불을 붙이면 끌 수 없다 — Artemis III 고체 부스터 적층이 전력계에 남기는 것

ISSUE 2026 · W39 | 발사체·뉴스페이스

177 ft짜리 기둥 두 개

NASA 케네디우주센터가 공개한 내용에 따르면, 아르테미스 III SLS의 부스터 적층은 완료를 눈앞에 두고 있다. 부스터는 각각 높이 177 ft(약 53.9 m)이며, 오리온(Orion) 우주선에 탑승한 우주비행사 4명을 저궤도로 보내는 데 필요한 총 추력 8.8 million lbf(약 39.1 MN)의 대부분을 담당한다.

단위를 정리하면 이렇다. 177 ft = 177 × 0.3048 m = 약 53.95 m. 8,800,000 lbf × 4.44822 N/lbf = 약 39,144,000 N, 곧 약 39.1 MN이다. 확인 필요: 고체 부스터 두 기의 합산 추력을 7.2 million lbf(약 32.0 MN), 전체의 75% 이상으로 제시한 2차 보도가 존재하나, 본 글을 쓰는 시점에 1차 출처로 교차 확인하지 못했다. 따라서 본문에서는 NASA 케네디 게시 기준인 “총 8.8 million lbf의 대부분”이라는 표현만 사실로 다룬다.

적층(stacking)이라는 공정 자체도 고체 부스터의 성격을 드러낸다. 5개 세그먼트를 조립동에서 차례로 쌓아 올리는 작업이며, 한 번 쌓으면 추진제가 이미 그 안에 충전된 상태로 발사를 기다린다. 액체 추진제처럼 발사 직전에 채우고 문제가 생기면 빼내는 구조가 아니다. 아르테미스 III는 2027년 임무로 계획돼 있다.

끌 수 없다는 것의 구조적 의미

고체 로켓의 추력 곡선은 추진제 그레인(grain) 단면 형상이 결정한다. 연소면이 시간에 따라 어떻게 넓어지고 좁아지는지가 설계 단계에서 이미 고정돼 있고, 비행 중에 이를 바꿀 수단은 없다. 스로틀도 없고 조기 정지도 없다.

이 특성이 구조 하중으로 번역되면 이렇게 된다. 발사 직후 수십 초 동안, 배기 플룸이 만드는 음향 에너지와 추력 진동이 발사체 전체에 전달된다. 이 구간의 음향·랜덤 진동 환경은 임무 전 기간을 통틀어 탑재체가 겪는 가장 가혹한 조건이다. 궤도에 올라간 뒤의 열 사이클이나 미소중력 하중과는 비교 대상이 아니다.

그리고 이 구간에서 전력계의 가장 취약한 부품들이 한꺼번에 시험대에 오른다. 전개 전 태양전지판은 여러 장이 스택으로 눌려 홀드다운 장치에 묶여 있고, 배터리는 셀 탭과 모듈 구조로 고정돼 있으며, 전력분배 커넥터는 케이블 하네스에 매달려 있다. 모두 강체가 아니라 고유진동수를 가진 구조물이다.

표에서 눈여겨볼 것은 숫자보다 출처 열이다. 발사체 제원은 널리 인용되는 사이 원 출처가 흐려지기 쉽고, 총 추력과 부스터 분담처럼 유사한 수치가 섞이면 설계 입력으로 잘못 흘러들 수 있다. 전력계 시험 레벨은 이런 하중 수치에서 파생되므로, 1차 출처 확인 여부를 표에 남겨 두는 편이 안전하다.

전력·에너지 관점

Point. 전력계 입장에서 고체 부스터는 추력원이 아니라 끌 수 없는 진동·음향 발생기다.

Reason. 태양전지 셀은 두께 수십~수백 µm 수준의 취성 반도체를 얇은 커버글라스로 덮은 구조다. 전개 후에는 넓게 펼쳐져 하중이 분산되지만, 발사 구간에는 여러 장이 겹쳐 눌린 스택 상태로 묶여 있다. 이 스택의 고유진동수가 음향 가진 대역과 겹치면 셀에 미세 크랙이 생기거나 셀 간 인터커넥트에 피로가 누적된다. 문제는 이 손상이 지상에서 보이지 않는다는 점이다. 육안 검사로 미세 크랙을 걸러 내기 어렵고, 실제 영향은 궤도에서 전개한 뒤 전류를 측정해야 드러난다.

Example. 더 길게 남는 것은 열화 곡선이다. 태양전지 출력은 수명 동안 방사선과 자외선으로 서서히 감소하고, 설계는 수명 말기(EOL) 출력을 기준으로 이루어진다. 그런데 발사 구간에서 인터커넥트 일부가 손상되면 그 손실은 열화 곡선의 출발점 자체를 낮춘다. 방사선 열화는 예측 모델이 있지만 발사 손상은 그렇지 않다. 같은 논리가 배터리에도 적용된다. 셀 탭 용접부나 커넥터 접촉면에 생긴 미세 손상은 접촉 저항을 올리고, 그 저항은 충방전 때마다 열로 소모되는 손실 항으로 수명 내내 남는다. 발사 8분의 환경이 10년짜리 전력 예산의 시작 조건을 정한다.

Point. 그래서 “부스터가 총 추력의 대부분을 낸다”는 문장은 성능 이야기인 동시에 전력계 정성 요구 수준 이야기다. 발사체의 음향 환경이 올라가면 탑재체 전력계의 진동·음향 시험 레벨이 함께 올라가고, 시험 레벨이 올라가면 힌지·브래킷·홀드다운 구조에 질량을 더 써야 한다. 이 질량은 그 자체로는 전기를 한 와트도 만들지 않지만, 전력계 질량 예산에 포함된다.

반론과 제약. 추력이 크면 음향 레벨이 비례해 커진다고 단정하면 틀린다. 이륙 음향 환경은 부스터 추력만이 아니라 페어링 형상과 내부 음향 흡수, 발사대의 물분사 음향 억제 설비(water deluge), 천음속 버펫 구간의 유동 분리가 모두 기여한다. 발사대 음향 억제가 잘 설계된 대형 발사체가 소형 발사체보다 탑재체 음향 레벨이 낮은 경우도 있다. 따라서 “큰 로켓이니 더 가혹하다”가 아니라 그 발사체의 사용자 지침서에 명시된 음향 스펙트럼이 무엇인가가 설계 입력이다.

지상 시험과 우주 환경의 괴리. 음향 시험은 지상 잔향실에서 1기압 공기를 매질로 수행한다. 그러나 실제 비행에서는 고도가 오르며 대기 밀도가 급감해 음향 결합이 빠르게 사라지고, 이후에는 구조를 타고 전달되는 랜덤 진동이 지배한다. 즉 지상 잔향실은 이륙 직후 구간만 모사하며, 천음속 버펫이나 단 분리 충격은 별도 시험으로 다뤄야 한다. 잔향실 합격이 비행 전 구간의 합격을 뜻하지 않는다. 최악 시나리오를 기준으로 하면, 각 구간의 지배 하중이 서로 다른 부품을 때린다고 보는 편이 안전하다.

정리하면, 발사체 사양표의 추력 한 줄은 탑재체 전력계에는 시험 레벨과 구조 질량이라는 두 줄로 번역된다.