오리온(Orion) 우주선, 새로운 우주 항해를 위해[EP.06]

 

 

목차 오리온 우주선의 시작과 개발 과정 지구에서 달로, 달에서 화성으로 ... 돈은 얼마나 들까? 앞으로의 발사계획은?

 

 

 오리온 우주선의 시작과 개발 과정

우주왕복선의 이른 퇴역과 컨스텔레이션(Constellation) 계획의 취소

오리온 우주선[정식 명칭은 MPCV(Multi-Purpose Crew Vehicle)]은 앞선 포스팅에서 설명한 SLS(Space Launch System)과 같이 오리온 우주선 또한 아폴로 계획 이후 최초로 유인 달 미션을 수행할 계획이었으나, 컨스텔레이션 계획이 취소되어 새로운 달 탐사 계획인 아르테미스 계획과 유인 화성 탐사 계획에 사용될 예정입니다. 

 

우주왕복선 퇴역의 원인으로는 여러 가지 이유들이 있었습니다. 목표한 경제성을 달성하지 못했던 이유와 항공우주기술의 발전으로 설계 패러다임이 바뀌어서 작고 빠른 인공위성과, 탐사선이 대세로 자리 잡았기 때문에 우주왕복선은 시대에 도태되었고 위험성 문제와 이러한 위험성을 직간접적으로 야기한 정치적 지원의 변화 등이 복합적으로 작용해 우주왕복선은 계획보다 빠른 퇴역을 했습니다. 때문에 오리온 우주선은 기존 우주왕복선이 담당했던 국제 우주 정거장으로의 인원 및 물자 수송 업무뿐만 아니라 칸스텔레이션 계획의 달 탐사 등의 요구를 충족하기 위해 개발이 시작되었습니다.

 

오리온은 록히드 마틴(Lockheed Martin)이 2000년대 초반에 NASA의 컨스텔레이션(Constellation) 계획에 제안한 유인 탐사선[CEV( Crew Exploration Vehicle )]로 시작되었습니다. 록히드 마틴의 제안이 선정되어 2006년에 CEV로 선택되었습니다. 원래는 Ares I 로켓에서 발사될 예정이었으며, 새로운 엔진과 원형 태양 전지판을 갖춘 서비스 모듈로 설계되었습니다. 그러나 2010년에 컨스텔레이션 계획이 취소되면서 오리온은 NASA의 'Journey to Mars' 이니셔티브에 활용하기 위해 대대적으로 재설계되었습니다. 이후 'Moon to Mars'로 명명되었습니다.

 

SLS( Space Launch System )가 Ares I를 대체하여 오리온의 기본 발사체가 되었고, 서비스 모듈은 유럽 우주국의 자동 전송 차량을 기반으로 새로운 설계로 대체되었습니다. 오리온의 CM(Crew Module) 개발 버전은 2014년 Exploration Flight Test-1에서 최초로 발사되었으며, 최소 4개의 테스트 우주선이 제작되었습니다.

 

오리온은 주로 록히드 마틴(Lockheed Martin) Space Systems의 콜로라도주 리틀턴에서 설계되었습니다. 현재까지 3개의 비행 가능한 오리온 우주선이 건설 중이며, 그중 하나가 완성되고 추가적으로 하나가 주문될 예정입니다. 이 우주선들은 NASA의 아르테미스 프로그램에 사용될 것입니다.

 

오리온 우주선은 40년 전의 아폴로 우주선과 유사한 1회용 캡슐형 우주선의 기본 개념을 가지고 있습니다. 이 우주선은 사람이 탑승하는 사령선과 산소, 연료, 그리고 다양한 물자를 탑재한 기계선이 결합하여 하나의 우주선을 형성합니다. 디자인 면에서도 태양 전지판 2매가 추가된 것을 제외하면 아폴로 우주선과 거의 동일합니다. 그러나 탑승 인원수를 우주 왕복선과 같은 6~7명으로 설정해야 한다는 요구조건 때문에 우주선의 크기가 아폴로 우주선의 2배로 커지면서 모든 비용이 상승하게 되었습니다. 그 후 버락 오바마 전 대통령은 '마스 퍼스트(Mars First)를 주창하며 2011년 컨스텔레이션 계획을 중단했습니다. 그러면서 아레스V 로켓이나 다른 하부 계획들은 전부 중단하는 수순을 밟았지만, 유일하게 오리온 우주선만 중단하지 않고 유지했습니다. 

 

Orion Overview

 

지구에서 달로, 달에서 화성으로 ··· 돈은 얼마나 들까?

오리온 우주선의 천문학적 개발 예산과 생산·유지비용

트럼프 행정부는 오바마 행정부의 '마스 퍼스트(Mars First)' 정책과 대조적으로 '문 퍼스트(Moon First)' 정책을 채택하였으며, 미국이 달로 복귀하는 것을 강조했습니다. 2006년부터 2022년까지 오리온 프로그램은 총 215억 달러를 지출하여, 2022년 화폐가치로 환산하면 263억 달러에 해당합니다. 2023 회계연도에 현 행정부는 오리온 프로그램에 13억 3,900만 달러를 요청하고 있습니다. (총비용 = 한화가치로 약 34조 2975억 원 / 연간 예산 = 약 1조 5억 원 ~ 1조 7억 원 )

 

하지만 이것 또한 모든 관련 예산을 포함한 것이 아닙니다.

이전 오리온(Orion) 프로그램 비용에서 제외된 주요 항목은 다음과 같습니다

1. 추가 승무원 캡슐 생산, 운영 또는 유지 비용: 대부분의 비용은 2021년 이후에 이 캡슐을 사용하고 개선할 계획에도 불구하고 추가 승무원 캡슐의 생산, 운영 또는 유지에 사용됩니다. 이러한 비용은 오리온 캡슐의 장기적인 사용과 개선을 위한 것입니다.
2. ESA에서 제공하는 첫 번째 서비스 모듈 및 예비 부품 비용: 오리온의 시험비행을 위해 유럽우주국협력기구(ESA)에서 제공하는 첫 번째 서비스 모듈 및 예비 부품의 비용은 약 10억 달러로 추정됩니다.
3. NASA Ground Operations Project에서 별도로 자금을 지원하는 비용: NASA Ground Operations Project에서는 오리온 및 발사 장치를 조립, 통합, 준비 및 발사하는 데 드는 비용을 별도로 지원합니다. 현재 이 비용은 연간 약 600백만 달러입니다.
4. Orion 우주선의 SLS 발사체 비용: Space Launch System (SLS) 발사기를 사용하는 오리온 우주선의 발사 비용도 프로그램에 포함됩니다.

또한, 2021년부터 2025년까지 NASA는 오리온의 연간 예산을 14억 달러에서 11억 달러로 추정하고 있으며, 2015년 말에는 오리온 프로그램이 2023년까지 첫 승무원 비행에 대해 70% 신뢰 수준으로 평가되었습니다.

 

NASA는 오리온 프로그램이 운영 상태가 되었을 때 연간 반복 비용, 연간 비행률당 비용 또는 평균 비행당 예상 비용에 대한 구체적인 추정을 제공하지 않았습니다. 그러나 2019년 록히드 마틴에 수여된 생산 및 운영 계약에 따르면 NASA는 첫 세 개의 오리온 캡슐에 대해 9억 달러를, 다음 세 개에 대해 6억 3천 3백만 달러를 지불할 예정입니다. 또한, 2016년에는 NASA의 탐사 시스템 개발 관리자가 오리온, Space Launch System (SLS) 및 지원 지상 시스템의 연간 비용이 "20억 달러 이하"로 유지되어야 한다고 말했습니다. NASA는 오리온과 SLS 프로그램의 비행당 비용을 공개하지 않을 것입니다. 부관리자 William H. Gerstenmaier는 "비용은 데이터에서 파생되어야 하며 직접적으로 이용 가능한 것은 아닙니다. 이는 2017년에 NASA의 지출을 줄이기 위해 설계된 것입니다."라고 설명했습니다.

 

앞으로의 발사계획은?

 성공적인 아르테미스 1호의 발사 

2022년 11월 아르테미스 1호의 성공적 발사 이후의 계획에 따라 예정된 우주 비행들은 다음과 같습니다.

1. 아르테미스 1호 (2022): SLS와 Orion의 무인 테스트 비행으로, 오리온을 달 궤도에 진입시킨 후 지구로 복귀했습니다.
2. 아르테미스 2호 (2024): SLS와 Orion의 첫 유인 시험 비행으로, 4명의 승무원이 지구 궤도에서 광범위한 테스트를 수행하고 달 주변에서 자유 귀환 궤적으로 되돌아옵니다.
3. 아르테미스 3호 (2025): 최초의 유인 달 착륙 임무로, SLS/Orion 발사 전에 달의 거의 직선형 후광 궤도에 우주선 인간 착륙 시스템 (HLS)을 배치하고 여기에 4명의 승무원을 보내며 달에 착륙합니다. 랑데부 및 도킹 후 두 명의 우주비행사가 달 표면에서 약 6.5일 동안 활동한 후 Orion으로 돌아갑니다.
4. 아르테미스 4호 (2028): 두 번째 유인 달 착륙 임무로, Orion과 업그레이드된 Starship HLS는 NRHO의 Lunar Gateway 스테이션에 도킹하고 두 개의 게이트웨이 모듈을 제공합니다.
5. 아르테미스 5호 (2029): 세 번째 유인 달 착륙 임무로, 게이트웨이 우주정거장으로 4명의 우주비행사를 인도하며 ESPRIT 급유 및 통신 모듈, 로봇 팔 시스템 및 Lunar Terrain Vehicle도 제공합니다. 또한, Blue Origin의 Blue Moon 착륙선을 사용하여 달 표면으로 이동할 예정입니다.

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