 위험성은 태생적으로 해결하기 어려운 것이었으며[23], 무인을 제외한 유인우주선에 있어서 아직까지는 캡슐형 우주선의 안전성을 따라갈만한 것은 없다는 것을 NASA 스스로 증명한 셈이다.
하지만 일단 한 시대를 풍미했으며, 멋있었잖아? 잘못된 만남 듣던 세대에게 우주선하면 소유즈를 떠올릴까 셔틀을 떠올릴까

우주 왕복선에도 피토관(Pitot-tube)은 존재한다. 다른 항공기들과 달리 수납식인데 이러한 이유는 역시나 재진입 과정에서 발생하는 문제를 방지하기 위함이다.



노즈기어 도어 상부에 작은 대각선으로 보이는 것이 바로 피토관.

3. 우주왕복선 목록

3.1. 미국

  • 제작연도 순.
제식번호 명칭 상세
OV-098 Pathfinder 지상시험용. 현재는 앨라배마 주 헌츠빌 우주센터에 전시중.
OV-099 Challenger 발사중 부스터 O-링 불량으로 발사 73초후 오른쪽 고체 연료 추진기(SRB)가 외부 연료탱크(ET)에 충돌하면서 상공에서 폭발,승무원 전원 사망.
OV-100 Independence 내부인테리어 시험용. 원래 이름은 'Explorer'로 시험 종료 후 케네디 우주센터에 전시했으나 2012년 아틀란티스호가 케네디 우주센터에 전시되자 현재는 텍사스 주 휴스턴 존슨 우주센터에 전시중.
OV-101 Enterprise 비행시험용. 원래 정규 왕복선으로 개조예정이었으나 아틀란티스의 예비부품이 남아서 그걸로 엔데버를 만들기로 결정, 뉴욕 인트리피트 항공우주박물관 전시중.
OV-102 Columbia 처음으로 우주에 나갈 수 있게 제작된 우주왕복선. 2003년 2월 발사중 연료 탱크의 단열재중 일부가 왼날개와 부딪혀 단열재의 일부분이 떨어져 나가 구멍이 생겼고, 재진입 도중 결국 공중분해되어 승무원 전원 사망.
OV-103 Discovery 2011년 3월 9일 퇴역. 스미소니언 항공우주박물관 우드바-하지 센터 전시중.
OV-104 Atlantis 2011년 7월 8일 오전 11시 29분(현지시간)에 STS-135 미션을 위해 마지막 비행을 시작, 2011년 7월 21일 오전 5시 56분(현지시간)성공적으로 귀환하고 퇴역. 플로리다 주 네디 우주센터 전시중.
OV-105 Endeavour 2011년 6월 1일 퇴역. 2012년 9월 22일 보잉747에 업혀 캘리포니아 주를 4시간 반동안 돌며 시민들의 박수와 환호를 받으며 캘리포니아 과학박물관으로 옮겨짐.

형식번호는 맨 앞자리 숫자가 0이면 실제 우주비행용이 아닌 기체, 1이면 우주비행용 기체이다. 그런데 왜 실제 우주비행을 했던 챌린저가 099인가 하면, 챌린저는 원래 셔틀의 기체강성 실험을 위해 제작된 기체였는데 당초 계획과 달리 나중에 정규 왕복선으로 개조되었기 때문이다.

그럼 실제 우주비행을 한번도 안한 엔터프라이즈는 왜 101인가 하면, 이쪽은 대기권 내에서 셔틀의 비행시험을 하기 위해 제작된 기체이기도 하지만 애당초 정규 왕복선으로 개조할 기체로서 만들어졌기 때문이다.

그러나 뜻밖에도 엔터프라이즈보다 챌린저를 개조하는 것이 더 싸게 먹힌다는 사실이 밝혀져, 챌린저는 컬럼비아에 이은 두번째 정규 왕복선으로 완성되었고, 엔터프라이즈의 경우 챌린저 다음으로 개조계획이 밀린 뒤 나중에는 아예 개조 자체가 취소되는 바람에 계속 지상근무(?)만 하는 신세가 되었다.

3.2. 소련


구 소련에는 부란이라는 이름을 붙인 우주왕복선을 만들었었다. 미국보다 늦게 만든 덕분에 최신 기술이 들어가 바람이 많이 부는 악조건에서도 무리없이 발사될수있고 무인비행까지 가능하다.

미국 우주왕복선과의 결정적인 차이점은 로켓엔진이 어디 달렸냐인데, 미국 우주왕복선은 로켓엔진은 왕복선 본체에 있고 로켓용 연료탱크는 전투기 외부연료탱크처럼 외부에 두는 복잡한 방식이지만 부란은 왕복선 본체에는 자세제어용 소형 로켓만 달려있고 미국 우주왕복선 연료탱크와 부스터 부분을 에네르기아라는 초대형 로켓 시스템으로 대신하여 시스템이 간단하고 안전하다. 미국이 화려한 기술적 기교의 우아함을 선택했다면, 소련은 우직한 단순함의 신뢰성을 선택했다고 할수 있다.

그러나 단 1차례 무인비행후 소련이 붕괴하면서 프로젝트가 중단되었다. 후에 콜럼비아호가 공중폭발한 뒤에 재취역 예정으로 지정되었는데, 그 이유는 당장 국제우주정거장 ISS에 보급물자 나르는데 애로사항이 생겼기 때문. 하지만 오버홀 도중 셀터가 무너지면서 대파되어 현실상 사용이 불가능해지자 그대로 폐기처분당했다. 이 사고에 대해서는 국가 수준의 중요물품을 그렇게 허술한 셀터에 보관할 리가 없다는 점에서 기술유출을 우려한 러시아가 사고를 빙자해서 자폭시켰다는 소문도 있다.[24] 그나마 현재 대기권 비행 시험용 기체 세 대는 무사히 남아있어, 지상 구조 시험기 OK-TVA는 모스크바 고리키 공원에서, 한대는 바이코누르 우주기지에서, 한대는 독일에서 박물관 전시용으로 사용된다. 위 사진이 바로 독일 슈파이어 항공박물관에 전시된 대기권 비행 시험용 기체 OK-GLI로, 미국의 Enterprise가 엔진이 없는 순수 활공기로 셔틀 수송용 747기 등에 업혀서 하늘로 올라간 뒤 분리하고 활공시험을 했던 대 반해, 이 기체는 사진에 나오듯 제트엔진 4기를 장착하여 단독으로 대기권 내 비행과 활공시험이 가능했다.

3.3. 유럽


유럽의 우주왕복선은 Hermes라는 이름의 우주왕복선 계획으로 원래 1975년에 프랑스의 국립 우주연구센터에서 연구중이었던 프로젝트로 시작되었으나 유럽우주기구가 출범한 뒤에 미국의 X-20 실험기에 영향을 받은 디자인으로 시작됐다. 이는 유럽우주기구의 유인 우주계획중 일부였다.

발사체는 아리안-5 로켓을 이용해 발사할 계획이었으며, 3명의 우주비행사와 3,000kg의 페이로드를 가진 여압실을 포함 총 발사중량 21,000kg의 무게를 가질 계획이었다.

귀환시 착륙지는 4개의 후보 착륙지를 선정했다.
  • 프랑스령 기아나 우주센터
  • 버뮤다
  • 포트 드 프랑스의 마르티니크 국제공항
  • 이스트레스 프랑스 공군기지

임무는 적도 상공 800km의 지구궤도를 선회하거나 ESA가 계획하던 유인우주 정거장인 콜럼부스,혹은 NASA의 우주정거장 프리덤(나중에 국제 우주정거장 ISS로 변경)등에 도킹하여 보급등을 계획하였고, 무인 자동조종 비행능력을 이용한 지구관측용 플랫폼으로도 제안되었다.

원래 계획상은 6명의 우주비행사와 4,550kg의 페이로드를 계획했지만...챌린저가 터져버리는 참사를 보고나서 ESA는 탑승자 수와 페이로드를 줄여서까지 탈출 캡슐등을 장착하여 위험성을 낮추려고 했다. 그리고 원래 계획상 헤르메스는 미국의 스페이스 셔틀처럼 전 부분을 완전히 재사용할 예정이었지만, 일반 인공위성을 발사하는 발사체인 아리안5를 사용하는지라 로켓 첨단부에 올라서는 구조상 이는 불가능해, 엔진부분은 재진입시 분리해버리는 일회용으로 계획이 변경되었다.
원래 탐색연구단계는 1991년에 완료 될 예정이었으나..냉전이 끝나고 소련이 망해버렸다. 그리곤 물주를 찾던 ESA에 돈이 궁한 러시아가 눈에 들어오게 되고...새로운 파트너로 러시아를 맞이한다.

그리곤 1992년부터 실용개발 단계를 러시아의 우주개발기구인 RKA와 공동으로 시작했는데…이는 시작부터 삐걱댔다. 이는 RKA와 공동개발을 합의한 시점에서 미르 우주정거장을 대체할 새로운 우주정거장까지 공동으로 연구하기로 했는데… 이때 ESA는 다시 소유즈처럼 캡슐형으로 할까...하고 방향을 선회하던 시점이기 때문이다.

그리고 러시아와 ESA가 모두 미국의 ISS에 참가하기로 하면서 이 계획은 때려 친다… 먼저 완성되어 있던 우주정거장 콜럼부스는 ISS에 도킹하여 ISS의 모듈로 기능 중이다.

헤르메스는 실기체는 커녕 목업만 완성되어 있었고, 풀스케일 목업이 프랑스 르부르제 공항에, 그리고 1/7 목업이 보르도-메리냑 공항에 있다.

ESA는 2000년대에 Hopper라는 무인 우주왕복선도 계획하였으나 이것도 역시 나가리…
현재 ESA는 IXV라는 X-38과 비슷한 리프팅 바디를 채용한 기술실증용 무인기를 계획중이다. 2014년 발사예정.

4. 후계자

4.1. X-37


STS 계획에 사용되었던 것과 같은 대형 왕복선은 당분간 보기 힘들지 모르나, 왕복선 개념자체는 계속 살아남을 것으로 보인다. 미 공군이 채용한 X-37 무인 우주왕복선이 그것이다.

2010년 4월 22일에 X 실험기 시리즈의 일환으로 첫 무인 우주왕복선인 X-37B의 발사가 이루어졌다. 7개월 10일 동안 지구 궤도를 돈 후 12월 3일 귀환했는데, 궤도를 추적해보니 미국의 적대국인 북한, 이란, 중국 등의 상공이어서 모종의 비밀 군사임무를 띤 것이라고 추정하고 있다.


한편 X-37B 무인왕복선의 유인화 계획(X-37C)이 진행되고 있는 것으로 알려졌는데, 이는 "군사용도로 활용 가능한 우주왕복선의 대안"을 준비하기 위한 작업이라고 보잉과 미 공군에서 밝히고 있다. X-37B보다 1.8배 정도 확대된 형상으로, 화물칸은 포기하고 사람만 태울 경우 6명의 우주비행사를 태울 수 있다고 한다. 나사에서 포기한 우주왕복선의 개념이 이젠 공군에서 부활하게 된 것이다.

현재 오리온 우주선은 개발에 계속 난항을 겪고 있는데, 특히 지구 귀환시 낙하산으로 내려와 바다에 착수하는 시스템은 마지막 아폴로 우주선이 귀환한 1975년 이후 40년 가까이 미국에서 사용되지 않아 그 노하우가 까맣게 잊혀져 버린 상황이라, 오리온 우주선을 위해 다시 바다 착수 시스템을 개발하는 것이 상당히 까다로운 반면에, X-37C는 과거 우주왕복선처럼 활공하여 활주로에 착륙하는, 나사 우주비행사들에게 매우 익숙한 시스템이기 때문이다. 보잉에서는 오리온 우주선 개발을 취소하고 X-37C를 채용해 줄것을 미 정부에 계속 요청하고 있다. 물론 우주왕복선 사고로 14명이나 희생된 NASA 입장에서는 개풀 뜯어먹는 소리(...)

여기에 더해서 우주왕복선 개념의 포기로 NASA 에서 숙련된 우주비행사를 현재와 같은 규모로 유지하기 어려울 것이라는 우려가 일고 있다. 우주왕복선은 대개 한 번에 7명을 태우고 (최대 11명까지 가능) 각 우주왕복선은 대개 2년에 3번꼴로 발사되었지만, 차기 오리온 우주선에서는 이 정도의 인원을 우주에 내보내기는 어려울 것으로 예상되기 때문이다. 오리온 우주선은 원래 우주왕복선보다 단 1명 적은 6인승으로 개발이 시작되었으나, 개발에 난항이 심해 4인승으로 축소되었기 때문이다. 참고로 소유즈의 경우 3명까지 태울 수 있다.

4.2. SSTO(Single Stage to Orbit)

구체적으로 개발중인 모델은 없지만, 개념적으로 보아 우주왕복선의 최종단계에 해당하는 것이다. 이름 약자풀이에서 알 수 있듯이 단분리 없이 발사된 형태 그대로 궤도에 도달하는 우주선인데, SF에서는 밥먹듯이 나오는 종류의 우주선이지만 물론 현실에서는 시궁창. 개념만 들어봐도 굉장히 어려우리라는 것을 짐작할 수 있지만 이것을 더욱 어렵게 만드는 요소들이 많다.

  1. 일반적인 로켓 추진방식으로는 필요한 연료와 산화제의 양이 어마어마하다. 따라서 빈 연료탱크를 분리하지 않으면 그 엄청난 부피가 다 항력덩어리가 된다.
  2. 일반적인 로켓은 대기중과 진공중에서 가장 높은 효율을 내는 노즐 모양이 서로 다르다. 따라서 효율을 포기하거나 대기중과 진공중 엔진을 두 종류씩 실어야 하는데, 둘 중 어느 것을 택해도 가뜩이나 어려운 SSTO 설계에 더 큰 부담을 준다.
  3. 대기중에서는 제트엔진을 사용해서 필요한 산화제 양을 줄이자고 할 수도 있는데, 일반적인 제트엔진은 극초음속 이상의 속도에서는 작동하지 못하며, 극초음속 이상에서 작동하는 스크램제트 엔진이라고 해도 속도가 너무 높아지면 흡입되는 공기의 온도가 높아서 제대로 작동하지 못한다.

이상의 기술적인 어려움에도 불구하고 실현된다면 100% 재사용 가능한 우주선으로, 우주정거장에 우주인을 왕복시킨다던가 화물을 운송한다던가 하는 문제에 있어서 획기적인 비용 절감이 예상된다. 물론 실제로는 우주왕복선처럼 돈먹는 하마가 될 지도 모르지만.

한동안 그저 SF의 영역일 뿐이었으나, 대기중에서는 제트엔진처럼 공기중의 산소를 이용하고 우주에서는 로켓엔진처럼 탑재된 산화제를 이용하는 SABER 엔진이 영국에서 개발중이며, 이 엔진을 탑재할 Skylon 우주선은 예상대로 개발된다면 역사상 최초의 지구궤도 SSTO가 될 수 있으리라고 기대된다.

5. 대중문화 속의 우주왕복선

실제 활약은 좀 애매하지만 어쨌건 우주선 주제에 비행기처럼 생겼고 상당히 멋지기 때문에 대중 매체에서는 여러 모로 인기가 좋다.

5.1. 영화

  • 007 문레이커 - 신세계의 신을 노리는 악당이 인류 후보자들을 모아둔 우주정거장까지의 왕복수단으로 우주왕복선을 사용하고, 이를 제압하러 오는 미합중국 해병대도 우주왕복선을 타고 온다. 영화 제작 시점은 아직 콜럼비아호가 발사되기도 전인 1979년이지만 나사의 협조를 얻어 우주왕복선의 외형은 정확하게 나온다.
  • 라이프 포스(뱀파이어) - 1985년작 미국 영화. 영국제 우주왕복선인 "처칠"호가 등장하는데, 컬럼비아호와 꼭같이 생겼고 다만 기수 부근에 카나드(작은 날개)가 붙어 있다. 궤도 활동중에 전력생산을 위해 화물칸을 열고 거대한 태양전지판을 전개하는 점도 실제와 다른 부분.
  • 스페이스 카우보이 - 우주왕복선의 발사, 궤도진입, EVA, 귀환, 심지어는 귀환시 비상탈출 시퀀스까지 잘 묘사되어 있다.
  • 아마겟돈 - 비슷한 시기에 개봉한 같은 주제의 영화 딥 임팩트가 전용 우주선 메시아를 사용하는것과 다르게 여기서는 우주왕복선 2대로 혜성까지 간다.[27]
  • 그래비티 - 실제로는 없는 익스플로러라는 이름이고 임무번호도 현실의 임무번호와는 한참 뒤인 STS-157(157번째 발사, 현실은 135에서 끝났다.). 작중에서는 허블 우주 망원경의 통신패널 수리 임무를 수행중이었다. 이후 우주쓰레기들에게 흠씬 두들겨맞아 파손됬기 때문에 버려졌다.
  • 코어 - 초반부에 엔데버 호가 궤도를 이탈에 로스엔젤레스에 추락할 뻔한 것을 겨우 방향을 틀어 가까스로 로스엔젤레스 강에 불시착했다. 나중에 지구 자기장의 오류 때문이란 것이 밝혀진다.
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  • [1] 많이 오해하는게, 등에 붙어있는 비행기 모양의 물건만으로도 우주왕복선이라고 부르지만 사실 땡. 뭐 서로 이해하는데 문제는 없지만, 정확한 명칭은 비행기 모양의 궤도선(Orbiter Vehicle) + 외부 연료 탱크(External Tank) + 고체 로켓 부스터(Solid Rocket Boosters) 이 3종 세트를 합친것이 '우주왕복선(Space shuttle)'.
  • [2] 게다가 일반적인 로켓은 단 분리를 해도 엉덩이나 양다리를 버리고 상체만 날아가는 모양이라 이 질량중심-추력중심의 방향축이 계속 유지가 되는데 반해, 우주왕복선은 1단에 해당되는 그나마 로켓답게 붙어있던 고체로켓부스터를 분리하면, 그때부터는 정말 괴상한 모양의 비행체가 되버린다. 모습은 아래로 세번째 첨부사진 참조. 지금까지 중심이 어떻고하는 설명이 잘 이해가 안되던 사람들도 아하 할 것이다.
  • [3] 유료하중, 최대적재량. 우주발사체 설명중에 페이로드라고 하면 수송량과 함께 탑제물 그 자체를 지칭하는 말로도 쓰인다.
  • [4] 사실 페이로드를 키우고 높이를 줄이려다 보니 이렇게 됐다는건 두번째 이유일 뿐이다. 미국 NASA는 더 큰 페이로드의 발사체를 직렬로 더 높고 크게 성공적으로 만들어 봤으니까. 우주왕복선의 지구저궤도 페이로드는 약 24톤/ 새턴V로켓의 지구저궤도 페이로드는 약 118톤. 물론 국운을 건 사업이었던 새턴V로켓과의 비교는 무리겠지만, 다른 근본적인 이유가 있었단 얘기.
  • [5] 정확히는 '재사용'에 집착을 하다보니 이런 모양새가 나오게 되었다. 발사체의 재사용만 아니면 동일 페이로드를 1회용 발사체로도 충분히 운반할 수 있었을테니. 사실, 우주왕복선의 당초 목적은 저렴한 발사에 완전한 재사용이었다. 그러나 현실적이고 기술적인 문제에 직면하게 되고, 크기를 줄여보려고도 했으나, 이러면 우주왕복선 프로젝트의 주 스폰서였던 미 공군의 요구에 어긋나게 된다. 결국 수송량과 재사용 개념을 둘다 포기할 수 없는 궤도선과 그걸 띄우기 위한 고체연료부스터, 1회용 연료탱크가 결합하여 지금의 우주왕복선이 탄생하게 된다. 그러나 다음 장에 후술하듯, 이 재사용에 대한 집착이 큰 통수로 되돌아온다. 게다가 미 공군의 당초 계획과도 틀어져 미 공군마저도 이용하지 않게되었다(...)
  • [6] 이렇기 때문에 얼핏 모양새는 궤도선의 코가 향하는 방향으로 날아갈 것 같지만, 실제로는 살짝 하방대각선 방향으로 상승한다.
  • [7] 외부연료탱크는 발사시에 1회용으로 소모된다. 상승중 2단에 해당되는 단 분리후 대기권으로 재진입하여 소멸.
  • [8] 우주왕복선 메인 엔진의 경우, 매 비행 후마다 분리하여 유지보수를 했다고 한다.
  • [9] 궤도선에 다닥다닥 붙어있는 방열타일이 그 예. 수리할 수 있는 부품이 아니라서 우려스러운 손상이 생기면 하나하나 무조건 교체할 수밖에 없다. 한번의 발사마다 수백 개가 부서졌다고 한다.
  • [10] 우주왕복선의 두번의 사고 모두 알고있었던 문제를 소홀히 넘겼다가 벌어진 인재였다. 챌린저호의 이륙중 폭발 사고는 고체연료부스터의 고무패킹이 저온에서는 제 기능을 못한다는 점을 일선기술자가 계속 지적했음에도 문제가 되지 않을거라고 무시한채 추운 날씨에서 발사를 강행했기 때문이었고, 컬럼비아호의 귀환중 분해 사고는 이륙중 발생했던 궤도선의 방열타일 파손을 이미 인지하고 있었음에도 문제를 일으키진 않을거라는 잘못된 판단으로 귀환을 진행시켰기 때문이었다.
  • [11] 또 다른 희생을 내지 않기 위해 매 발사마다 철저하고 또 철저한 점검과 확인이 필요했으며, 결과적으로 2만 5천명 가량의 인력에, 인건비만 매년 10억 달러씩 지출했다고 한다.
  • [12] 재사용이 안되는 부품들에다가 오버홀에 가까운 재준비작업, 사고때문에 철저해진 점검으로 인해 최종적으로는 유지비가 1회용 발사체보다 비싸져 버렸다.
  • [13] 하지만 그 당시에 당장 쓸 수 있었던 발사체중에 우주왕복선만 조건을 충족했다는 것이지, 우주왕복선이 역대 최고라는 얘기까진 아니다. 차라리 미국이 아폴로 계획 이후에 계속 1회용 발사체에 연구개발 투자를 했더라면, 우주왕복선보다 경제적인 1회용 발사체로 동일한 미션을 충분히 수행할 수도 있었을 것이다. 물론 개발 당시 미국이 우주왕복선의 미래를 알 수는 없었겠지...
  • [14] 우주왕복선의 머리부분 사진을 보면 화살표로 가리켜진 해치 같은 것이 있다. 이것이 우주왕복선 비상탈출구. 상상하는 보통 우주선의 사출 발사형 비상탈출과는 달리, 건물 비상구의 고공낙하 버전이다(...) 이런 식의 비상탈출은 순식간에 벌어지는 사고상황에서 결국 탑승자중 한 명도 살리지 못했다.
  • [15] 부란의 경우, 무인비행만 했다.
  • [16] 사실 우주왕복선 개발 당시에도 제트엔진을 탑재한 안이 제시되기도 했다. 다만 이 안은 비용이나 기타 등등 이유로 탈락하였다.
  • [17] 컬럼비아호는 발사 시에 발생한 사고로 좌측 날개 표면이 손상된 채 귀환을 진행했고, 재진입 시에 이 손상된 구멍으로 대기권과의 마찰로 인한 고열의 공기가 유입되어 날개의 구조재를 녹여버렸으며, 이렇게 약해진 날개구조는 재진입 시 발생하는 공력을 버틸 수가 없어 결국 날개가 붕괴된 뒤 동체가 분해되고 말았다.
  • [18] 물론 컬럼비아호 사고 이후 우주왕복선 운용방법에도 변화가 생겨, 국제우주정거장으로부터 분리하여 재진입 하기 전에 선체에 손상이 없는지 선체회전을 시켜 국제우주정거장 측으로부터 육안으로 점검을 받는 과정이 추가되었다. 하지만 근본적인 해결이 아닌 점검절차만 추가된 꼴.
  • [19] 캡슐형 우주선인 아폴로와 소유즈 우주선을 통틀어 방열판 손상으로 인한 사고는 전무했다. 심지어 기계선에서 폭발이 발생한 아폴로 13호도 다행히 방열판은 손상이 없어 안전하게 귀환할 수 있었다!
  • [20] 아폴로와 소유즈 우주선에서 보듯, 캡슐형 우주선이 제일 좋아 보이는 동그란 구형을 택하지 않고 종 모양을 택한 이유도 이 때문이다. 양력이 생기지 않는 구형과 달리, 종 모양은 낙하 시 어느 정도의 양력이 발생하며, 선체를 회전시키면서 이 양력을 이용해 어느 정도 방향을 잡는다. 'http://youtu.be/-l7MM9yoxII?t=12m19s' 소유즈 우주선이 낙하 시 진행방향과 자세를 잡는 원리. 영상에 의하면 서퍼가 파도를 타는 것과 비슷하다고 한다. 절대로 단순히 떨어지는 게 아니다. 이런 방식의 재진입으론 최대 4G의 힘만 받지만, 만약 단순 탄도 낙하를 해버리면 9G의 힘을 받게 될 것이라고 한다.
  • [21] 뱀발로, 낙하산을 쓰는 캡슐형 우주선에는 당연히 예비 낙하산이 있어서 낙하산 문제에 대비가 가능하다. 그리고 착륙 시 충격 문제도 아폴로 우주선의 경우처럼 착지 대신 착수를 하거나 소유즈 우주선처럼 역분사로켓으로 해결 가능하다.
  • [22] 냉전당시 소련영공이나 영토로 떨어질 때를 대비하기 위해서였다는 시각도 있다.
  • [23] 컬럼비아호는 위에서 설명했듯이 기본적으로 중요부위를 노출시킨 구조에 전부터 빈번했던 파편 분리가 겹쳐 충돌손상으로 번진 사고였고, 챌린저호 사고의 경우, 캡슐형 우주선과 1회용 발사체였다면 최소한 탈출 장치는 작동했을 법한 사고였음에도 속수무책으로 우주인들을 잃어야 했다.
  • [24] 여기에 대해서 소련 붕괴이후의 혼란과 경제상황때문에 그렇게 되었다는 설이 있으나, 그러한 막장상황에서도 러시아는 핵무기와 항공우주분야에는 예산을 반드시 채워넣고 잘 관리했다는 점만 들어도 해당 설은 설득력이 없다. 더 자세한 것은 부란을 참조.
  • [25] 원래는 1989년에 발매된 마이크로 마스터의 스카이스토커라는 디셉티콘 이동요새로 발매되었다.# 하지만 아쉽게도 일본에서는 미발매.
  • [26] 디자인 컨셉이 우주왕복선이다.
  • [27] 하지만 딥 임팩트에서도 메시아호 승무원들이 지구에서 메시아호에 옮겨 탈 때 우주왕복선을 이용하는 장면이 잠깐 나오고, 메시아호의 거주/혜성착륙 유닛인 오리온은 우주왕복선을 개조한 것이다.