영국 잉글랜드 옥스퍼드셔 소재 컬럼과학센터(CSC). 이곳의 야외실험장에는 제트엔진 한 기가 거대한 공기배출구를 부착한 채 놓여있다.

엔진이 굉음을 내며 가동될 때는 공기배출구에 흰색 수증기가 뿜어진다. 일반인들은 십중팔구 공장 굴뚝이 연상되겠지만 리액션 엔진스의 사장 겸 기술책임자인 알란 본드의 눈에는 미래지향적인 뭔가가 보이는 것 같았다.“저희는 지금 교통수단의 혁명을 보고 있는 겁니다. 제게 있어 이 엔진은 재사용이 가능한 세계 최초의 우주비행선을 탄생시킬 단초에요.

완성된다면 이제껏 우주비행에 쓰인 어떤 우주선도 해내지 못했던 고도의 신뢰성과 경제성을 갖춘 정기적 지구저궤도 비행을 실현시킬 수 있죠.”본드 사장은 지난 1989년 두 명의 동료와 함께 바로 이런 꿈을 이루기 위해 항공우주기업 리액션 엔진스를 창립했다.

그리고 지금껏 ‘스카이론(Skylon)’이라 명명한 미래형 우주비행선 개발에 매진해왔다.이 우주비행선은 초음속 여객기 콩코드를 연상시키는 동체를 갖고 있으며, 일반 여객기처럼 활주로에서 이·착륙한다. 하지만 이륙 후 마하 5.2로 가속, 로켓처럼 대기권을 벗어나 지구저궤도로 진입한다.스카이론이 이 같은 능력을 발휘할 수 있는 핵심은 CSC에서 실험 중인 차세대 엔진 ‘세이버(SABRE)’다.

화학로켓엔진과 제트엔진을 융합한 하이브리드 엔진으로 외부 액체산소 탱크를 통해 산화제(산소)를 얻는 우주왕복선과 달리 공기 중에서 산소를 확보하는 독창적 구조로 설계돼 있다. 때문에 세이버 엔진은 우주왕복선을 포함한 일반적 우주발사체와 달리 부스터가 불필요하다는 게 리액션 엔진스 마크 햄프셀 박사의 설명이다.“소모성 부품인 로켓 부스터는 사람과 물자를 우주로 보내는데 필요한 시간과 비용을 늘리는 주범이에요. 부스터가 없는 스카이론은 비행을 마치고 착륙한지 48시간 만에 다시 우주로 나갈 준비를 마칠 수 있습니다.” 반면 외부연료탱크 1개와 로켓 부스터 2기를 갖춘 우주왕복선의 경우 귀환 후 재발사까지 무려 두 달이 소요된다.

대기권 탈출 및 재진입시 동체에 손상을 입는 탓이다.경제성 측면에서도 스카이론은 우주왕복선 대비 10배나 뛰어나다.

우주왕복선은 1회 발사에 1억 달러가 들어가지만 스카이론은 회당 1,000만 달러까지 단가를 낮출 수 있을 것으로 보고 있다. 민간우주기업 스페이스X가 개발한 팰콘9 로켓의 목표 발사 단가인 5,000만 달러보다도 월등히 저렴한 수준이다.이와 관련 엔진이 스카이론을 우주로 보낼 만큼 강력한 추진력을 내면 엄청난 열이 발생하는데 이는 기술적 문제를 유발한다.

뜨거운 공기는 압축이 어려우며, 연소실 내에서 공기의 압축이 원활치 않으면 엔진의 출력과 효율이 떨어지는 것. 즉 스카이론이 성공하려면 엔진 내부로 유입된 공기를 급속 냉각시켜 터보압축기로 보내는 기술이 반드시 요구된다.

세이버가 바로 그런 엔진이며, 작년 11월 초저온 액체헬륨을 채운 열교환기를 활용해 엔진 이상을 초래할 수 있는 성에를 발생시키지 않으면서 고온의 공기를 급속 냉각시키는 실험에 성공했다.

이에 주목한 유럽우주기구(ESA)가 지난해 리액션 엔진스의 설계안을 검토, 스카이론 제작에 기술적 장애물이 없다는 결론을 내리기도 했다.현재 남은 난제는 예산 확보다. ESA와 영국 정부가 총 9,200만 달러를 지원해줬지만 본드 사장은 세이버 엔진의 완성을 위해 공공 및 민간 투자자들로부터 36억 달러를 더 투자받을 계획이다.

그리고 4년 내 세이버를 이용한 비행실험에 나선다는 목표다. 물론 그 이후에는 더 큰 돈이 들어간다. 스카이론 1대의 제작에 140억 달러가 필요하기 때문이다.

<파퓰러 사이언스>