ILLUSTRATIONS BY NICK KALOTERAKIS
역대 로켓 발사체 중 팰콘 헤비보다 추력이 큰 것은 새턴 V 로켓뿐이다. 닐 암스트롱이 탑승한 아폴로 11호를 달까지 보낼 때 쓰였던 바로 그 녀석 말이다. 추력은 로켓의 파워를 가늠하는 핵심 척도로서 팰콘 헤비는 27개의 부스터 엔진을 통해 총 1,700톤의 추력을 낸다. 1,400톤의 로켓과 53톤의 탑재체를 지구저궤도로 올려 보내기에 충분한 추력이다.
팰콘 헤비는 우주왕복선 퇴역 이후 미국의 우주개발계획에도 매우 중요한 존재다.
미 공군은 2015년 팰콘 헤비를 사용해 두 대의 위성을 발사할 예정이다.
1단 로켓
1단 로켓은 3개의 부스터가 장착된다. 발사 시에는 모든 부스터가 작동하지만 발사 후 2분45초 경 중앙 부스터는 추력을 줄이고, 측면 부스터 2개는 연료를 거의 소진할 때까지 최대 추력을 낸다. 이후 측면 부스터가 공압식 분리장치에 의해 분리되면 중앙 부스터가 다시 추력을 높인다.
클러스터 엔진
각 부스터의 하단에 '스페이스X 멀린 1D' 엔진 9개가 채용돼 있다. 세계 최초의 상업용 민간우주로켓 '팰콘9'에 장착된 것과 동일한 엔진이다.
멀린 1D 엔진
해수면 기준 멀린 1D 엔진 한 대의 추력은 66.67톤에 이른다. 연료는 케로신, 산화제는 액체산소를 쓴다. 이 같은 액체연료는 고체연료에 비해 이점이 있다. 고체연료는 연료 소진 시까지 엔진을 멈출 수 없지만 액체연료는 언제든 엔진을 껐다가 재가동할 수 있는 것. 특히 최근 스페이스X의 엔지니어팀이 멀린 1D 엔진의 경량화에 성공, 역대 가장 효율적인 로켓 부스터 엔진으로 환골탈태시켰다.
중앙 부스터
50톤 이상의 탑재체를 궤도에 올리기 위해 팰콘 헤비는 측면 부스터의 연료가 중앙 부스터로도 공급되는 일명 '크로스 피드(cross feed)' 시스템을 갖추고 있다. 덕분에 측면 부스터가 분리될 때까지 중앙 부스터는 거의 연료를 소모하지 않는다. 측면 부스터 분리 직후의 팰콘 헤비 중량이 팰콘 9 전체 중량과 맞먹을 정도다.
연료 탱크
부스터의 최상단에 산화제(액체산소) 탱크, 그 아래에 연료(케로신) 탱크가 위치한다. 두 추진제는 터보펌프에 의해 별도의 경로로 멀린 1D 엔진의 연료분사장치에 공급되며, 여기서 혼합이 이뤄져 연소실로 투입된다.
2단 로켓
우주의 진공 상태에서도 작동되도록 개조된 한 대의 멀린 1D 엔진으로 움직이는 2단 로켓은 탑재체를 궤도에 올리기 위해 필요한 마지막 힘을 낸다. 이 엔진은 원할 때 껐다가 재점화할 수 있다. 이렇게 팰콘 헤비는 다양한 중량의 탑재체를 다양한 궤도에 올릴 수 있다.
노즈페어링
길이 13.9m, 직경 5.2m의 페어링 내부에 최대 53톤의 탑재체를 넣을 수 있다. 한 번에 다수의 군용·민간위성을 쏘아 올릴 수도 있고, 스페이스X가 개발한 최초의 민간우주선 '드래곤'을 싣고 올라가 국제우주정거장(ISS) 보급 임무에 투입할 수도 있다. 지구상에서 중량 대비 강도가 가장 센 육각형 벌집 구조의 알루미늄 코어를 고강도 탄소섬유 패널 사이에 넣어 내구성을 극대화했다.
HOW IT WORKS
우주로켓에서 장난감까지 창의와 혁신의 산물들을 속속들이 분해해 그 원리를 파헤친다.
[타임라인]
T-3:00:00
발사 준비 완료(미국 플로리다주 케이프 커내버럴 공군기지). 목표궤도의 위치와 최적 비행경로에 맞춰 발사시간 설정.
T-0:10:30
카운트다운 개시. 모든 발사절차가 컴퓨터에 의해 사전 설정된 순서대로 자동 진행되지만 임무통제실도 언제든 카운트다운 중단이 가능.
T-0:02:30
발사 책임자가 최종 발사 명령 하달.
T-0:00:40
추진제 연료탱크 가압.
T-0:00:03
1단 엔진 점화.
T-0:00:00
팰콘 헤비의 내장컴퓨터가 발사대와 로켓의 분리를 명령한 뒤 지면을 이륙.
T+0:01:25
팰콘 헤비의 공기역학적 압력과 기계적 응력이 최대치에 도달.
T+0:02:45
연료가 소모되면서 1단 엔진의 추력을 낮춰도 될 만큼 로켓의 중량 저하.
T+0:03:00
로켓의 중앙 부스터에 장착된 '멀린(Merlin) 1D' 엔진 9개가 약 30초간 연소. 그동안 2개의 측면 부스터가 분리돼 바다로 추락.
T+0:03:30
1단 로켓과 2단 로켓 분리. 2단 로켓의 엔진 점화 후 궤도를 향해 상승.
T+10~20분
2단 로켓이 목표궤도에 근접하면서 노즈페어링 분리. 목표궤도에 도착하면 노즈페어링 속 탑재체가 2단 로켓에서 분출. 노즈페어링과 2단 로켓은 지구로 추락.
노즈페어링 (nose fairing)
로켓발사체의 최상단에 위치한 원뿔 모양의 보호 덮개. 그 내부에 인공위성 등의 탑재물이 들어 있다. 목표궤도 도착해 탑재물을 분출하기 전에 미리 로켓으로부터 분리된다.
