미국 항공우주국(NASA)이 주도하는 달 복귀 프로젝트가 새로운 전환점을 맞고 있다. 우주 탐사 역사상 가장 거대한 로켓 시스템인 스페이스X의 ‘스타십(Starship)’ 우주선이 10월 11일 텍사스주 보카치카의 스타베이스 기지에서 11번째 시험 비행을 앞두고 초대형 부스터 ‘슈퍼 헤비(Super Heavy)’ 위에 조심스럽게 세워졌다.

이번 달 착륙 임무의 관건은 “궤도 연료 보급”이다. NASA는 아르테미스(Artemis) 계획의 핵심인 달 착륙 임무(Artemis III)를 위해 스타십을 착륙선으로 채택했다. 그러나 이 선택은 기술적으로나 운영적으로 가장 도전적인 구조로 꼽힌다.

핵심은 궤도 연료 보급(orbital refueling) 기술이다. 달까지 우주인을 태우고 가려면 스타십은 지구 저궤도에서 다량의 연료를 보충받아야 한다. 이를 위해 연료가 가득 찬 별도의 ‘탱커 스타십’을 여러 차례 발사해야 하는데, 이는 인류가 한 번도 시도한 적 없는 방식이다.

문제는 ‘몇 대를 발사해야 하느냐’조차 명확히 정립되지 않았다는 점이다. 스페이스X 내부에서는 10대 내외를 예상하지만 NASA 내부 엔지니어들 사이에서는 최대 40대 이상이 필요하다는 분석도 제기된다. 달 착륙을 위한 단 한 번의 임무에 이 정도의 연료 재보급 비행이 요구된다면 비용과 일정 모두 감당하기 어렵다는 우려가 커진다.

짐 브라이든스타인 전 NASA 국장은 최근 상원 청문회에서 “이 구조는 지나치게 복잡하며, 어느 국장도 선택권이 있었다면 이런 방식을 택하지 않았을 것”이라며 비판했다.

반복되는 폭발, 시험 단계에 갇힌 초대형 로켓

스타십은 지름 9미터에 높이 120미터로 사상 최대 규모를 자랑하지만, 거대한 만큼 안정성 확보에도 많은 난관을 겪고 있다.

지금까지 10차례의 시험 비행 중 6차례 이상이 폭발 또는 심각한 고장을 겪었다. 최근에도 지상 연소 시험 중 시제품이 폭발해 일정에 차질을 빚었다.

SpaceX는 매번 설계 결함을 수정하며 버전을 개선해왔다. 그리고 이번 11차 시험 비행(Flight 11)은 단순한 발사 성공을 넘어 ‘지속 비행 안정성’과 ‘대기 재진입 후 회수 기술’을 검증해야 하는 단계다. 만약 이 시험이 성공해야만 NASA가 목표로 하는 2027년 달 착륙 일정이 현실성을 유지할 수 있다.

NASA 내부에서는 이번 시험을 두고 “달 복귀 일정의 분기점”으로 보는 시각이 지배적이다. 만약 또다시 폭발이나 불완전 비행으로 끝난다면 아르테미스 III 미션은 최소 1~2년 이상 연기될 가능성이 크다.

“기술 의존의 역설”… 민간 로켓에 운명 맡긴 NASA

이번 사태는 NASA가 과거와 달리 민간 기업 특히 일론 머스크의 스페이스X에 절대적으로 의존하는 구조를 드러냈다.

2021년 NASA는 당시 상원 인준을 받은 정식 국장이 부재한 상황에서 스타십을 달 착륙선으로 선정했다. 이 결정은 “정치적 공백 속 졸속 계약”이라는 비판을 받았다.

NASA가 직접 개발 중인 SLS(Space Launch System) 로켓은 이미 수차례 지연과 예산 초과를 겪고 있다. 따라서 실질적 달 착륙의 성패는 스타십의 성공 여부에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 결국, 미국의 달 복귀 계획은 ‘민간 기술력’이라는 단일 축에 과도하게 기댄 구조가 되었다.

중국의 부상, 경쟁 구도 흔든다

한편 중국은 자체 개발한 차세대 대형 로켓 ‘창정(長征) 9호(Long March 9)’을 중심으로 2030년대 초 인간 달 착륙을 목표로 속도를 높이고 있다.

최근 발표된 계획에 따르면 중국은 무인 탐사선 ‘창어(嫦娥) 8호’를 2028년까지 달 남극에 착륙시키고 이를 기반으로 유인 탐사를 단계적으로 진행할 방침이다.

미국 과학계 일각에서는 “향후 5년 내 중국이 유인 달 착륙에 성공할 가능성이 높다”는 전망도 나온다.

이에 대해 NASA의 숀 더피 대행은 지난달 직원 타운홀 미팅에서 “우리가 중국보다 먼저 달에 갈 것”이라며 내부 결속을 다지는 발언을 내놨다. 그러나 기술 일정과 현실적 여건을 고려하면 그 자신감이 얼마나 실현될지는 미지수다.

“달은 기술력의 거울”… 승자는 ‘지속 가능성’이 결정한다

전문가들은 이번 달 탐사 경쟁이 단순한 ‘누가 먼저 착륙하느냐’의 문제가 아니라고 말한다. 핵심은 지속 가능한 달 탐사 체제를 누가 먼저 완성하느냐에 있다.

스타십의 다음 발사 결과는 단순히 한 기업의 성패를 넘어 미국이 주도해온 인류 우주 탐사 패러다임이 유지될 수 있을지를 가늠하는 분수령이 될 것으로 보인다.