사상 최초의 민간 유인 우주선 시험비행이 성공리에 마무리됐다. 지난 2일 지구를 출발한 미국의 우주개발업체 스페이스엑스의 유인 우주선 `크루 드래건’이 8일 오전 8시45분(미 동부시간 기준, 한국시간 오후 10시45분) 미 플로리다 동쪽 대서양 해상으로 무사귀환했다. 우주선의 귀환 작전은 애초 예상했던 스케줄을 정확히 지켰다. 이로써 크루 드래건은 우주 왕복에 필수적인 발사-도킹-귀환의 3단계 과정을 모두 마치고, 오는 7월로 예정된 첫 우주비행사 시험비행에 자신감을 갖게 됐다.

우주선은 국제우주정거장 도킹 5일만인 이날 오전 2시32분 아프리카 수단 407km 상공에서 우주정거장과 분리돼 지구 귀환에 들어갔다. 발사 27시간만인 3일 오전 국제우주정거장과 도킹한 크루 드래건은 그동안 시속 2만7600km의 속도로 지구 궤도를 돌았다.

크루 드래건의 지구 귀환 과정에서 가장 어려운 부분은 짧은 시간에 이 엄청난 속도를 거의 0에 가깝게 줄이는 것이다. 우주선은 이를 위해 해상에 도착하기까지 역추진 로켓, 공기 마찰력, 낙하산을 차례로 이용하도록 돼 있다.

이날 크루 드래건이 매끄럽게 통과한 지구 귀환 3단계 과정은 이렇다. 우선 지구 대기 진입을 위해 역추진 로켓 드래코를 발사한다. 이날은 출발 5시간여 뒤인 오전 7시53분께 이 단계에 돌입했다. 추진기는 15분25초 동안 점화하면서 우주선의 이동 방향각을 바꿔 대기 밀도가 높은 지역으로 밀어넣는다. 이때 대기 진입 각도가 중요하다. 너무 가파르지도 너무 완만하지도 않아야 한다. 대기진입 각도가 너무 가파르면 마찰열이 내열 시스템의 한계를 뛰어넘어 우주선이 폭발할 수 있다. 굉장히 정교한 작업이지만 이를 통해 실현할 수 있는 속도 변화의 폭은 60분의1에 불과하다.

본격적인 감속은 대기로 진입한 뒤에 이뤄진다. 우주선은 점점 밀도 높은 공기와 만나면서 마찰력으로 속도가 느려진다. 마찰열은 우주선의 외부 온도를 높인다. 운동 에너지가 열 에너지로 바뀌기 때문이다. 속도가 워낙 빨라 온도는 수천도까지 올라간다. 이를 우주선이 견뎌내려면 우수한 단열재가 필수다. 드래건은 탄소 기반의 내열 시스템을 채택했다.

급격한 감속 과정은 우주비행사들에게 큰 충격을 준다. 현재 국제우주정거장의 우주비행사들이 이용하고 있는 소유즈 우주선의 경우 대기진입시 받는 중력가속도는 6g에 해당한다고 한다. 스페이스엑스는 이번 시험비행에서 우주복을 입힌 인형 `리플리’에 장착한 센서를 통해 우주비행사들이 우주선 내에서 경험하게 될 중력가속도, 온도 등을 측정한다.

지구 귀환의 마지막 단계는 낙하산을 펼치고 바다에 착수하는 것이다. 대기 중의 마찰로 어느 정도 충분하게 감속이 이뤄지면 우주선은 4개의 낙하산을 펼친다.

스페이스엑스와 함께 나사가 사용할 유인 우주선을 개발하고 있는 보잉은 이르면 4월 중 우주선 스타라이너의 무인 시험비행에 나선다. 보잉은 바다 대신 낙하산과 에어백을 사용해 육지로 귀환하는 방법을 채택했다. 현재 우주비행사들이 쓰고 있는 소유즈 우주선도 육지 귀환 방식이다. 소유즈는 브레이크 로켓으로 착지 속도를 줄인다.

 *이 글은 한겨레에 게재되었습니다.