일론 머스크는 회사와 함께 로켓과 로켓이 사용할 엔진을 동시에 만들어야했습니다.
특히 로켓은 그렇다고 쳐도, 로켓 엔진을 개발하는데는 스페이스 X라는 회사만으로는 불가능한 임무였기 때문에 나사나 로켓다인과 협업하던 로켓 엔진 터보펌프 제작사, 바버-니콜스와 협업합니다.
그들이 제공한 듀얼 임펠러 터보펌프가 유압 액추에이터에 동력을 제공하기 때문에 별도의 유압시스템을 만들 필요가 없어서 결과적으로 로켓 엔진의 무게를 크게 줄일 수 있는건 물론이요, 유압이 나가는 등의 고장가능성을 줄이고 안정적인 추력제어가 가능하게 되었습니다.
스페이스 X는 이 새로운 엔진에 멀린 1A라는 이름을 붙였습니다.
이단 엔진으로는 케스트럴 엔진이라는 간단한 압력엔진을 달았습니다.
멀린 1A 엔진이 760kg이라는 무게를 자랑하는 가운데 케스트럴 엔진은 터보펌프도 없이 헬륨으로 케로신과 액화산소를 분출시키는 쌈박한 디자인으로 고작 52kg밖에 나가지 않는 무게를 자랑합니다.
그래도 28킬로노트, 2.9톤정도의 힘을 냅니다.
엔진의 완성과 함께 첫 로켓도 그 모습을 드러냅니다.
처음부터 크고 복잡한 로켓을 만드는 대신, 스페이스 X의 개발자들은 싸고, 재활용 가능하며 신뢰성 높은 소형 로켓을 만들길 원했습니다.
그래서 1단 로켓을 낙하산으로 수거할 수 있고 (한번도 써보지는 않았지만) 지구 저궤도까지 420kg의 위성을 쏘아올릴 수 있는, 1회 발사에 900만 달러짜리 로켓을 만들었습니다.
그리고 스타워즈에 나오는 네임드쉽, 밀레니엄 팔콘에서 이름을 따와 팔콘 1이라는 이름을 붙였습니다.
미 공군과 나사, 우주장례 민간기업과 말레이시아 국영기업이 해당 프로그램에 지원했고, 쏘아올릴 위성을 제공했습니다.
2006년 3월 24일, 최초의 팔콘1 로켓이 발사되었고, 이륙 34초후 알류미늄 너트가 부식되며 엔진 위로 불이 옮겨붙어 파괴되고 맙니다. (사진)
미 공군의 플라즈마 연구위성 팔콘SAT-2가 파괴됩니다.
2007년 3월 21일 두번째 팔콘1 로켓이 발사되었고, 이륙 7분 30초후 2단 엔진이 예정보다 빠르게 정지되며 궤도 진입에 실패합니다.
미 국방과학연구소의 실험위성은 궤도에 오르지 못했습니다.
2008년 8월 3일 세번째 팔콘1 로켓이 발사되었고, 1단 로켓과 2단 로켓의 분리후 1단 로켓이 내는 잔류추력 때문에 2단 로켓과 접촉사고를 내 추락합니다.
미 국방부의 표적추적 실험위성, 나사의 궤도 우주 생물학 실험위성과 나노세일 (태양풍으로 가동되는 돛) 실험위성, 모 민간기업의 유골함을 날려먹었습니다.
발사한 로켓들과 탑재된 인공위성들이 전부 파괴됨에 따라 일론 머스크와 스페이스 X는 엄청난 비난을 받았으며 회사는 망할 뻔 합니다.
이 과정도 순탄치 않았는데, 단순히 로켓 발사가 전부 실패한것도 모자라 계속해서 발사가 연기되며 투자자였던 미 공군과 나사의 불만이 커져가던 가운데 발사된 로켓 전부가 실패하며 투자자들에게 신뢰를 잃은 것이 컸습니다.
특히 일론 머스크는 테슬라 모터스라는 2인 전기차 스타트업 기업에 635만 달러를 투자하며 가진 돈을 거의 모두 쏟아부었으며 중간에 첫 아내와 이혼을 하며 집까지 넘긴 상황이었기에 본인도 파산할 뻔 합니다.
스페이스 X는 남은 부품들을 싹싹 긁어모아 네번째 팔콘1 로켓을 제작합니다.
이때 발사대로 로켓을 이송시키기 위해 C-17 수송기에 로켓을 넣었다가 가압 문제로 로켓이 고장나는 사태까지 일어났지만, 수리 후 2008년 9월 28일 발사를 강행합니다.
(원래 DC-8에 로켓을 넣으려고 했는데 크기가 맞지 않아 공군의 지원을 받아 C-17로 운송을 했습니다. 더 큰 기체를 사용할 수 있어 로켓에 더불어 스페이스 X의 직원들 20명도 같이 C-17에 탈 수 있었는데 비행기 이륙 후 로켓이 압력차로 폭발하는 사건이 일어났습니다. 이를 막기 위해 일부러 로켓에 구멍을 뚫어놓았지만, 생각보다 여압이 빨라서 구멍으로 공기가 충분히 빠져나가지 못해 폭발한 것입니다. 공군은 이 위험한 초대형 폭탄을 버릴까 고민했으나 C-17의 탑재량 때문에 스페이스 X 직원들이 탑승한 상태였고 이들이 로켓 안으로 기어들어가 문제의 부분에 구멍을 내서 로켓을 버리는 사건을 막았다는 이야기)
세번째 발사때 얻은 교훈을 반영해서 1단 로켓의 잔류추력이 완전히 빠질 때 까지 좀 더 오래 대기한 뒤 2단 로켓을 가동시킨 끝에 네번째 발사는 처음으로 성공하고야 맙니다.
네번째 발사때는 원래 말레이시아의 지구관찰위성을 탑재하려고 했으나 지금까지의 꼬라지로 말레이시아 측에서 자국의 귀중한 위성을 폭탄에 실는 것을 거부, 결국 더미 위성 혹은 고급진 표현으로 "질량 시뮬레이터" 를 제작하고 랫샛 (RATSAT) 이라는 이름을 붙여 발사합니다. (사진)
다행히 이번엔 성공했고, 민간에서 개발한 최초의 액체연료로켓이라는 타이틀을 팔콘과 스페이스X는 거머쥐게 됩니다.
그러나 4번 발사중 한번 성공이라는 기록은 투자자들에게 매력적이라고 느껴지지 않았고, 신규지원이 없는 사이 일론 머스크는 수중에 3천만 달러밖에 남지 않았습니다.
2009년 4월 21일 다섯번째 팔콘 1이 발사되었고 원래 네번째로 발사되었어야할 말레이시아의 지구관찰위성, RazakSAT를 성공적으로 배치하는데 성공합니다. 유일하게 팔콘1이 발사한 상업 위성이라는 기록과 함께...
일론 머스크와 스페이스 X는 팔콘1 로켓과 업그레이드 계획 (팔콘 1E, 1,2단 엔진 업그레이드와 더 높은 페이로드와 연료량을 실는 팔콘1의 업그레이드 버전)은 취소되었습니다.
40%라는 낮은 안정성, 한번도 사용되지 못한 1단 로켓의 재활용 기능 등은 이들이 팔콘 1을 은퇴시키기엔 충분했습니다.
스페이스 X는 빠르게 새로운 로켓을 개발합니다. 팔콘 5와 팔곤 9이 그것입니다. 이름답게 팔콘 5는 멀린 엔진 5개를, 팔콘 9은 멀린 엔진 9개를 단 로켓이었습니다.
그러나 모자란 개발비용 때문에 스페이스 X는 중간단계를 건너뛰고 9으로 바로 넘어가기로 합니다.
나사에서는 2011년 우주왕복선을 은퇴시키기 이전부터 ISS에 일상적인 보급품과 인력을 발사하는데 러시아의 로켓을 사용해야했으며 이로 인한 비용, 시간적 효율성을 위해 민간 우주개발을 장려하는 정책인 Commercial Orbital Transportation Services, 상업용 궤도 운송 서비스를 장려했는데 여기에는 3회의 시범 발사 비용이 포함되었습니다. (36편 참)
안그래도 돈 없는 스페이스 X로선 매력적인 기회였죠.
새로운 로켓 답게, 팔콘1에서 볼 수 없었던 새로운 기능들이 대거 추가되었습니다.
먼저 새턴 5 로켓 이후 처음으로 엔진 몇개가 꺼지더라도 남은 엔진들의 연소시간을 늘려 정상적인 작동이 가능한 로켓이 탄생했습니다.
새턴 이후 개발된 로켓들, 셔틀이라던가 아레스라던가 SLS같은 애들은 엔진이 하나 이상 꺼지면 남은 엔진을 얼마나 오랬동안 써도 원래 궤도로 갈 수 있을정도로 추력이 나오지 않거나, 엔진 갯수 탓에 불가능하다던가 하는 문제점이 있으나 팔콘 9은 그것이 가능했습니다.
두번째로는 재사용 기능이 추가되었습니다. 팔콘 1과 달리 팔콘 9은 낙하산이 아니라 자체 엔진을 이용해 재사용이 가능하며, 페이퍼플랜으로만 남은게 아니라 진짜로 재사용을 한다는 점이 달랐습니다. 물론, 이건 좀 나중의 일이지만...
(드래곤 유인 우주선, 이름의 유래는 미국의 민요 "마법의 용 퍼프"로 한 소년이 자기 친구인 마법의 용과 같이 놀았는데 소년은 어른이 되었고 더이상 마법의 용과 같이 놀지 않아 용은 동굴에 들어가 나오지 않았다... 라는 내용인데 일론 머스크가 자기 로켓이 절대 실패할거라는 비평가들을 조롱하기 위해 "매직 드래곤" 으로 이름붙였다가 나중에 드래곤으로 이름을 바꿨다고 한다)
나사의 COTS 계약에 따라 2008년 1월 다중 엔진 테스트가 이루어졌고 동년 11월 180초간 전엔진 시험이 이루어졌습니다.
2009년 11월 이단엔진 테스트가 이루어졌고 2010년 6월 4일, 최초의 팔콘 9이 시험용 드래곤 유인모듈을 단 채 발사되었습니다.
발사는 성공적이었으나 낙하산으로 1단 로켓을 회수하려는 시도는 실패했고, 12월 8일 이루어진 2차 드래곤 발사 역시 낙하산 회수 시도는 실패하고 말았습니다.
두 발사 모두 낙하산이 펴지기 전 재진입때 가공할 압력과 속도로 로켓이 타버린 탓에 실패해, 낙하산 만으로는 재활용이 어렵다는 것을 확인한 것 외의 소득은 없었습니다.
그래서 2013년 이전까지 3~5번째 발사때는 1단 로켓의 재사용 시도를 아예 그만둬버리고 맙니다.
그러나 스페이스 X팀은 1단엔진 재활용을 포기한 것이 아니었습니다.
낙하산으로 로켓을 재활용하는것을 실패했으니, 로켓이 스스로 재활용되도록 하는 방향으로 선회한겁니다.
2013년 9월 29일, 6번째로 발사된 팔콘 9은 여러가지 개량이 이루어졌습니다.
이전까지 팔콘 9은 1.0 사양으로 멀린 1C엔진을 사용했으나 1.1은 멀린 1D엔진을 사용합니다.
팔콘 9 1.0사양은 사진 좌픅의 바둑판형 배열을 사용했으나 1.1사양은 오른쪽의 팔각형 패턴 (Octaweb) 으로 배치되었고, 연료탱크가 60% 길어졌고 엔진추력과 연소시간이 더 늘었습니다.
또 착륙용 다리 4개와 궤도 기동을 위한 추진제 라인이 신설되었습니다. 재진입을 위한 추가 연료를 위한 개량이었습니다.
이렇게 개량된 로켓을 가지고 발사된 팔콘9은 성공적으로 캐나다 우주국의 카시오페 과학위성을 극궤도에 올려놓은 뒤 성공적으로 재추진해 재진입중의 속도를 로켓이 견딜 수 있을 만큼 줄였으며 아무것도 없는 바다에 착륙하는 절차를 수행했습니다
비록 착륙 중간에 로켓이 회전하고, 연료 부족으로 추락해버리고 말았지만 초음속으로 대기권에서 역추진하며 만든 수많은 데이터들은 스페이스 X에는 개량을 위한 데이터를, 나사에는 화성진입 및 착륙을 위한 데이터를, 일론 머스크에게는 나사에 팔아먹을 파트너쉽 계약서를 제공해주었습니다.
귀중한 데이터를 바탕으로 스페이스 X 팀은 2014년 10월 첫번째 자율 우주발사체 회수선 (그러니까, 로켓이 착륙할 수 있는 무인 바지선) "설명서 좀 읽어라" 함을 건조하고 대서양에 배치합니다.
2014년 4월 18일 9번째 발사에 스페이스X CRS-3 임무를 수행한 부스터 F9 v1.1 B1006는 완벽한 하강을 보여줬으며 완벽하게 "설명서 좀 읽어라" 함에 착륙하는데 성공했고...해당 지역의 파고 5미터의 파도로 인해 바다로 로켓이 추락해버리고 밥니다.
2014년 7월 14일 10번째 발사에 오브콤 위성 (미국 통신사의 통신위성) 발사 수행후 F9 v1.1 B1007 역시 "설명서 좀 읽어라" 함에 다리를 댔고, 그 충격으로 로켓이 흔들리면서 쓰러져버리고 밥니다.
2014년 9월 21일 13번째 발사에는 아예 착륙하는 와중에 액체산소가 바닥나며 빙글빙글 돌면서 사선으로 날아가다 "설명서 좀 읽어라" 함을 불바다로 만듦니다.
(32초 참조)
2015년 1월 10일 14번째 발사에는 공중에서 원활한 조종을 위해 그리드 핀을 달았는데, 제어용 유압시스템이 고장나며 "설명서 좀 읽어라" 함에 꼴아박았습니다.
2015년 2월 11일 15번째 발사에는 팔콘 역사상 최초로 심우주 발사가 이루어졌고, 성공적으로 미 해양대기청/나사 공동소속의 심우주 기후관측위성을 띄운뒤 다행히 착륙하는데 성공합니다.
2015년 4월 14일 17번째 발사에는 하강속도는 적절했으나 착륙하는 위치가 "설명서 좀 읽어라" 함과 떨어져있었으며 가까이 가던중 너무 빠른 측면 속도로 착륙중 쓰러져버렸고 그상태로 폭발, "설명서 좀 읽어라" 함을 복구 불가능할 정도로 파괴시켜버립니다.
위에서 착륙시도를 했는지 여부를 설명하지 않은 발사는 "설명서 좀 읽어라" 함이 손상되어 착륙 시도가 불가능하거나, 정지궤도에 위성을 올려야해서 재착륙 시도가 불가능하거나, 발사때 엔진 몇개가 꺼져서 착륙 시도를 거부당했거나 하는 등 아예 착륙을 하려는 시도 자체를 안한 발사였습니다.
이를 고려한다면 초기 팔콘 9의 착륙이 얼마나 어려운 일인지, 실패율이 얼마나 높았는지를 짐작할 수 있을듯 합니다.
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