SpaceX(스페이스엑스) 민간 우주 탐사 기업

SpaceX(스페이스엑스)는 미국의 우주 탐사 기업으로, 2002년 엘론 머스크(Elon Musk)가 설립하였습니다. 이 회사는 저비용, 재사용 가능한 로켓과 우주선을 개발하여 우주 탐사를 혁신하고, 화성에 인간을 정착시키려는 목표를 가지고 있습니다. 주요 사업은 상업용 우주 발사 서비스, 국제우주정거장(ISS) 공급, 저궤도 통신 위성 배치 등입니다.

 

SpaceX의 연대기 및 주요 로켓과 기술은 다음과 같습니다.

 

1. SpaceX 연대기

2002년

• SpaceX 설립: 엘론 머스크가 우주 비용 절감과 화성 탐사를 목표로 SpaceX 설립.

2006년

• NASA 계약 체결: SpaceX는 NASA로부터 ISS로 화물을 운송하는 계약을 처음으로 수주하여 민간 우주 산업에서 중요한 파트너로 자리잡기 시작.

2008년

• 팰컨 1(Falcon 1)의 성공적인 궤도 진입: 민간 회사 최초로 액체 연료 로켓이 궤도에 진입, SpaceX의 첫 궤도 발사 성공.

2010년

• 팰컨 9(Falcon 9) 최초 발사 성공: 재사용 가능 로켓 개발의 첫 단계로 팰컨 9 발사에 성공.
• 드래곤(Dragon) 우주선 최초 발사: 팰컨 9 로켓에 탑재되어 지구 궤도에 도달한 첫 민간 우주선.

2012년

• ISS와의 첫 상업적 물자 운송: 드래곤 우주선이 ISS와 도킹하여 NASA의 상업적 물자 운송 목표를 달성.

2015년

• 팰컨 9의 1단 로켓 지상 회수 성공: 우주 발사 이후 로켓을 지상에 안전하게 착륙시키며 완전 재사용 로켓 개발에 한 걸음 더 다가감.

2017년

• 팰컨 9의 1단 로켓 재사용 성공: 발사된 로켓을 다시 재사용하여 우주 발사 비용을 획기적으로 절감함.

2018년

• 팰컨 헤비(Falcon Heavy) 첫 발사: 팰컨 9를 확장한 대형 로켓으로, 더 먼 거리와 대형 화물 운송을 가능하게 함.
• 엘론 머스크의 테슬라 로드스터를 화물로 탑재하여 화성 궤도를 향한 장거리 여행을 시작.

2020년

• 크루 드래곤(Crew Dragon) 유인 발사 성공: 민간 우주 회사로서는 처음으로 유인 우주선을 발사, NASA의 우주비행사를 ISS로 운송.
• 스타링크(Starlink) 서비스 시작: 전 세계 인터넷 제공을 목표로 저궤도 통신 위성 네트워크 구축 시작.

2021년

• 스타십(Starship) 고고도 시험 비행 성공: 차세대 우주선 스타십의 시험 비행 성공, 향후 화성 탐사와 대규모 우주 수송을 위한 기반 마련.

2022년

• 스타링크 글로벌 서비스 확장: 스타링크 위성 2,000개 이상을 발사하여 전 세계에 고속 인터넷 서비스 제공.

2023년

• 스타십 궤도 시험 비행 준비: 완전 재사용 가능한 차세대 초대형 로켓 스타십의 궤도 비행을 준비하며 SpaceX의 우주 탐사 계획을 확대.

 

2. 로켓 개발

1).팰컨 1 (Falcon 1)

• 팰컨 1(Falcon 1)는 미국 스페이스X사가 2006년에 발사한 우주 발사체입니다. 무게 38.5톤이며, 진공추력 50톤인 멀린 로켓 엔진을 1단으로 하고, 추력 3톤인 2단 로켓을 장착했고, 670 kg의 소형 위성을 지구 저궤도에 올릴 수 있습니다.
• 스페이스X는 2005년에 590만 달러로 팰컨 1의 발사비용을 모든 고객에게 동일가로 제시했습니다. 2009년에는 팰컨 1이 700만 달러, 팰컨 1e는 850만 달러였습니다.

2). 팰컨 9 (Falcon 9)

초기 블록 5 버전이 기획 되었을 때는 1단계 부스터의 3~4회 재사용을 목표로 설계했으나, 그 후 총 10회까지 재사용 하기로 방침이 정해졌습니다.. 이후 2021년 5월 최초로 10회, 2022년 12월에는 최초로 15회 비행을 달성한 부스터가 등장, 2024년 4월에는 최초로 20회 비행을 달성한 부스터(B1062)를 등장시켰다. 스페이스X는 여기서 그치지 않고, 팰컨 9 부스터와 페어링의 40회 발사까지 가능케 하는 인증 절차를 완료하고 이를 실현하기 위해 발사를 이어나가고 있습니다.

• 팰컨 9(Falcon 9)는 스페이스X가 개발한 재사용 가능한 우주발사체
• 2010년 6월 4일 최초발사
• 9,900kg과 27,500kg의 적재물을 지구 저궤도(LEO)에 올리는 형태 
• 4,900kg과 12,000kg의 적재물을 정지궤도(GEO)에 올리는 형태
• 유선형에 지름 5.2m , 길이는 70m
• 액체 산소와 RP1을 주연료로 사용
• 1단계 추진체는 대기권 재진입 및 엔진 재점화가 가능하여 착륙 패드 또는 해상 로켓 회수 드론쉽(ASDS)를 통해 회수하여 재활용이 가능
• 2단계 추진체의 페어링 또한 재활용 가능
• 나사의 상업 물자 운송(CRS) 프로그램과 상업용 궤도 운송 서비스(COTS) 프로젝트에 따라 화물과 승객을 운반하는 스페이스X 드래곤의 발사체
• 스페이스X 크루 드래곤과 카고 드래곤의 발사체로 운용되고 있음
• 스타링크 위성군 구성 프로그램의 주요 발사체

팰컨9

 

3). 팰컨 헤비 (Falcon Heavy)

팰컨 9를 기반으로 한 고중량 발사체로, 무거운 화물을 지구 저궤도, 달, 화성 등 먼 거리까지 운반할 수 있습니다.

• 팰컨 헤비(Falcon Heavy)는 미국 스페이스X가 개발 중인 우주로켓. 
• 팰컨 9 로켓을 3개 묶어서 54.4톤의 인공위성을 발사할 수 있음. 
• 2024년 레드 드래건(우주선) 유인 화성 탐사선을 팰컨 헤비 로켓으로 발사해 2025년 화성에 인간을 착륙시킨다는 계획임.
• 첫 시험 발사는 2017년 11월 (X), 2017년 12월 (X), 2018년 1월 (X)  발사 일정이 총 2차례 미뤄졌음.
• 2018년 2월 6일 발사 성공

팰콘 헤비 (출처:spaceX)

3. 드래곤 (Dragon) 우주선

• 화물 드래곤 (Cargo Dragon): ISS로 물자를 수송하는 무인 우주선입니다.
• 크루 드래곤 (Crew Dragon): NASA의 상업 승무원 프로그램의 일환으로 개발된 유인 우주선으로, 2020년 첫 유인 발사에 성공해 NASA의 우주비행사를 ISS로 안전하게 운송했습니다.

드래곤 (출처:spaceX)

 

1. 드래곤 1 (Dragon 1) - 화물 드래곤 (Cargo Dragon)

• 개발 배경: 2010년부터 SpaceX는 NASA와의 계약에 따라 화물 드래곤을 이용해 ISS로 화물을 운송하고 있습니다. 2012년에는 민간 우주선으로는 최초로 ISS에 도킹하여 임무를 완수했습니다.
• 주요 기능:
  • 재사용성: 드래곤 1 캡슐은 임무 완료 후 지구로 귀환하여 재사용할 수 있도록 설계되었습니다.
  • 화물 운송: 각 임무에서 식량, 실험 장비, 연구 물품 등을 ISS로 수송하며, 지구로 귀환할 때는 연구 샘플이나 실험 장비를 가져옵니다.
• 기술 사양:
  • 수송량: 드래곤 1은 최대 약 6,000kg의 화물을 수송할 수 있습니다.
  • 착륙 방식: 대기권 재진입 후 해상에 낙하산을 사용하여 착수(海水着水)합니다.

 

2. 크루 드래곤 (Crew Dragon) - 드래곤 2

• 개발 배경: 크루 드래곤은 NASA의 상업 유인 우주 프로그램(Commercial Crew Program)의 일환으로 개발되어, 2020년에 첫 유인 발사를 성공적으로 수행했습니다.
• 주요 기능:
  • 유인 수송: 최대 7명의 승무원을 수송할 수 있으며, 특히 NASA 우주비행사를 ISS로 운송하기 위해 설계되었습니다.
  • 자동 도킹: ISS와의 도킹을 자동으로 수행할 수 있어, 안전성과 편리성을 높였습니다. 또한 비상 상황에서 자동 분리 기능이 있어 승무원의 안전을 확보할 수 있습니다.
  • 비상 탈출 시스템: 만일의 상황에 대비해 8개의 슈퍼드래코(SuperDraco) 엔진이 장착되어 있으며, 이 엔진은 발사 중 긴급 탈출이 필요한 경우 승무원 캡슐을 안전하게 분리하여 멀리 떨어진 곳에 착수할 수 있게 합니다.
• 기술 사양:
  • 재사용성: 크루 드래곤도 재사용 가능한 우주선으로 설계되어, 최대 5번까지 비행에 재사용할 수 있습니다.
  • 착륙 방식: 드래곤 1과 마찬가지로 대기권 재진입 후 해상에 낙하산으로 착수합니다.
  • 추진력: 드래곤 2는 슈퍼드래코 엔진 외에도 조정 추력기(thruster)를 통해 우주선의 자세를 조절하며, 승무원에게 안전하고 쾌적한 비행 환경을 제공합니다.

3. 임무 및 성과

• ISS 운송: 화물 드래곤과 크루 드래곤 모두 ISS에 식량, 실험 장비, 승무원을 수송하는 주요 임무를 수행하고 있으며, NASA뿐 아니라 다양한 국제 파트너의 화물을 운반하고 있습니다.
• 2020년 유인 우주비행 성공: 2020년 5월, 크루 드래곤은 데모-2(Demo-2) 임무로 NASA의 우주비행사 두 명을 ISS로 성공적으로 운송해, 민간 기업의 첫 유인 우주비행을 달성했습니다.
• 재사용 및 비용 절감: 드래곤 시리즈는 재사용이 가능해 SpaceX가 기존의 유인/화물 우주비행 비용을 절감하는 데 크게 기여했습니다.

4. 향후 전망

• 크루 드래곤과 화물 드래곤은 향후 SpaceX의 우주 임무에서 중요한 역할을 수행할 예정입니다. NASA와의 ISS 운송 임무 외에도, 다른 상업 고객과 협력하여 다양한 궤도 여행, 화물 운송, 달 탐사 임무를 지원할 가능성이 큽니다.
• 지구 저궤도 여행: SpaceX는 드래곤 2를 통해 저궤도 관광 사업에도 진출하여 일반인을 대상으로 한 우주여행을 제공하고 있으며, 최근 민간인을 태우고 지구 궤도를 비행하는 우주 관광 임무도 성공적으로 수행했습니다.

드래곤 시리즈는 SpaceX의 중요한 성과 중 하나로 평가받으며, 우주 탐사의 상업화와 대중화에 큰 기여를 하고 있습니다.

 

 

3. 스타십 (Starship)

SpaceX의 **스타십(Starship)**은 차세대 초대형 우주선이자 로켓 시스템으로, 주된 목표는 화성 탐사, 달 탐사, 지구 저궤도 여행, 대량 화물 운송 등입니다. 스타십은 특히 전면 재사용 가능하도록 설계되어 우주 탐사의 경제성과 지속 가능성을 높이는 데 중점을 두고 있습니다. 주요 특징과 구성 요소는 다음과 같습니다.

 

1). 설계 및 구조

• 스타십은 2단 구조로 구성됩니다:
  • 수퍼 헤비(Super Heavy): 1단 로켓으로 지구에서 이륙할 때 필요한 추진력을 제공합니다. 약 33개의 랩터(Raptor) 엔진이 장착되어 있으며, 이륙 후 연료를 소진하면 분리하여 지구로 복귀해 재사용합니다.
  • 스타십(Starship): 2단 우주선으로, 우주로 올라간 후 화물이나 승무원을 목적지까지 운반합니다. 자체 추진력을 사용해 목적지까지 이동하고 다시 지구로 복귀할 수 있습니다.
• 높이: 총 높이 약 120미터로, 현재까지 개발된 가장 큰 로켓 시스템입니다.
• 재사용성: 완전히 재사용 가능하며, 발사 후 두 단계 모두 복귀 및 재사용이 가능해 발사 비용 절감이 목표입니다.

수퍼 헤비(1단 로켓) + 스타십(2단 우주선) 형태

 

2) . 랩터(Raptor) 엔진

• 스타십 시스템의 핵심 엔진으로, 액체 메탄과 액체 산소를 연료로 사용하는 메탄 기반의 완전 재사용 엔진입니다.
• 기존 엔진보다 높은 효율성과 추력을 자랑하며, 여러 번 재점화가 가능해 다양한 우주 임무에 적합합니다.
• 랩터 엔진은 초음속 연소(SC) 기술을 채택하여 더 강력한 추진력을 제공하며, 미래 화성 기지에서 메탄을 직접 생산해 연료로 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

명칭	Raptor	Raptor V2	Raptor V3
해수면 추력	해수면 1.81 MN(Mega Newton)	해수면 2.26 MN[4]	해수면 2.74 MN
진공 추력	1.96 MN	2.53 MN[5]
해면 비추력(Isp)	330s	327s	350s
진공 비추력(Isp)	378s	380s
연료공급방식	전유량 다단 연소 사이클 (Full flow staged combustion cycle)	전유량 다단 연소 사이클 (Full flow staged combustion cycle)	전유량 다단 연소 사이클 (Full flow staged combustion cycle)
연료	액체메테인 (CH4)	액체메테인 (CH4)	액체메테인 (CH4)
산화제	액체산소 (LOX)	액체산소 (LOX)	액체산소 (LOX)
연소실 압력	300 bar	330bar	350 bar
추력 대 중량비	170:01:00	170:01:00
확장비	해수면(SL) - 40:1	해수면(SL) - 40:1
추력조절	100~40	100~40
엔진시동	전기 스파크	전기 스파크	전기 스파크
직경	1.3 m	1.3 m	1.3 m
높이	3.1m	3.1m	3.1m
공중량	2080kg	1630kg	1525kg
가격	2,000,000	<$1,000,000
kN당 비용	1,000	<$444

 

3). 주요 임무 및 활용 가능성

• 화성 탐사 및 식민지 건설: 화성으로의 장거리 운송에 필요한 추진력과 탑재량을 제공해, SpaceX의 궁극적 목표인 화성 이주와 식민지화를 지원합니다.
• 달 탐사 및 NASA 아르테미스 프로그램: NASA의 아르테미스 프로그램에 참여하여 달 탐사와 달 기지 건설에 필요한 인력과 장비를 수송할 수 있습니다.
• 대량 화물 운송: 한 번의 발사로 최대 100톤 이상의 화물을 운송할 수 있어, 대규모 화물 운송 및 궤도 위성 배치에 활용됩니다.
• 지구 내 초고속 운송: 스타십의 장거리를 빠르게 이동할 수 있는 능력을 활용해 지구 내 이동 시간을 혁신적으로 단축시키는 고속 교통 수단으로도 사용할 수 있습니다.

4). 스타십의 현재 및 미래 전망

• 현재 SpaceX는 스타십을 다양한 시험 비행과 시험 착륙을 통해 성능을 개선하고 있습니다.
• 2021년 이후 고고도 시험 비행을 거치며, 점차 궤도 비행을 준비하고 있으며, 향후에는 더 안정적인 성능으로 상업적 및 연구 목적의 우주 비행을 지원할 계획입니다.
• 스타십은 재사용성, 고효율성, 저비용을 목표로 설계되어 우주 산업의 혁신을 불러올 것으로 기대되며, 인류의 우주 탐사 가능성을 대폭 확대하는 중요한 전환점이 될 것입니다.

출처: 유튜브 Everyday Astronaut

 

4. 스타링크 (Starlink)

**스타링크(Starlink)**는 SpaceX가 개발한 위성 인터넷 네트워크로, 전 세계에 고속 인터넷 서비스를 제공하기 위해 수천 개의 저궤도 위성을 통해 구성된 시스템입니다. 스타링크의 목표는 지리적으로 인터넷 접근이 어려운 지역에도 빠르고 안정적인 인터넷 연결을 제공하는 데 있습니다.

 

스페이스엑스는 2024년 들어 지금까지 팰컨9 로켓을 86회 발사했습니다. 사상 처음으로 한 해 100회 발사를 넘길 것이 확실해졌습니다. 현재 계획돼 있는 발사 일정이 30여개 있는 것으로 미뤄 볼 때 발사 횟수 120회 이상을 기록할 것으로 보입니다.

 

1). 기술 구성

• 저궤도 위성(Low Earth Orbit, LEO): 스타링크 위성은 지상에서 약 550km 상공에 위치한 저궤도에 배치됩니다. 기존의 고궤도 통신 위성보다 훨씬 낮은 궤도를 사용하여 **지연 시간(latency)**이 짧고 속도가 빠릅니다.
• 대규모 위성 네트워크: 최종적으로 42,000개 이상의 위성을 발사하여 지구를 커버하는 것을 목표로 하고 있으며, 현재는 이미 10,000개 이상의 위성이 궤도에 배치되었습니다.
• 지상 기지국(Gateway): 지상에 여러 개의 기지국을 통해 위성과 통신하여 인터넷 트래픽을 관리하고 데이터 전송을 지원합니다.

2). 스타링크 서비스

• 빠른 속도와 낮은 지연 시간: 저궤도에서 운영되기 때문에 고속 인터넷을 제공하며, 지연 시간이 20~40ms에 불과해 온라인 스트리밍, 화상 통화, 게임과 같은 실시간 서비스에 적합합니다.
• 설치와 사용 용이성: 스타링크는 사용자가 직접 설치할 수 있는 안테나 키트를 제공합니다. 사용자는 스마트폰 앱을 통해 간단하게 설치 및 설정이 가능합니다.
• 위성 인터넷의 접근성: 기존 광케이블이나 4G/5G 네트워크로 접근할 수 없는 오지, 산간 지역, 섬 등에서도 안정적인 고속 인터넷을 제공합니다.

3). 글로벌 서비스와 요금제

• 전 세계 서비스 제공: 현재 스타링크는 북미, 유럽, 일부 아시아와 남미 지역에서 서비스를 시작했으며, 위성 수가 증가하면서 서비스 가능 지역을 확장하고 있습니다.
• 유연한 요금제: 기본 요금제 외에도 기업, 선박, 항공기 등 고유한 요구에 맞춘 서비스 요금제를 제공합니다. 일부 지역에서는 저소득 가구를 위한 저가 요금제나 할인이 적용되기도 합니다.

4). 주요 응용 분야

• 도서 지역 및 오지: 인터넷 연결이 제한된 지역에 고속 인터넷을 제공하여 정보 접근성을 향상합니다.
• 재난 지역 지원: 지진, 홍수 등으로 통신 인프라가 파괴된 지역에 임시 인터넷 연결을 제공할 수 있습니다.
• 군사 및 연구 목적: 이동 중인 군사 차량, 해양 탐사선, 극지 연구소 등에서도 빠른 인터넷 연결을 지원합니다.

5). 환경적, 규제적 이슈

• 우주 쓰레기: 대규모 위성 배치로 인해 충돌 위험이 늘어나면서 우주 쓰레기 문제가 대두되고 있습니다. 이를 완화하기 위해 스타링크 위성은 일정 수명 후 궤도를 이탈해 대기 중에서 소각되도록 설계되었습니다.
• 천문학적 방해: 저궤도 위성의 반사 빛이 천문 관측에 영향을 줄 수 있어, SpaceX는 위성 표면을 무광 처리하거나 감광 기술을 개발해 영향을 줄이려 하고 있습니다.
• 주파수 사용 문제: 각국의 주파수 규제와 맞물려 주파수 간섭 문제를 해결하고 있으며, 현재 많은 국가의 허가를 받아 서비스하고 있습니다.

6). 미래 전망

• 스타링크는 42,000개 위성 배치 계획에 따라 네트워크를 계속 확장하고 있으며, 위성당 속도와 성능을 개선하는 기술을 추가하고 있습니다.
• 전 세계에서 안정적이고 광범위한 인터넷 접근성을 제공하는 혁신적 서비스로 자리잡아가고 있으며, 특히 5G와 6G 기술의 보완제로 작용할 가능성이 큽니다.

 

5. 주요 목표 및 비전

• SpaceX는 비용 효율적이고 재사용 가능한 로켓을 통해 우주 여행을 상업화하고, 궁극적으로는 인류를 다행성 종족으로 만들겠다는 목표를 가지고 있습니다. 화성 식민지화라는 장기적인 비전을 위해 로켓 개발과 다양한 기술 혁신을 이어가고 있으며, 지속적인 시험 비행과 우주 탐사 프로젝트에 투자하고 있습니다.

 

SpaceX는 민간 우주 산업에 큰 혁신을 일으키며 NASA와 협력하는 동시에 다른 민간 기업들과도 경쟁하고 있습니다.