안전 관계자들, 대형 로켓 폭발의 위험을 드디어 파악

출처: Ars Technica

현실 세계

블루 오리진 폭발로 인한 과압이 발사대에서 약 1마일 떨어진 격납고의 창문을 파손시켰다.

블루 오리진의 뉴 글렌 로켓이 플로리다 케이프 커버럴 우주군 기지의 발사 복합체 36에서 화염구를 일으키며 폭발했다.

크레딧:
Adam Bernstein/Spaceflight Now

지난 주 플로리다 케이프 커버럴에서 발생한 뉴 글렌 로켓 폭발은 블루 오리진과 NASA에 명백한 차질을 가져왔지만, 연간 수백 차례의 발사를 허용하려는 우주항구 개방을 준비 중인 안전 관계자들에게는 귀중한 학습 경험이 되었다.

플로리다 스페이스 코스트에 위치한 발사 기지는 새로운 방문객들로 붐빌 준비를 하고 있다. 스페이스X는 초대형 스타십 로켓을 위한 다수의 발사대를 건설 중이며, 이는 스페이스X 경쟁사인 블루 오리진과 유나이티드 론치 얼라이언스가 운영하는 발사대와 몇 마일 이내에 위치하게 된다. 또 다른 두 기업인 스톡 스페이스와 릴러티비티 스페이스도 케이프 커버럴 우주군 기지의 좁은 해안선에 발사장을 개발하고 있다.

이들 모두는 곧 케로신, 액체 수소, 고체 추진제 대신 메탄이나 액화천연가스를 연료로 사용하는 로켓을 보유하게 될 것이다. 전환에는 기술적인 타당성이 충분하지만, 지난 주까지 엔지니어들은 완전 충전된 로켓이 발사대에서 혹은 이륙 직후 폭발했을 때 수백만 파운드의 메탄과 액체 산소가 초래할 수 있는 피해에 대한 실제 데이터를 거의 가지고 있지 않았다.

우주군은 2036년까지 연간 500회까지 발사를 지원할 수 있을 것으로 전망하고 있으며, 이는 전년 대비 5배에 달한다. 이러한 높은 발사 전망과 우주군의 보수적인 안전 프로토콜이 결합되면서 케이프 커버럴 우주항구에서 일부 긴장이 고조되고 있다.

스페이스X의 재사용 가능한 초대형 스타십 로켓이 매일 발사·착륙을 반복하면 경쟁사 시설도 안전상의 이유로 대피해야 할 가능성이 제기되고 있다. 우주군은 메탄·액체 산소(메탈록) 로켓에 대해 엄격한 규정을 유지하고 있다. 반면 케로신과 수소는 이미 잘 알려진 연료다.

현재 군 관계자들은 메탈록 로켓을 “폭발당량 100 % TNT”로 간주하고, 로켓에 연료가 충전된 상태에서는 발사대 주변에 넓은 금지 구역을 설정하고 있다. 이는 우주항구 내 공공 및 작업자 안전을 보장하기 위한 조치다. 메탄 연료 로켓의 폭발 특성에 대한 데이터가 축적되면 금지 구역을 점차 축소할 수 있을 것으로 기대한다. 이를 위해 NASA, 우주군, 스페이스X는 소규모 지상 실험을 수행하여 메탄의 폭발 효율을 측정하고 있다.

그림: 케이프 커버럴 플로리다에 위치한 우주군 우주 발사 복합체 37의 두 발사대에 스타십이 겹쳐진 모습을 묘사한 아티스트 일러스트.
크레딧: SpaceX

현실 세계 데이터

지난 목요일 케이프 커버럴에서 블루 오리진이 뉴 글렌 부스터에 메탄과 액체 산소를 가득 채우고 발사 복합체 36에서 점화 테스트를 진행하면서 100 % 폭발당량 정책이 적용되었다. 두 번째 단계는 액체 수소와 액체 산소로 채워졌으며, 블루 오리진 발사팀은 로켓의 7개 BE‑4 엔진을 짧게 점화하는 테스트 카운트다운을 진행했다.

엔진이 점화되자 화염구가 로켓을 감싸며 발사체를 파괴하고 발사대 대부분을 손상시켰다. 이번 폭발로 블루 오리진의 유일한 발사 시설이 가동 중단되었다. 회사는 연말까지 현장을 복구하고 발사를 재개하겠다고 밝혔지만, 과거 발사대 복구에는 최소 두 배 이상의 시간이 소요된 바 있다. 스페이스X는 2016년 유사한 정적 시험 중 팔콘 9 로켓이 폭발한 뒤 발사대를 복구하는 데 약 15개월이 걸렸다. 그 사건은 이번 블루 오리진 사고보다 규모가 작았다.

“뉴 글렌은 동부 사범에서 우리가 발사한 가장 큰 로켓이며, 그만큼 연료도 가장 많았습니다.”라고 케이프 커버럴 우주항구를 운영하는 우주군 부대 사령관 브라이언 챗맨 대령이 말했다. “그 때문에 여기서 발생한 폭발은 가장 규모가 큰 것이었습니다.”

인명 피해는 없었다. 폭발로 로켓을 수평으로 이동시킨 뒤 수직으로 들어올리는 운송·설치 장비가 파괴되었다. 블루 오리진은 해당 장비를 교체하지 않고, 발사 복합체 36에서 뉴 글렌 운용을 재개할 때 “대체 수직 콘셉트(Concept of Operations)”를 적용하겠다고 밝혔다.

폭발하는 로켓은 발사 사업에서 새로운 현상이 아니다. 초기 우주 시대에는 발사체가 발사대에서 폭발하는 사례가 흔했다. 뉴 글렌보다 큰 로켓이 전량 연료를 실은 채 발사대에서 실패한 사례는 50년 전 소련의 N1 로켓이 유일하다(동영상 보기).

우주군에 따르면, 지난 주 불운한 뉴 글렌 시험의 폭발 위험 구역(BDA)은 100 % 폭발당량을 가정했을 때 직경 7,174피트(평균 거리 3,587피트)로, 약 2/3마일에 해당한다. 블루 오리진이 연료를 주입하기 전