스페이스X 스타십, 13차 비행 성공에도…'열 차폐막' 난제는 여전 [우주로 간다]

스페이스X가 13번째 스타십 시험비행에서 차세대 스타링크 V3 위성 20기를 모두 성공적으로 배치한 뒤 인도양에 무사히 착수하며 임무를 마쳤다. 그러나 이번 비행에서 여러 진전이 확인됐음에도 스타십의 미래를 좌우할 핵심 기술인 열 차폐막 문제는 여전히 해결되지 않은 과제로 남아 있다고 IT매체 아스테크니카가 28일(현지시간) 보도했다. 스타십의 열 차폐막은 로켓이 지구 대기권을 통과하며 극심한 고열에 노출되는 과정에서 기체 하부를 보호하는 약 1만8000개 세라믹 타일로 구성된다. 하지만 일부 전문가들은 현재의 설계 방식으로는 스타십이 목표로 하는 저비용·고빈도 재사용을 달성하기 어려울 수 있다고 지적한다. "현재 방식 한계에 도달" 미국 항공우주국(NASA) 에임스연구센터에서 약 40년간 열 차폐 소재를 연구한 댄 래스키 전 NASA 엔지니어는 "스타십의 열 보호 시스템은 완전하고 신속한 재사용이 필요한 임무에서는 더 이상 발전하기 어려운 한계에 이르렀다"고 평가했다. 래스키는 스페이스X 크루 드래건에 적용된 열 차폐 소재 PICA를 공동 개발한 인물이기도 하다. NASA 역시 과거 우주왕복선 개발 과정에서 같은 문제를 겪었다. 우주왕복선은 수천 개의 경량 세라믹 타일을 이용해 알루미늄 기체를 보호했지만, 비행이 끝날 때마다 모든 타일을 일일이 검사해야 했다. 이 때문에 '빠른 재사용'이라는 목표를 끝내 달성하지 못했고, 재사용에는 막대한 비용과 시간이 소요됐다. 스타십은 스테인리스강 구조를 채택해 우주왕복선보다 열에 강하다. 타일 일부가 손상되더라도 기체 자체는 최대 약 800도의 온도를 견딜 수 있다는 장점이 있다. 그럼에도 최근 전문가들은 신속한 재사용을 실현하기에는 여전히 넘어야 할 기술적 과제가 많다고 지적하고 있다. 성공적인 귀환에도 남은 과제 3차 시험비행에서는 세라믹 타일 손실이 극히 일부에 그쳤고, 열 차폐막도 재진입 과정에서 스타십을 안정적으로 보호하며 성공적인 하강과 착수를 가능하게 했다. 하지만 인도양에 착수한 스타십을 드론으로 촬영한 영상에서는 열 차폐막 표면에 흰 줄무늬가 선명하게 관찰됐다. 전문가들은 이 흔적이 대부분 타일 경계면에서 시작된 것으로 보이며, 고온의 가스가 틈새를 통해 내부로 침투했을 가능성을 시사한다고 분석했다. 일부 타일에서는 균열이나 가장자리 파손 흔적도 확인됐다. 즉, 이번 열 차폐막은 재진입 임무는 성공적으로 수행했지만, 다음 비행에 앞서 상당한 수준의 점검과 보수 작업이 필요할 것으로 보인다. '완전한 재사용'이란 슈퍼헤비 부스터와 스타십 상단부를 모두 반복 사용하는 것을 의미하며, '신속한 재사용'은 수개월이 아니라 며칠 또는 몇 주 안에 다시 발사할 수 있는 수준의 운영을 의미한다. 일론 머스크도 “열 차폐막, 큰 난제” 스페이스X 역시 이 문제를 인식하고 있다. 일론 머스크는 여러 차례 팟캐스트와 소셜미디어를 통해 재사용 가능한 열 차폐막 개발이 회사가 해결해야 할 가장 어려운 기술 과제 중 하나라고 강조해 왔다. 지난 2월 드와르케시 파텔과의 팟캐스트에서 머스크는 "재사용 가능한 열 차폐막은 스타십에 남아 있는 가장 큰 문제"라며 "착륙 후 연료만 다시 채워 곧바로 비행하려면 수만 개의 타일을 일일이 검사하는 방식으로는 불가능하다"고 말했다. 이를 해결하기 위해 스페이스X는 새로운 타일 소재를 개발하고 규격을 표준화하는 등 지속적으로 기술을 개선하고 있으며, 시험비행마다 다양한 설계를 검증하고 있다. 전문가들은 현재 열 차폐 시스템이 우주왕복선보다 진일보한 기술인 것은 맞지만, 근본적인 개념 자체는 크게 달라지지 않았다고 평가한다. 현재 기술 수준이라면 스타링크 위성을 발사하는 정도의 임무는 충분히 수행할 수 있지만, 달과 화성 기지 건설이나 궤도 데이터센터, 우주 태양광 발전소 구축처럼 연간 수백~수천 회의 저비용 발사가 필요한 미래 계획을 실현하기에는 한계가 있을 수 있다는 우려도 나온다. 전문가들은 이 분야에서 NASA의 역할이 필요하다고 입을 모은다. 이들은 NASA가 지난 30년 동안 저궤도 재진입 환경에 필요한 차세대 열 보호 기술 연구에 사실상 적극적인 투자를 하지 않았다고 지적했다. 현재 스타십에 적용된 기술 역시 대부분 우주왕복선과 NASP(국가항공우주기), X-33 프로그램에서 축적된 기술을 기반으로 하고 있다는 설명이다. 트럼프-밴스 백악관의 NASA 인수위원회 위원장이자 2024년 말 NASA 프로젝트에 참여했던 찰스 밀러는 전·현직 NASA 연구진이 검토 중인 유망한 차세대 열 보호 기술이 존재한다며, 충분히 연구할 가치가 있다고 평했다.