[스페이스]도킹, 총알보다 빨리 날면서 결합하기

미국의 민간 우주기업 '스페이스X'와 경쟁을 벌이고 있는 오비탈ATK의 '시그너스'(왼쪽)를 비롯한 세 개의 우주선이 국제우주정거장(ISS)에 도킹해 있다.[사진제공=NASA]

[아시아경제 김종화 기자] 어릴 적 만화 영화에서 주인공이 총을 쏴 앞에서 날아가는 총알을 맞히는 장면을 본 기억이 있습니다. 그냥 만화나 영화 속의 일인 줄 알았는데 그 보다 더한 일이 우주 공간에서 일어나고 있습니다.

'도킹(docking)'은 2대 이상의 우주선이 서로의 목적을 위해 결합하는 것입니다. 영화에서는 이 '도킹'이 쉽게 이뤄지는 것처럼 보이는데 실제로는 우주 기술 가운데 가장 난이도가 높은 기술로 아주 어렵게 진행되는 것이 도킹입니다.

총알의 속도는 평균적으로 초속 900m로 알려져 있습니다. 총에 따라 다르긴 하지만 K2 소총 기준으로 초속 960m, 시속으로는 3450km 정도입니다. 총구에서 발사된 총알의 평균 속도를 초속 900m라고 본다면 시속은 무려 3240km가 됩니다.

우주선의 속도는 총알보다 10배 이상 빠르다고 생각하면 됩니다. 통상 지구 궤도를 돌고 있는 우주선은 지구의 중력과 자전 등의 영향을 받아 초속 7~11km 정도의 속력으로 서로 다른 궤도를 비행하고 있습니다.

시속으로 2만8440~4만320km 정도의 속도입니다. 눈으로도 쫓을 수 없는 무시무시한 속도로 서로 다른 궤도를 날아가던 두 총알이 공중에서 하나로 합쳐지는 모습을 상상하신다면, 그 모습이 도킹일 수 있습니다.

도킹을 위해서는 서로 다른 궤도에서 무시무시한 속도로 비행 중인 우주선들이 궤도를 일치 시키고, 2대의 우주선이 서로 가깝게 접근해 상대속도가 제로(0)가 되도록 하는 랑데부(rendezvous)를 먼저 해야 합니다.

도로 위를 시속 100km의 속도로 2대의 차량이 나란히 달리고 있다면 두 차의 상대속도는 제로가 됩니다. 서로 다른 두 우주선이 앞이든, 옆이든 같은 궤도에서 속도를 똑같이 만들어 실제 도킹할 준비가 된 상태가 랑데부입니다. 랑데부 이후에 우주선들이 차츰 가까워지면서 완전히 합쳐지지는 것이 도킹입니다.

하늘에서 공중 급유기가 셔틀콕 모양의 급유기를 다른 비행기에 꽂아 넣을 때의 비행속도가 대략 시속 900km입니다. 이 작업을 할 때 조종사는 엄청난 집중력과 정밀한 조종 기술을 발휘해야 한다고 합니다. 그 40배 이상의 속도로 날아가는 우주선들이 랑데부를 하고, 도킹을 쉽게(?) 성공시키는 것이 새삼 놀랍습니다.

미국의 민간 우주기업 '스페이스X'의 소형우주선이 모선에 도킹하는 모습[사진제공=스페이스X]

우주선의 도킹 기술은 반드시 필요합니다. 우주정거장은 로켓 기술의 특성상 한 번에 엄청나게 큰 모듈을 우주로 옮길 수 없기 때문에 여러 개의 모듈을 우주로 쏘아 올린 뒤 우주에서 도킹 시키는 방식으로 건설합니다.

또 우주정거장에 물자를 보내거나 우주인을 새로 파견할 때도 우주정거장에 도킹을 해야 합니다.

앞으로의 우주 개발, 심우주 탐사를 위해서도 꼭 필요한 기술입니다. 화성에 우주 기지를 건설한다고 가정하면 원활한 물류 수송을 위해서라도 지구와 화성의 중간 쯤에 우주정거장을 건설하는 것이 효율적입니다. 이 때도 도킹을 통해 물류를 이동 시킬 수 있습니다.

요즘은 우주선이 국제우주정거장(ISS)에 수시로 도킹해 사람과 물자를 실어 나릅니다. 도킹의 성공보다는 실패가 더 화제가 될 정도로 완벽하게 기술이 운용되고 있지만 절대로 쉬운 일은 아니라는 점을 알아야 할 것 같습니다.

한국항공우주연구원 관계자는 "우주 도킹 기술에 대한 특허 경쟁도 치열해지고 있다"면서 "초소형 위성을 무인으로 서로 도킹해 수리하거나 위성의 기능을 업그레이드 시키는 등 도킹 기술도 빠른 속도로 발전하고 있다"고 말했습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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