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미국의 국가안보위성 발사 정책 및 발사체 개발

동향 - 대 러시아 로켓엔진 의존 탈피 노력1)

작성 : 한국항공우주연구원 권희석 (책임행정원)

I. 개 관

II. 미국의 국가안보위성 발사 정책

1. 개 관

2. EELV 프로그램

가. 배경 및 목적

나. ULA사의 국가안보위성 발사 독점체제

(1) Delta 4

(2) Atlas 5

다. 경쟁체제의 도입 – SpaceX사의 도전

3. 독자 발사체 개발 및 대 러시아 엔진 의존 탈피 정책

가. 개관

나. 독자 로켓 엔진 개발

다. 러시아 엔진 사용 금지

III. 미국의 국가안보위성 발사체 개발 동향

1. 개 관

2. ULA사 – “차세대발사시스템” Vulcan

3. SpaceX사 – Falcon 9

IV. 평가 및 시사점

1) SpaceX사는 2015년 5월 말 Falcon 9 발사체에 대한 미 공군의 인증을 받음으로써 국가안보위성을 발사할 수 있는 자격

을 갖게 되었습니다. 이 글은 공군의 인증절차가 완료되기 직전에 작성되었으니 내용에 착오 없으시기 바랍니다.

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I. 개 관

미국 정부는 국가안보 목적을 가진 위성 (national security payloads)을 발사하기 위해

ULA (United Launch Alliance, Denver 소재)사의 Delta 4와 Atlas 5 등 두 종류의 발사

체를 이용하고 있다. Delta 4가 전부 미국산으로 구성되어 있는 반면에 Atlas 5는 러시아

에서 제작한 RD-180 엔진을 사용하고 있다.

최근 우크라이나 사태로 인해 미국과 러시아 양국 관계가 악화되면서 국가안보에 중요

한 임무를 러시아산 엔진에 의존하는 것에 대해 심각한 우려가 제기되면서 미 의회는

2019년까지 독자적인 로켓엔진을 개발하고 또한 앞으로 국가안보 임무에 러시아 엔진을

사용하지 못하도록 하는 입법조치를 단행하기에 이르렀다.

2019년 독자발사체 개발 목표에 대해 많은 우려가 제기되는 가운데 ULA사와 SpaceX

사 (Hawthorne, California 소재)의 발사체 개발 노력이 활발히 진행되고 있다. ULA사는

점차 Delta 4와 Atlas 5를 대체할 신형 발사체 Vulcan을 개발 중에 있으며, SpaceX사는

이미 개발되어 운영 중에 있는 Falcon 9 발사체를 국가안보 임무에 사용할 수 있도록 공

군의 인증절차를 밟고 있다.

우주역량이 국가안보에 있어 절대적인 만큼 우주에 진입하기 위한 확실한 방법

(assured access to space)을 갖추는 것은 매우 중요하다. 미국 정부가 국가안보를 위해

한편으로는 비록 적대국임에도 불구하고 러시아산 엔진을 이용하고, 또 다른 한편으로는

러시아에 대한 의존으로부터 벗어나기 위해 독자적인 발사체를 개발하기 위한 정책적 노

력을 기울이는 것을 보면 국가안보와 경제적 비용이라는 두 요소 간의 비교형량 문제가

떠오르게 된다.

이 글에서는 미국 의회의 입법적 조치와 미국 정부의「2013년 국가우주운송정책」

(National Space Transportation Policy 2013: NSTP)을 중심으로 러시아 산 RD-180

엔진을 대체하기 위한 미국의 정책과 노력에 대해 살펴보고자 한다. 미국 정부와 민간 회

사의 발사체 개발 노력과 최근 동향에 대한 내용은 주로 Space News, Space Daily,

Space Flight Insider 등 온라인 기사를 참조하였다.

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II. 미국의 국가안보위성 발사 정책

1. 개 관

미국 정부는 확실한 우주 진입 (assured access to space)을 담보하기 위하여 독자적 우

주운송역량 (domestic space transportation capabilities)을 강화할 것을 천명하고 있으며,

특히 국가안보위성의 발사를 위해 국방부는 최소한 두 종류의 독자 발사체를 확보할 임

무를 갖고 있다 (OSTP, NSTP 2013).

앞서 언급했듯이 미국은 Delta 4와 Atlas 5 등 두 종류의 발사체를 이용해 국가안보위

성을 발사하고 있는데, Delta 4가 미국산 로켓엔진을 사용하는데 반해 Atlas 5는 러시아

산 RD-180 엔진을 사용하고 있다. 이들 발사체는 EELV (Evolved Expendable Launch

Vehicle) 프로그램에 따라 미국 정부의 엄격한 인증절차를 거쳐 국가안보위성을 발사할

수 있는 독점적 지위를 누리고 있다.

그러나 최근 러시아의 우크라이나 침공 및 크림반도의 자국 영토병합 조치로 인해 미-

러 관계가 악화되면서 미국의 국가안보임무를 적대관계에 있는 러시아에 의존하는 것에

대해 우려가 커지게 되었고, 마침내 미국 의회는 2014년 12월에「2015 회계연도 국방수

권법」(National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2015, Public Law

113-291: NDAA 2015)을 통과시키면서 독자발사체 개발을 추진하도록 하는 동시에 러

시아 산 RD-180 엔진을 국가안보목적으로 사용하지 못하도록 하는 내용을 법안에 포함

시켰다.

2019년까지 독자발사체를 개발하려는 목표를 적기에 달성할 수 있을지 많은 우려가 있

지만 이번 법률 제정을 계기로 러시아 로켓 엔진 의존에 종지부를 찍고 보다 효율적이고

경제적인 독자 발사체를 개발하기 위한 정부의 노력과 민간부문의 경쟁은 더욱 치열해

질 것으로 전망된다.

아래에서는 미국 정부가 국가안보위성을 발사하기 위해 시행하는 EELV 발사체 인증

프로그램과 NDAA 2015에 담긴 발사체개발 정책에 대해 살펴본다.

2. EELV 프로그램

가. 배경 및 목적

1990년대 말 연이은 Titan 4 발사의 실패로 미국은 50억 달러 이상의 하드웨어와 3개

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의 국가안보 탑재체를 잃은 희생을 겪었다. 이를 계기로 엄격한 기준 (standard)과 인증

(certification)

제도가

도입되었는데,

이를「소모성발사체개선프로그램」(Evolved

Expendable Launch Vehicle program: EELV 프로그램)이라 한다. EELV 프로그램에 따

라 ULA사의 Delta 4와 Atlas 5 두 발사체가 미 정부의 엄격한 인증절차를 거쳐 국가안

보위성을 발사할 수 있는 발사체로 선정되어 지금까지 독점적 지위를 누리고 있다. 1999

년 이후 국가안보 탑재체 발사는 중대한 실패가 없었다.

EELV 프로그램으로 미 공군과 국가정찰실 (National Reconnaissanace Office)은 국가

안보 및 군사 위성을 궤도에 올릴 수 있는 능력과 발사체를 가지게 되었다. 이들 발사체

에 의해 발사되는 위성 가운데는 10억 달러 이상의 비용과 수년간의 제작기간이 소요되

고 수명이 10년을 넘는 경우도 있다. 이들 위성은 기상, 지도, 군용통신, 정보 및 감시 등

중요한 임무를 수행한다.

2014년 Delta 4와 Atlas 5 발사체를 이용한 발사가 13번 이루어졌는데, 이 가운데 9건

의 발사가 국가안보 임무를 지원하기 위한 것이었으며, 2015년 3월 현재 EELV 발사성공

은 총 78회에 이른다. 2006년 이후 미 국방부는 국가안보탑재체를 안전하게 발사하기 위

해 ULA사라는 단일 기업체에만 의존해 왔다.

나. ULA사의 국가안보위성 발사 독점체제

ULA사는 2006년 Lockheed Martin사와 Boeing사가 50:50으로 투자하여 설립한 합작

회사 (joint venture)로서 Delta 4와 Atlas 5를 이용해 미국 정부의 임무를 독점하고 있

다. Delta 4는 중형급 위성의 발사에 이용되는 반면, Atlas 5는 대형급 위성의 발사에 이

용되고 있다.

(1) Delta 4

Delta 4는 50년 넘게 미국 정부와 상업고객에게 발사서비스를 제공해온 로켓 가운데

최신 계열이다. 이 로켓은 비록 신뢰도가 높기는 하지만 러시아 엔진을 쓰는 Atlas 5에

비해 비싸다는 단점이 있다. Delta 4는 Atlas 5가 취급하는 모든 임무를 발사할 수 있는

가변성 (versatility)을 갖고 있기 때문에 만약 Atlas 5가 잘못되더라도 Delta 4로 우주 진

입이 가능하다는 신뢰를 국방부에게 심어줬다.

그러나 SpaceX사가 이미 검증된 저가의 발사체를 개발하고 금년 중 대형급 로켓을 내놓

을 계획에 있어 Delta 4를 계속 유지해야하는 상황이 깨지게 됐다. ULA사는 1단에 1기의

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CBC (Common Booster Core)를 이용하는 중형급 Delta 4를 2018년 퇴역시킬 계획을 가

지고 있으며, 초대형 위성을 발사할 수 있는 Delta 4 Heavy에 대해서는 고객인 공군이 원

하는 한 계속 제작하겠다고 밝히고 있는데 새로 개발 중인 Vulcan Heavy가 준비되는

2023년이나 2024년에 퇴역할 것으로 보인다.

Delta 4 Heavy는 1단이 세 개의 CBC (Common Booster Core) 로켓단을 나란히 배열

한 형상을 가지고 있으며 비밀 국가안보위성을 발사하는데 사용한다. 이 발사체는 몇 년

에 한 번 발사할 정도로 발사횟수가 많지 않아 한 번 발사하는데 무려 10억 달러의 비용

이 들어 정부나 업계 모두에게 감당하기 어려운 부담을 주고 있다.

(2) Atlas 5

ULA사가 독점 운영하고 있는 또 다른 발사체인 Atlas 5는 러시아의 RD-180 엔진을

사용하기 때문에 Delta 4에 비해 가격이 저렴하지만 근래 안보정세의 변화로 집중 포화

를 맞고 있다. Delta 4가 거의 군사위성만을 발사하는데 비해 Atlas 5는 국가안보위성 뿐

만 아니라 NASA 임무를 취급하는 경우도 많으며 상업위성도 간혹 발사한다.

Atlas 5의 상업임무에 대한 마케팅은 Lockheed Martin사가 담당하고 있으며, 지난 2년

간의 노력으로 장차 로켓 가격을 인하할 수 있을 것으로 기대하고 있다. Boeing사는 빠

르면 2017년부터 우주정거장 (ISS)에 승무원을 보내기 위한 CST-100 임무를 위해 Atlas

5를 이용할 예정이다. Boeing Space Exploration사 (Houston 소재)는 두 개의 CST-100

임무와 추가적인 4개 옵션을 위한 계약을 NASA와 체결하였다. NASA 또한 과학위성의

발사를 위해 Atlas 5를 선정했다.

다. 경쟁체제의 도입 – SpaceX사의 도전

미 국방부와 공군은 정부의 엄격한 인증제도와 ULA사의 독점체제로 인해 국가안보위

성의 발사 비용이 계속 증가하자 2012년 EELV 프로그램에 대한 구조개혁을 단행했다.

미국 정부는 국가안보 목적의 우주발사를 위해 자신의 발사체를 이용하고자 하는 모든

상업회사에게 정부가 관리하는 엄격하고 지속적인 시험과 임무보증 절차에 의해 부여되

는 발사체 공급자 인증 (certified launch provider)을 취득하도록 요구하고 있다. 이렇게

인증을 받은 발사공급자는 기존 ULA사와의 경쟁이 허용된다.

또한 이 구조개편안은 공군으로 하여금 향후 5년간 36회에 달하는 EELV 발사서비스에

대해 ULA사와 협상하여 계약하도록 허용하였다. 이 대량구매 계약 덕분에 미국 산업체

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의 발사 기반 상당부분이 안정화된 것은 물론 2012 회계연도 기준으로 44억 달러 이상

의 세금을 절감하는 등 두 가지 큰 효과를 거둔 것으로 평가된다.

미국의 SpaceX사는 Falcon 9 발사체를 가지고 ULA사의 독점체제에 대해 거센 도전을

하고 있으며, 2015년 상반기 내에 공군으로부터 국가안보위성을 발사할 수 있는 인증을

받을 것으로 예상하고 있다. SpaceX사는 ULA사의 국가안보시장에서의 독점권을 깨기 위

해 연방법원에 제소하는 등 분투하고 있다.

3. 독자 발사체 개발 및 대 러시아 엔진 의존 탈피 정책

가. 개관

최근 우크라이나 사태를 계기로 러시아의 RD-180 엔진을 국가안보위성의 발사에 계속

이용할 수 있을 것인가에 대한 우려가 커지면서 새로운 독자 로켓추진시스템 (rocket

propulsion system)에 대한 개발 압박이 거세지게 되었고, 이에 의회는 2014년 12월

「2015 회계연도 국방수권법」(National Defense Authorization Act for Fiscal Year

2015, Public Law 113-291: NDAA 2015)을 통과시키면서 국가안보위성의 발사와 관련

된 두 가지 주요 정책을 법안에 포함시켰다.

이 법률에 담긴 정책 가운데 첫 번째는 미국산 독자 발사체를 개발하는 것이고, 두 번

째는 더 이상 러시아 산 로켓을 국가안보 임무에 사용하지 못하도록 한 것이다. 이 두 정

책은 그 궤를 같이 한다고 볼 수 있는데, 궁극적으로는 국가안보에 관련된 임무에 대해서

는 어떠한 안보상황에도 흔들리지 않는 독자적인 역량을 갖추어야 한다는 당위론에 기초

하고 있다.

NDAA 2015 법률 제정으로 독자발사체를 개발하기 위한 노력은 한층 가속화되겠지만

국방부와 공군을 중심으로 개발목표의 달성 가능성에 대한 회의가 매우 큰 상황에서 러

시아 엔진 사용금지 조치로 인해 자칫 안보위성의 발사에 차질을 빚어 안보공백을 초래

할지도 모른다는 우려를 낳고 있다.

아래에서는 NDAA 2015에 담긴 주요정책과 이에 대해 제기되고 있는 우려 사항에 대

해 살펴본다.

나. 독자 로켓 엔진 개발

NDAA 2015에 따르면, 국방부 장관은 차세대로켓추진시스템 (next generation rocket

propulsion system)을 개발할 의무를 갖고 있다 (Section 1604). 이는 국가안보 목적으로

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우주발사를 하는데 있어서 비동맹국의 우주발사체 엔진을 이용하는 것을 지양하고 독자

적인 (domestic) 엔진 보유 체제로 효과적이고 효율적이며 신속하게 전환 (transition) 하

기 위함이다. 이 프로그램은 2014년 러시아가 자국 영토로 합병해 버린 우크라이나 영토

인 Crimea의 이름을 따서 CRIMEA (Competitive Rocket Innovation Motor/Engine

Arrangement)로 불리기도 한다.

이 신규 엔진은 개발목표가 2019년으로 설정되어 있으며 반드시 미국 내에서 완전 공

개경쟁 하에서 민-관 공동으로 개발하고 미국의 발사공급업체가 구매할 수 있도록 허용

되어야 한다는 법적 제한 조건을 두고 있으며, 국방부 장관으로 하여금 2015년 6월 까지

신규 엔진 개발 계획 및 비용을 담은 보고서를 의회에 보고하도록 규정하고 있다.

미 의회는 별도의 국방세출법안을 통해 신규 대체엔진 개발비용으로 2015년도에 2.2억

달러를 배정하였다. 이 세출 계획은 공군의 반대에도 불구하고 채택되었는데, 당초 공군

은 새로운 엔진을 획득하기 위한 방안이 불분명하고, 현재 이용 가능한 어떠한 발사체라

도 새로운 엔진에 맞추기 위해서는 전면적인 수정이 불가피하다는 이유를 들어 난색을

표했었다.

국방부는 새로운 엔진을 개발하더라도 이는 기존의 발사체에 그대로 조립되어 사용할

수 없는 또 하나의 엔진에 불과하다고 비판하고 있다. 두 개 이상의 발사체 요건을 모두

만족시킬 수 있는 독립적인 (stand-alone) 로켓을 개발하는 것은 거의 불가능하며 단 하

나의 발사체조차도 새로운 엔진에 맞추기 위해서는 대폭적인 수정이 불가피하다고 보고

있다.

다. 러시아 엔진 사용 금지

바로 앞에서 설명한 미국의 독자 발사체 엔진 개발 정책과 더불어 또 한 가지 중요한

정책은 러시아 산 엔진을 국가안보위성 발사목적으로 사용하는 것을 금지시켰다는 점이

다 (Section 1608).

러시아의 RD-180 엔진은 과거 30년 간 80회의 발사성공이라는 전례 없는 기록을 갖

고 있으며, 미국의 Atlas 5 발사체에 탑재되어 대부분의 미국 정부위성과 사실상 모든 국

가안보위성을 발사하는데 사용되고 있다. RD-180 엔진은 러시아의 NPO Energomash사

가 제작하고, ULA사에 대한 판매는 Energomash사와 United Technologies Corp.사의 합

작회사인 RD-Amross사가 담당하고 있다.

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미 국방부는 NDAA 2015 법률이 제정된 2014년 12월부터 러시아에서 설계 혹은 제작

된 로켓 엔진을 EELV 프로그램 목적으로 사용하기 위한 신규 계약의 발주나 기존 계약

의 갱신을 할 수 없게 됐다. 다만, 러시아산 로켓 엔진을 사용하지 않고서는 공정하고 합

리적인 (fair and reasonable) 가격으로 발사 계약을 체결할 수 없는 경우에는 예외적으

로 가능하나, 이러한 예외조치는 반드시 국가안보이익에 필요한 범위 내에서만 허용이 되

며, 예외허용 30일 전에 이를 의회에 입증해야하는 등 엄격한 요건을 부여하고 있다.

의회의 금지조치는 국방부가 2013년 12월 18일 이전에 체결한 계약에 따라 발주하거

나 옵션 행사에 의해 도입하는 로켓 엔진에는 적용되지 않는다. 또한 2014년 2월 1일 이

전에 체결된 엔진 도입 계약에 따라 도입되는 엔진을 이용하는 경우 역시 의회의 금지조

치 대상에서 면제가 되지만 국방부는 해당 계약이 이전에 체결된 유효한 계약임을 의회

에 입증해야 한다.

앞서 설명했듯이, 미 의회는 공군에게 RD-180 대체 작업을 시작하도록 명령하고 2015

년에 2.2억 달러를 배정하였으나 공군은 2019년 까지 새로운 엔진을 발사할 준비가 될지

의문을 가지고 있다. 미 국방부는 이 러시아 엔진의 이용에 대한 재평가를 수행하였으며

초기 단계로 4천만 달러를 배정하여 엔진 위험 감소 (risk reduction) 업무에 착수하도록

하였다.

ULA사는 로켓 운용/시험 중 폭발로 인하여 주요 시험 기반시설이 파괴될 수 있기 때

문에 러시아로부터 추가적으로 엔진을 도입할 수 있도록 러시아 엔진 사용금지조치를 완

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화해 줄 것을 요구하고 있다. 현재의 법률 규정에 따르면 2014년 2월 1일 이후 구입하는

엔진을 국가안보목적으로 사용하는 것은 금지되어 있다.

ULA사의 경쟁사인 SpaceX사는 RD-180 엔진 사용 금지조치를 해제하는 방안에 대해

반대하고 있다. SpaceX사는 미국의 우주진입을 보장하기 위해 단 하나의 RD-180 엔진

도 추가적으로 필요하지 않으며, ULA사의 Delta 4 시리즈와 SpaceX사의 Falcon 로켓

등 두 계열의 미국산 발사체만으로 국가의 발사수요를 100% 충족시킬 수 있다고 주장하

고 있다.

이러한 법률 규정으로 인해 2024년까지 40회에 이르는 발사 가운데 ULA사가 RD-180

엔진으로 경쟁할 수 있는 것은 5차례에 불과하기 때문에, 대부분의 경우에 Atlas 5 보다

최소 25%나 비싼 Delta 4를 가지고 SpaceX사와 경쟁을 할 수 밖에 없는 상황이 벌어질

수도 있다. 당초 의회는 최소 14개의 RD-180 엔진이 경쟁에 가능할 것으로 보았기 때

문에 이 경쟁 의도를 유지하기 위해 금지조치를 완화하기 위한 움직임이 있으며, 만약 이

렇게 된다면 Atlas 5와 Falcon 9 간의 경쟁을 통해 국방부의 예산절감에 도움이 될 수

있을 것이다.

이번 의회의 러시아 엔진 사용 금지 조치는 국가안보위성의 발사에 국한되는 것이기 때

문에 정부의 여타 임무 및 상업용 발사에는 적용되지 않는다. ULA사는 이번 의회의 조

치에도 불구하고 Atlas 5의 상업임무를 위해 러시아 엔진 30기를 추가로 구매하는 방안

을 검토 중인 것으로 알려졌다. 이들 엔진은 2017년 초부터 ISS 우주인 운송사업 등 상

업운송 시장에서 사용될 것으로 예상된다.

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III. 미국의 국가안보위성 발사체 개발 동향

1. 개 관

ULA사는 지금까지 Delta 4와 Atlas 5 등 두 종류의 발사체를 가지고 국가안보위성의

발사를 독점해 왔으나 최근 경쟁체제의 도입으로 SpaceX사로부터 거센 도전을 받고 있

다. Atlas 5는 의회의 러시아 엔진 사용금지 조치로 2019년부터 더 이상 사용할 수 없게

됐고, Delta 4 역시 훨씬 더 저렴한 SpaceX사의 Falcon 9 로켓이 등장하면서 이를 계속

유지할 명분이 사라지게 되었다.

ULA사는 Delta 4를 상대적으로 저렴한 Atlas 5로 대체하고 궁극적으로는 Atlas 5 또한

신형 발사체로 대체하기 위한 개발 노력을 진행하고 있다. 한편, SpaceX사는 이미 개발

되어 검증되고 발사비용이 상대적으로 저렴한 Falcon 9 발사체에 대한 공군의 인증을 앞

두고 있다.

NDAA 2015의 제정으로 두 회사 간의 개발 경쟁은 더욱 가속화되겠지만, 한편으로

2019년 개발 목표에 차질이 생길 경우 자칫 안보공백이 초래되지 않을까 하는 우려의 목

소리도 크다.

2. ULA사 – “차세대발사시스템” Vulcan

ULA사는 빠르면 2018년에 중형급 Delta 4 발사체를 퇴역시키고 이보다 더 저렴한

Atlas 5만 사용할 예정이다. 초대형급 위성을 발사할 수 있는 Delta 4 Heavy는 공군이

원하는 한 계속 사용하지만 궁극적으로는 2020년 이후에 Delta 4와 Atlas 5 모두를 대체

할 완전히 새로운 로켓인 New Generation Launch System (NGLS) 발사체를 내놓을 계

획이다. 이 신형 발사체는 일반인 공모를 통해 Eagle, Freedom, GalaxyOne, Vulcan,

Zeus 등 5개의 후보 명칭 가운데 Vulcan으로 명명되었다.

Vulcan 발사체는 점진적 개발계획 (incremental plan)을 채택하고 있어 순차적으로 신

형 1단 개발, 신형 2단 개발, 그리고 궁극적으로는 상공에서 회수하여 재사용할 수 있는

엔진 (reusable engine) 개발이라는 3단계로 구성되어 있다.

이 계획은 SpaceX사의 저비용 Falcon 9에 대적할 수 있는 좋은 방안이 될 수 있겠으

나 한편으로는 막대한 개발 비용을 9년 간 투입해야 한다는 점에서 ULA사에게는 위험한

도전이 될 수도 있다.

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일반적으로 새로운 발사체를 개발하는 데는 주 엔진 개발

비용 10억 달러를 포함해 20억 달러가 소요되는데 업계에서

는 Vulcan 발사체 개발에 20억 내지 30억 달러가 들어갈

것으로 전망하고 있다. ULA사는 전략적 동반자들과 함께

개발비용을 부담하되 정부의 지원도 배제하지 않고 있다.

Vulcan 발사체의 발사비용은 1억 달러 미만이 될 것으로

예상되며, 신형 2단과 고체로켓 부스터를 추가로 장착하는

Vulcan Heavy 발사체는 2억 달러 미만으로 전망된다. 공군

의 대량구매계약에 따른 Atlas 5 발사비용은 1억 6,400만

달러이고, Delta 4 Heavy는 무려 4억 달러에 이른다.

[1 단계 – 신형 1단 개발]

Vulcan 프로그램의 1단계는 신형 1단 로켓의 개발이다.

ULA사는 2019년 완성을 목표로 두 가지 방안의 1단 엔진

개발을 진행 중인데, 첫 번째 방안은 Blue Origin사 (Kent,

Washington 소재)가 ULA사와 협력하여 설계, 개발하고 있

는 BE-4 엔진이고, 다른 하나는 Aerojet Rocketdyne사

(Sacramento, California 소제)가 제안한 AR-1 엔진이다.

Blue Origin사의 BE-4 엔진이 우선 대상자로 선정되어

2017년에 출시될 예정이며, AR-1 엔진은 BE-4 엔진 개발

에 차질이 있을 경우를 대비하여 병행 개발되는 백업용으로

BE-4 엔진 보다 2년 늦은 2019년 완료를 목표로 하고 있다. 최종 구매선은 2016년에

결정될 예정이다. Blue Origin 로켓 회사는 Amazon.com사의 창업주인 Jeff Bezos가

이끄는 회사이다.

RD-180 엔진이 고밀도 케로신 (kerosene)을 사용하는 것과 달리 BE-4 엔진은 액화천

연가스 메탄을 사용하기 때문에 Atlas 5 1단에 대한 수정이 필요하다. 이밖에 Vulcan 발

사체 1단은 액화 수소를 사용하는 Delta 4 보다 확장된 연료 탱크 (stretch version)를 채

택할 예정이다.

2019년 완료를 목표로 개발되고 있는 초기 Vulcan 발사체의 2단으로는 현재 Atlas 5에

장착된 것과 동일한 Centaur 상단부 (upper stage)와 페어링 (fairing)이 사용될 예정이

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다. 페어링 직경은 4~5 미터로 다양하게 구성된다.

Vulcan 발사체는 최대 6개의 고체로켓 부스터를 추가함으로써 탑재중량을 높일 수 있

는데, 이는 CBC 3기를 적용한 Delta 4 Heavy에는 미치지 못하지만 Atlas 5의 최대 중

량 모델보다는 크다. 이 로켓 부스터는 Orbital ATK사나 Aerojet Rocketdyne사가 제작

할 가능성이 높다.

<6개 부스터가 장착된 Vulcan 발사체 다이어그램>

ULA사는 Vulcan 발사체 인증 의향서를 2015년 2월에 공군에 제출하였으며, 2015년 8

월 공군과 공동연구개발협약 (cooperative research and development agreement:

CRDA)을 체결할 것으로 예상하고 있다. 이 인증절차는 BE-4엔진과 AR-1 엔진 모두에

대해 별개로 진행할 예정이다. Vulcan 발사체의 부품 생산은 2017년에 개시될 예정이며,

BE-4 엔진 부품은 이미 시작되었다.

[2 단계 – 신형 2단 개발]

Vulcan 발사체 개발의 2단계는 신형 2단의 개발에 있다. ACES (Advanced Cryogenic

Evolved Stage)라고 알려져 있는 이 상단부는 수 주일에 걸쳐 작동이 가능하여 탑재중량

을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

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ACES 2단은 대형 탱크에 실린 극저온 추진제를 최대한 이용하는데 주안점을 두고 있

다. 추진제는 일반적으로 다 사용되지 못하고 일부가 남게 되는데, 임무에 따라 1개에서

4개의 엔진으로 구성된 ACES는 연소가스를 재활용하여 탱크를 가열함으로써 결과적으로

압력이 높아진 탱크의 추진제를 거의 남김없이 활용할 수 있다.

ACES는 점멸 후 제한 없이 재점화가 가능하기 때문에 궤도상의 운용 시간을 수 주일

까지도 연장 가능하다. 이 액체 산소/액체 하이드라진 추진 2단은 증발되는 연료를 재순

환 (recycle) 하여 자세 수정 (attitude control) 및 전력 생산용으로도 사용할 수 있어서

별도의 자세 제어용 하이드라진 추력기 (thruster)가 필요치 않다. 내연기관은 잔디 깎는

기계의 엔진과 비슷한 크기로 미국의 경주용차 엔진을 제작하는 Roush Motors사가 개발

하고 있다.

2단 엔진 후보로는 Aerojet Rocketdyne사가 생산해서 Atlas 5와 Delta 4 모두에 사용

되고 있는 RL10 개량형과 Blue Origin사의 BE-3U (‘U’는 upper stage를 의미), 그리고

XCOR Aerospace사 (Mojave, California 소재)와 공동으로 개발하고 있는 XR-5K18 피

스톤 추진 액체 하이드라진 엔진을 들 수 있다. 최종 선정은 앞으로 몇 년 내에 이루어질

예정이다.

ACES 상단은 2023년 Vulcan 발사체에 처음으로 탑재될 것으로 예상되는데, 이렇게 되

면 재사용 횟수에 제한을 받지 않고 수 주일 간 궤도에서 작동할 수 있는 능력으로 다양

한 가능성을 열게 될 것이다. 소위 “분배 발사 개념” (distributed launch concept)이 가

능해짐으로써 임무에 따라 다양한 운용 방안이 궤도상에서 실현될 것으로 보인다.

ACES를 탑재하고 부스터를 덧붙이면 (strap-on) 현재 미국 최대 용량의 발사체인

Delta 4 Heavy 보다도 30% 더 높은 탑재 중량을 얻을 수 있다.

[3 단계 - 재사용 가능 엔진 개발]

Vulcan 발사체 개발의 마지막 단계는 재사용 가능한 1단 엔진의 개발이다. 이 신형발

사체의 1단은 SMART (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology) 프로세스

를 이용해 1단 엔진을 회수하여 재사용한다. 1단 엔진이 연소되고 나면 두 개의 엔진이

탱크에서 분리되고 대기권 진입 속도를 낮추기 위해 불연성 열차폐막 (inflatable heat

shield)이 전개된다. 이어 조종 가능한 낙하산 (parafoil)이 펼쳐지면서 하강 속도가 낮춰

지면 헬리콥터가 상공에서 이를 낚아채어 회수하게 된다. 이는 초기 스파이 위성에서 필

름통을 회수하기 위해 이용하던 방식과 다르지 않다.

회수된 엔진은 재인증을 거쳐 다시 사용하게 되는데, 로켓 비용의 2/3를 엔진이 차지하

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는 만큼 이 재사용성 (reusability)은 매우 중요하다. 재사용 가능 엔진은 2024년 첫 선

을 보일 예정이다. ULA사는 궁극적으로 대형 추진제 탱크를 이용해서 궤도상의 위성에

연료를 공급하는 방안도 계획하고 있다.

한편, ULA사는 현재 Cape Canaveral 공군기지 (Florida)와 Vandenberg 공군기지

(California)에 Atlas 5와 Delta 4 발사용으로 총 5대의 발사대 (launch pad)를 운영하고

있는데, Vulcan 발사에 필요한 기반시설에 대한 연구가 아직 진행 중이지만 발사대를 각

기지 별로 하나씩 총 두 개로 줄일 계획을 갖고 있다.

3. SpaceX사 – Falcon 9

SpaceX사는 이미 개발되어 검증된 Falcon 9 발사체를 보유하고 있으며, 2015년 6월

까지 공군으로부터 국가안보위성을 발사할 수 있는 인증을 받을 것으로 예상하고 있다.

공군의 인증절차는 당초 2014년 12월 까지 완료될 것으로 예상했으나 Falcon 9 발사

체 개발 당시 공군이 프로그램에 관여를 전혀 하지 않았기 때문에 인증이 늦어지고 있는

것으로 보인다. 공군의 인증절차가 시작된 것은 Falcon 9 발사체가 상업적으로 이미 개

발된 이후 2013년에 공군과 공동연구개발협약 (CRDA)이 체결되고 나서부터이다. 이에

반해 ULA사는 인증절차를 완화할 목적으로 Vulcan 발사체 설계단계부터 공군을 참여시

키고 있다.

SpaceX사는 금년 말까지 1단에 Falcon 9 1단 Core 3기를 적용하여 대형위성을 발사할

수 있는 Falcon Heavy 로켓을 내놓을 계획이다. Falcon Heavy는 ULA사의 Delta 4

Heavy와 경쟁할 것이며, 빠르면 2018년 까지 인증을 받을 것으로 전망하고 있다.

SpaceX사는 재사용가능한 로켓 시스템을 대서양의 해상 유동 착륙기지 (floating

barge)에 착륙 시키는 시도를 통해 발사비용을 절감하기 위한 노력을 하고 있다. 지금까

지 2015년 1월과 4월에 두 번의 시도가 실패하긴 하였지만 조만간 성공을 거둘 것으로

낙관하고 있다. Vulcan 발사체가 1단에서 엔진만을 분리해서 회수하는데 비해 Falcon 발

사체는 1단을 통째로 회수하여 재사용하는 개념이다.

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IV. 평가 및 시사점

미국 정부는 국가안보 목적을 위해 확실한 우주진입 (assured access to space)을 담보

해야한다는 국가우주운송정책을 달성하기 위한 방법으로 Delta 4 발사체와 함께 비용 효

과적인 러시아의 RD-180 엔진을 탑재한 Atlas 5 발사체를 선택했다. 1995년 결정 당시

에는 확고한 정책과 비용절감이라는 명분이 있었으나 이제는 러시아 추진 시스템에 대한

의존으로부터 탈피해서 보다 효율적이고 수용 가능한 (affordable) 대체 발사체를 개발해

야하는 당위성을 안게 됐다.

「2015 회계연도 국방수권법」(NDAA)에 따라 미국 정부는 더 이상 러시아 산

RD-180 엔진을 국가안보 목적으로 사용할 수 없게 됨과 동시에 2019년 까지 미국 자체

로켓추진시스템을 개발해야하는 목표를 부여받았다. 이에 따라 지금까지 국가안보위성의

발사 서비스를 독점해왔던 ULA사는 고비용의 Delta 4를 퇴역시킴과 동시에 RD-180 엔

진을 탑재한 Atlas 5를 대체할 새로운 발사시스템인 Vulcan 발사체 개발계획을 내놓았

다. 한편, ULA사의 독점체제에 거센 도전을 하고 있는 SpaceX사 역시 기존의 Falcon 9

발사체에 대한 공군의 인증을 앞두고 있어 미국 국가안보위성의 발사체 시장은 ULA사와

SpaceX사의 경쟁체제로 접어들게 됐다.

미 공군은 2019년 까지 독자 발사체를 개발하는데 대하여 회의적인 시각을 갖고 있으

며, 러시아 산 RD-180 엔진을 더 이상 사용하지 못함에 따라 자칫 안보 공백을 초래하

지 않을까 심각한 우려를 나타내고 있다. 새로운 로켓 엔진을 개발한다는 것은 기존의 발

사체 시스템을 대폭적으로 수정해야한다는 것을 의미하고, 이는 결국 최소한 8년이 소요

되는 새로운 발사체 시스템을 개발하는 것과 다름없다고 보고 있다. 더군다나 시험과정에

서 만약 폭발 사고라도 일어나게 되면 우주기반시설을 다시 구축해야하는 문제가 발생하

게 된다.

새로운 발사체를 개발하는데 비록 많은 시간과 노력이 들어가지만 미국 의회의 러시아

엔진 사용금지 조치와 우주발사 경쟁체제의 도입으로 보다 비용 효과적이고 효율성이 높

은 발사체 개발 노력은 가속화될 것이다. 궁극적으로, 국가안보임무를 담당하는 발사체를

최소한 두 종류 이상 확보해야한다는 미국의 국가우주운송정책은 ULA사의 Vulcan발사체

와 SpaceX사의 Falcon 9 발사체의 쌍두마차 체제로 귀결될 것으로 전망된다. 기존의 체

제와 다른 것은 두 발사체 모두 미국산이라는 것이다.

우리는 우리의 국가안보를 위해서 어떻게 우주발사체를 개발하고 확보할 것인가? 이번

미국의 발사체 개발 정책 전환과 개발동향을 살펴보면서 국가안보와 경제적 비용이라는

두 요소를 생각해 보았다. 우주사업에는 엄청난 비용이 들기 때문에 혹자는 발사체 개발

에 들어가는 비용을 서민들 아파트 공급에 쓰는 게 더욱 경제적이라고 주장하기도 하고,

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혹은 막대한 비용을 들여 독자 발사체를 개발하기 보다는 이미 개발된 외국의 값싼 발사

서비스를 이용하는 것이 좋다고 주장하기도 한다.

국가의 존립이니 국가안보니 하는 당위성을 떠나 미국의 발사정책을 살펴보면 국가안보

와 경제적 비용 간의 우선순위와 함께 미국의 실용적 정책을 엿 볼 수 있다. 먼저, 미국

은 국가안보임무를 수행하는 발사체를 최소한 두 종류 이상 확보할 것을 정책 1순위로

두면서, 그 실천방법으로 자국 산 Delta 4와 함께 러시아 엔진을 사용하는 Atlas 5를 선

택했다.

미국이 지금까지 자국의 국가안보를 위해 잠재적 위험 국가의 로켓엔진에 의존해 온 것

이 아이러니 하지만 이는 미국이 Delta 4라는 독자발사능력과 함께 다른 전력자원을 충

분히 가지고 있었기 때문이라고 본다. 최근 미국과 러시아 양국 간의 관계가 악화되면서

러시아 엔진의 이용을 금지한 것 역시 이미 나름의 독자적인 안보역량이 있음은 물론 새

로운 발사체를 개발할 수 있는 재원과 충분한 기술이 있기 때문일 것이다.

국가안보는 이를 이루려는 국민들의 의지가 있어야 가능하다. 지난 번 한명기 국사학자

의 임진왜란에 관한 동영상 강연을 본 적이 있다. 한 교수는 2012년 우리의 아리랑위성

3호가 일본의 H-2A 로켓에 실려 일본의 다네가시마 우주센터에서 발사된 것에 대해 소

회를 표한 적이 있다. 다네가시마 섬은 서양의 조총이 최초로 일본에 전해진 곳으로 결국

그 조총이 임진왜란 때 우리를 겨누었음에도 임진왜란으로부터 7주갑 (1갑은 60년, 즉 7

주갑은 420년)이 되는 2012년에 과거 조총에 해당되는 현대적 기준이라 할 수 있는 일본

로켓에 우리의 첨단 위성이 실려 발사된 것에 대해 안타까움을 표하면서 역사를 잊지 말

자고 하였다.

바로 얼마 전에는 미국의 한 의원이 앞으로 미국은 국가안보목적으로 중국과 러시아의

기상위성 데이터를 사용하지 못하도록 하는 법안을 발의한 적이 있다. 가령 해군을 격랑

해역으로 보내거나 혹은 공군 편대가 난기류 지역을 통과해야하는데 만약 이들 적대 국

가의 잘못된 기상 정보에 의존하는 경우 국가안보는 절대적으로 취약해질 수밖에 없기

때문이다. ‘정보전쟁’ (information war)에 대한 우려를 나타내는 것이다.

일반적으로 신형 발사체를 개발하는 데는 약 8년의 시간과 20억 내지 30억 달러의 개발비

용이 소요되는 것으로 알려져 있다. 우리는 러시아의 지원으로 우주발사체 나로호를 발사한

적이 있다. 그러나 단 한 번의 발사로 모든 것이 이루어졌다고 볼 수 없으며, 이는 겨우 시작

에 불과하다. 단 하나의 발사체만이라도 독자적인 역량을 갖추기 위해서는 지속적인 투자와

인내가 필요하다고 본다. 국가안보와 우주분야에서 또 하나의 징비록을 남길 수는 없지 않은가!

※ 이 글 가운데 발사체 개발 동향 및 사진은 Space News, Space Daily, Space Flight Insider 등 인터넷

기사를 참조하여 작성하였습니다.