- NASA의 Artemis 3는 2026년 말 미국 우주비행사의 달 착륙을 목표로 하지만, Apollo 17보다 적은 과학 성과를 위해 SLS/Orion, HLS, NRHO, Gateway가 얽힌 훨씬 비싸고 복잡한 구조를 택함
- SLS는 Saturn V보다 1단 추력이 크지만 달로 보낼 수 있는 질량은 27톤으로 Saturn V의 49톤보다 작고, Orion의 무게와 추진력 한계가 낮은 달 궤도 대신 NRHO 선택으로 이어짐
- NRHO는 SLS/Orion의 한계를 맞추는 궤도지만 착륙·귀환 시간이 길어지고 중단(abort) 시나리오가 복잡해져 Apollo보다 안전 여유가 줄어듦
- Gateway는 Artemis 3 착륙에는 필요 없다는 판단을 받았지만 이후 임무의 조립 대상으로 남아, 국제 파트너와 매몰 비용을 통해 프로그램 지속성을 높이는 역할을 함
- SpaceX와 Blue Origin의 HLS는 궤도 급유와 극저온 추진제 관리 같은 미검증 기술에 의존하며, 성공하면 SLS/Orion의 필요성이 약해지고 실패하면 NASA에는 Gateway 조립 외 선택지가 거의 없음
Apollo와 비교되는 Artemis의 출발점
- Apollo 17은 1972년 12월 19일 남태평양에 귀환했고, 인간이 저지구궤도 밖으로 나간 마지막 임무가 됨
- NASA가 제시한 Artemis 3는 2026년 말 달 착륙을 목표로 하며, 두 명이 달에 내려가 암석을 채집하고 약 1주일 뒤 궤도에 있는 동료들과 합류해 지구로 돌아오는 구상임
- Apollo 17은 단일 로켓으로 발사됐고 2023년 달러 기준 33억 달러가 들었지만, 첫 Artemis 착륙은 12개에서 20개 안팎의 대형 로켓 발사에 의존함
- NASA는 전체 비용 수치를 내놓지 않으며, 한 NASA 예산 베테랑은 70억~100억 달러로 추정함
- NASA 감찰관은 달 착륙 중 SLS/Orion 부분만 41억 달러로 추정함
- 달은 1960년대 이후 변하지 않았고 관련 기술은 크게 발전했지만, NASA는 2004년 달 복귀 목표를 발표한 뒤 20년과 930억 달러를 들이고도 목표가 멀어 보이는 상태임
- 이 비판은 Apollo 방식만이 정답이라는 뜻이 아니라, 초기 우주 시대의 조악한 기술로 7번 중 6번 달 착륙에 성공한 Apollo가 현대 달 임무의 최소 기준선이 되어야 한다는 비교에서 출발함
SLS와 Orion: 강한 1단, 약한 임무 성능
- Space Launch System(SLS) 는 Shuttle 계열 하드웨어를 재사용한 대형 로켓으로, 1단 추력은 Saturn V보다 크지만 상단 ICPS가 약해 전체 성능이 낮음
- Saturn V는 달로 49톤을 보낼 수 있었지만 SLS는 27톤만 보냄
- 이 성능으로는 Apollo식 착륙 구조를 수행할 수 없고, 착륙선 없이 Orion을 달 주위로 한 번 돌려 보내는 Artemis 2가 가능한 수준임
- NASA는 ICPS를 Exploration Upper Stage로 교체하려 하지만, 발사대에서 거의 10억 달러에 가까운 비용 초과가 발생하는 등 지연이 있었고 이 업그레이드도 Saturn V 성능에는 못 미침
- SLS는 NASA가 우주비행사를 태우겠다고 고집하는 로켓이지만, 약 2년에 한 번 발사되는 “one and done” 구조이며 비용은 발사당 약 40억 달러로 제시됨
- NASA가 공식 연 1회 발사를 가정하면 발사당 21억 달러지만, 2년에 한 번이면 40억~50억 달러 범위로 올라감
- Shuttle 하드웨어 재사용은 SLS의 비용 구조를 더 무겁게 만듦
- Space Shuttle main engine을 SLS용으로 개조하는 비용은 엔진 1기당 4천만 달러임
- SLS는 재사용 가능하도록 설계된 엔진 4기를 매번 버림
- 남은 엔진을 다 쓰면 Aerojet Rocketdyne이 새로 생산하며, 단가는 1억 4,500만 달러로 제시됨
- 고체 로켓 부스터는 1기당 2억 6,600만 달러로 전망되며, 석면 라이닝 교체 프로젝트는 440만 달러 예산에서 2억 5천만 달러로 커짐
- 느린 발사 주기는 안전에도 영향을 줌
- Shuttle 시절 NASA 관리자들은 안전한 숙련도 유지를 위해 연 3~4회 발사가 필요하다고 봄
- SLS처럼 2년에 한 번 수작업으로 만드는 방식은 매번 절차를 다시 익혀야 하는 구조가 됨
- Artemis 1에서 Orion 열 차폐체의 광범위한 박리와 거의 관통에 가까운 문제가 관측됐지만, 수정안을 실제 비행으로 시험하려면 다년 지연이 필요함
- Orion은 Apollo command module보다 내부 부피가 50% 더 크고 현대 컴퓨터와 생활 편의가 있지만, 20년 동안 지상에 머물며 연 12억 달러 예산을 소비해 옴
- 2014년 짧은 시험 비행을 했고, 2022년 Artemis 1에서 계측 마네킹을 태워 달 주위를 비행함
- 2025년 Artemis 2에서 처음 사람을 태울 예정임
- Orion은 European Service Module(ESM)에 의존하지만, ESM은 달 임무용으로 설계되지 않아 추진제가 부족함
- Orion/ESM의 델타V 예산은 1,340m/s임
- 적도 저고도 달 궤도 진입·이탈에는 약 1,800m/s가 필요하고, 극궤도는 더 필요함
- Orion은 원래 6명 탑승용으로 설계됐다가 요구 인원이 4명으로 줄었지만 크기를 줄이지 않아 Apollo Command Module보다 거의 두 배 무거움
- 큰 캡슐은 큰 Launch Abort System을 요구하고, SLS는 7톤의 비활성 중량을 거의 궤도까지 운반해야 함
- Abort System의 진동을 견디도록 보강하면 캡슐이 더 무거워지고, 낙하산과 열 차폐체 부담도 커짐
NRHO와 Gateway: 달 표면보다 앞서는 궤도 인프라
- SLS와 Orion이 낮은 달 궤도에 충분히 도달하지 못하기 때문에 NASA는 Near Rectilinear Halo Orbit(NRHO) 를 선택함
- NRHO 우주선은 6.5일마다 달을 돌며, 최근접 시 달 북극 상공 1,000km, 최원 시 약 70,000km까지 멀어짐
- NRHO 진입·이탈에는 총 약 900m/s 델타V가 필요해 Orion/ESM의 1,340m/s 예산 안에 들어옴
- NRHO는 지구와 항상 시야가 연결되고 지구 그림자를 지나지 않으며 비교적 안정적이라는 장점이 있지만, 달 착륙에는 불리함
- 착륙선은 Orion보다 1~2개월 먼저 무인 발사돼 NRHO에서 기다려야 함
- Orion과 착륙선이 도킹하면 두 명이 착륙선으로 이동해 하루 동안 달 표면으로 내려가고, 나머지 두 명은 NRHO에 남음
- Apollo는 command module을 저고도 달 궤도에 두어 착륙지 상공을 2시간마다 지났고, 표면 승무원은 중단 상황에서 비교적 빠르게 궤도선과 합류할 수 있었음
- NRHO에서는 중단 시점에 따라 착륙선이 Orion을 따라잡는 데 3일 이상 걸릴 수 있음
- 최악의 경우 승무원은 중단 결정 후에도 달 표면에서 몇 시간 기다려야 하고, 모두 Orion에 돌아온 뒤에도 지구 귀환까지 며칠 더 기다릴 수 있음
- 이런 긴 중단 시간은 Apollo에서는 생존 가능했던 일부 상황을 Artemis에서는 치명적으로 만들 수 있음
- NRHO는 전체 임무 시간을 늘림
- Artemis 3는 이동에 24일을 쓰며, Apollo 11의 6일과 대비됨
- 달 표면 체류 시간도 6.5일 궤도 주기의 배수여야 하므로 초기 임무도 최소 1주일가량 머물러야 함
- 착륙지의 열 환경은 태양이 지평선 바로 위에 있어 착륙선 한쪽을 가열하는 조건이며, NRHO 제약이 없다면 Artemis 3가 표면에서 하루나 이틀 이상 머물 가능성은 낮다고 봄
- Gateway는 NRHO에 짓는 소형 모듈식 우주정거장으로, Artemis 3에는 필요 없다는 결정이 내려졌지만 이후 Artemis의 중심 작업으로 남아 있음
- NASA는 두 우주선이 NRHO에서 만날 수 있다면 세 번째인 Gateway 없이도 첫 착륙을 진행할 수 있다고 판단함
- 첫 착륙 이후 세 임무는 주로 Gateway 조립에 집중됨
- 초기 Artemis 4 계획에는 달 착륙이 빠져 있었음
- Gateway는 기술적으로 Artemis에 비용과 복잡성을 추가하고, 달로 가는 우주비행사에게 추가 도킹 작업과 추진제 부담을 부과함
- Robert Zubrin은 Gateway를 “우주의 통행료 징수소”라고 불렀음
- 모든 목적에 적당히 좋은 우주선 설계는 SLS와 Orion처럼 목적이 불분명한 설계를 낳았다는 비판과 연결됨
- Gateway의 역할은 기술보다 정치·프로그램 지속성에 가까움
- 국제 파트너가 비싼 하드웨어를 기여하게 해 매몰 비용과 국제 관계를 만들고, 프로그램 취소를 어렵게 함
- SLS의 목적지, 민간 산업에 대한 공급 계약, 우주비행사단의 일감, 2030년대 ISS가 거주 불가능해진 뒤 인간 우주비행 지속성을 제공함
- Gateway 조립은 표면 거주지나 가압 로버 같은 달 표면 프로젝트를 2040년대로 밀어낼 가능성이 큼
HLS와 궤도 급유: 가장 야심적이고 가장 미검증된 부분
- 달 착륙선은 Artemis에서 가장 기술적으로 야심적인 요소이며, NASA는 이를 Human Landing System(HLS) 라고 부름
- SpaceX는 Artemis 3·4 착륙을 맡고, Blue Origin은 2030년으로 가정된 Artemis 5를 맡음
- 이후 임무는 경쟁 입찰로 진행될 예정임
- SpaceX HLS는 실험적 Starship 기반 설계로, 1950년대 SF처럼 꼬리로 이착륙하는 거대한 로켓임
- 15층 높이의 구조물이 조명 조건이 나쁜 달 표면, 성분을 알 수 없는 잔해 위, 지구와 1광초 이상 떨어진 곳에 착륙해야 함
- 승무원은 표면 위 매우 높은 위치에 있어 접이식 승강 장치로 내려와야 함
- 단회용 착륙선임에도 Apollo 17의 작은 Lunar Module보다 상하행 페이로드가 적음
- HLS는 하나의 로켓으로 내려갔다가 같은 엔진으로 다시 올라오는 구조임
- 다른 착륙선 설계는 분리식 착륙 단계를 사용해 추진제 요구를 줄이고 상승 엔진을 착륙 중 고속 파편으로부터 보호함
- HLS는 하강 중 모래와 파편을 맞은 엔진이 1주일 뒤 반드시 재점화해야 함
- NASA 계약은 원래 달 이륙 시연을 요구하지 않았지만, 최근 NASA 발언에 따르면 SpaceX가 자발적으로 상승 단계를 착륙 시연에 추가함
- 여전히 무인 착륙·상승 시연이 실제 유인 임무와 같은 착륙선 설계로 수행되어야 한다는 요구는 없음
- NASA Aerospace Safety Advisory Panel은 HLS를 제외한 Orion/SLS 부분만으로도 달 임무에서 승무원 사망 확률을 1:75로 추정함
- HLS를 NRHO까지 보내려면 저지구궤도에서 급유해야 함
- 궤도에서 대량 추진제를 로켓 간에 옮기는 일은 아직 시도된 적이 없음
- 극저온 추진제는 배관보다 약 100도 낮은 온도에서 끓고, 미소중력에서는 액체와 기체가 3차원으로 뒤섞여 탱크 안 추진제 양을 재는 일도 어려움
- SpaceX의 HLS 운용 구상은 저지구궤도에 추진제 저장고 역할의 Starship을 먼저 쏘고, 여러 Starship을 연달아 발사해 남은 추진제를 옮겨 채운 뒤, HLS가 그곳에서 탱크를 채워 NRHO로 가는 방식임
- Elon Musk는 4회 발사면 충분할 수 있다고 말했고, NASA의 Lakiesha Hawkins는 “high teens”라고 했으며, SpaceX의 Kathy Lueders는 15회 발사 수치를 제시함
- 실제 발사 수는 Starship이 저지구궤도까지 운반하는 추진제 양, 실제로 펌프질해 옮길 수 있는 비율, 저장고의 극저온 추진제 증발률, SpaceX의 발사 빈도에 달림
- 급유 계획이 작동하려면 Starship은 여러 발사장에서 약 6일마다 발사돼야 함
- Space Shuttle은 Challenger 사고 전 1년 동안 9회 발사했고, Saturn V는 1969년 4개월 반 동안 3회 발사했으며, Falcon Heavy는 2022년 11월부터 13개월 동안 6회 발사함
- Starship은 이 기록을 약 10배로 넘어야 함
- Falcon 9는 첫 궤도 비행 후 주간 발사 빈도에 도달하기까지 10년이 걸렸고, Starship은 Falcon 9보다 훨씬 크고 복잡함
- 공식 Artemis 착륙 일정에 맞추려면 SpaceX는 2026년 초 무인 HLS 시제품을 달에 착륙시켜야 하고, 이를 위한 탱커 비행은 2025년 말 시작돼야 함
- 이 일정 안에는 궤도 급유 발명과 대규모 운용, 효율화, 증발 문제 해결, Starship 신뢰성 확보, 부스터 회수 시작, 추가 발사장 구축, 주간 발사 빈도 달성, HLS의 다른 시스템 설계·시험이 모두 들어감
- Blue Origin의 2029년 착륙선 일정은 더 비현실적이라는 평가를 받음
- 해당 설계는 달 궤도에서 수 톤의 액체수소를 우주선 사이에 옮겨야 함
- 액체수소는 부피가 크고 절대영도 근처에서 끓으며 누출이 매우 쉬움
- 이를 시험할 Blue Origin 로켓은 아직 지상을 떠난 적이 없음
- 2026년 달 착륙은 이뤄지기 어렵다는 쪽으로 시각이 모임
- NASA는 2021년, 2023년, 2024년 초처럼 다시 일정을 늦춰야 할 가능성이 있음
- Artemis가 그때까지 살아남는다면 유인 달 착륙은 2030년 전에는 상상하기 어렵다고 봄
성공해도 모순, 실패해도 모순인 프로그램
- NASA가 큰 기술적 베팅을 하는 것 자체는 문제가 아니며, HLS 고정가 계약은 Artemis에서 가장 건강한 요소일 수 있음
- SpaceX나 Blue Origin이 극저온 궤도 급유를 실용화하면 우주 탐사에 큰 진전이 됨
- 기술이 실패하더라도 그 사실을 주로 Musk와 Bezos의 돈으로 확인하게 된다는 점이 있음
- Artemis의 진짜 문제는 자기 성공의 결과를 고려하지 않는 데 있음
- 궤도 급유 인프라가 작동하면 SLS와 Orion은 불필요해짐
- 승무원과 화물은 2년마다 40억 달러짜리 로켓을 기다리는 대신 값싼 상업 로켓으로 주말마다 발사돼 저지구궤도에서 급유하고 달로 갈 수 있음
- Gateway도 지구에서 한 덩어리로 만들어 발사하거나 Starship 하나를 NRHO에 보내 대체할 수 있음
- 반대로 SpaceX와 Blue Origin이 극저온 급유를 성공시키지 못하면 NASA에는 달 착륙을 위한 Plan B가 없음
- Artemis가 할 수 있는 일은 Gateway 조립뿐임
- 납세자에게 달을 약속하고 ISS Jr.만 전달하는 것은 국가적 위대함의 메시지가 되기 어렵고, 의회가 화성 계획에 열광하게 만들기도 어려움
- Artemis는 월급 절반을 복권에 쓰고 절반을 연금에 넣는 사람에 비유됨
- 복권이 당첨되면 연금이 필요 없었고, 복권이 실패하면 연금만으로 은퇴할 수 없음
- 두 전략은 함께 놓였을 때 일관성이 없음
- “완벽한 우주 프로그램은 없지만 Artemis는 저지구궤도 밖으로 나갈 가능성이 있는 첫 프로그램”이라는 현실론에는 두 가지 문제가 있음
- 첫째, 인간 우주비행을 NASA 과학 임무와 다른 기준으로 대하면서 기능 부전이 반복됨
- Exploration Systems Development Mission Directorate는 유인 우주비행을 담당하지만, 토스터도 10억 달러 미만으로 만들 수 없을 수준이라는 비판을 받음
- NASA 탐사 예산의 절반을 세 번째 “white elephant” 프로젝트에 쓰기 전에 대가를 따져야 함
- 더 심각한 문제는 제도적 거짓말의 문화임
- NASA는 일정, 능력, 비용, 혜택, 위험에 대해 자신과 대중에게 계속 사실과 다른 말을 한다고 비판받음
- Rogers Report와 Columbia Accident Investigation Board가 지적한 집단사고, 관리 비대, 불가능한 일정 압박, 안전하지 않은 하드웨어 비행을 정당화하기 위한 공학적 논리 제조가 Artemis에도 남아 있음
- 또 다른 비극과 대통령 위원회 보고서를 기다리지 않아도 Artemis가 망가졌다는 점을 볼 수 있다고 결론냄