미 공군 X-37B 무인 우주선 434일만에 귀환(3.7)

X-37B 무인 우주선 귀환

X-37B는 미국 공군과 미 우주군(USSF)이 운용하는 무인 우주비행체로, 보잉(Boeing)에서 개발한 소형 우주왕복선이다. 주로 군사 및 연구 목적의 임무를 수행하며, 정확한 임무 세부 사항은 비밀에 부쳐져 있다.

 

X-37B 7번째 임무를 마치고 성공적으로 착륙(사진 미국 우주군)

1. X-37B 발사

(1) 발사체

X-37B는 다양한 로켓을 이용하여 발사된다. 주요 발사체는 다음과 같다.

• 아틀라스 V (Atlas V) 501
• 팔콘 9 (Falcon 9) 블록 5
• 델타 IV (과거 사용됨)

이 로켓들은 X-37B를 저궤도(LEO, Low Earth Orbit)에 투입하며, 이후 우주선은 자체적인 태양광 패널을 전개하고 독립적으로 임무를 수행한다.

(2) 주요 발사 기록

• 첫 비행 (OTV-1, 2010년 4월 22일): 아틀라스 V 로 발사, 224일 임무 수행 후 귀환
• OTV-2 (2011~2012년): 468일 동안 임무 수행
• OTV-3 (2012~2014년): 674일 동안 임무 수행
• OTV-4 (2015~2017년): 717일 동안 임무 수행
• OTV-5 (2017~2019년): 780일 동안 임무 수행
• OTV-6 (2020~2022년): 908일 동안 임무 수행 (역대 최장)
• OTV-7 (2023. 12.10 ~ 25. 3.7): 434일 동안 임무 수행

2. X-37B 임무

X-37B의 구체적인 임무는 대부분 기밀이지만, 다음과 같은 실험이 포함되는 것으로 알려져 있다.

(1) 군사 및 정보 임무

• 우주 감시 및 정찰
• 신형 위성 기술 테스트 : 지구동기궤도(GEO·3만5786㎞)에서 기동
• 전자전(EW) 관련 실험

(2) 과학 및 기술 실험

• 우주 환경 연구: 장기간 우주에 노출된 물질의 변화를 연구
• 추진 시스템 실험: 새로운 전기추진 기술 테스트
• 궤도를 도는 동안 기동성을 평가하고 우주 환경 데이터 수집을 위한 실험과 테스트를 수행
• 소형 위성 배치: CubeSat 같은 초소형 위성을 배포하여 운용 시험

(3) 미래 우주작전 테스트

• 재사용 가능한 우주비행체의 내구성 시험
• 우주에서의 새로운 추진 기술 및 에너지 시스템 연구
• 대기 마찰을 이용해 최소한의 연료를 소모하는 효율적인 ‘에어로브레이킹’(aerobraking) 기동을 성공적으로 수행

 

미군이 개발한 신기술 에어로 브레이킹

"미 우주군이 로켓 분사 없이 우주선 진로를 바꾸는 신기술을 조만간 구체화할 전망이다. 우주선이나 탐사선은 목적지로 

이동할 때 로켓 분사를 통해 진로를 조정하는데, 일정량의 연료 소비가 불가피해 대체 기술 개발이 한창이다. 

보잉은 공식 SnS를 통해 미 공군 및 우주군이 운용하는 X-37B의 최근 테스트가 막바지 단계라고 소개했다. 아울러 보잉은 X-37B가 테스트 비행에서 대기의 저항을 이용해 궤도를 바꾸는 신기술 에어로브레이킹을 구현했다고 강조햇다. 

보잉은 에이로 브레이킹 기술의 실증을 위해 극비리에 X-37B의 테스트 빙행을 7회에 걸쳐 진행해 왔다. 보잉 관계자는 "우주선이 궤도를 변경할 경우 추진제를 소비해 로켓 엔진을 가동한다."며 "에어로 브레이킹의 경우 대기 저항을 이용해 궤도를 서서히 내려 목표 지점에 도달한다"고 설명했다" 

 

X-37B의 모습. '에어로 브레이킹’ 사용. 출처: USSF / BoeingSpace

3. X-37B의 의미 및 미래 전망

X-37B는 미국이 군사적 우주 능력을 확장하는 핵심 플랫폼으로 자리 잡고 있으며, 장기적으로 다음과 같은 발전 가능성이 있다.

• 더 긴 임무 수행: 현재 2년 이상 지속된 임무를 더욱 연장
• 유인 우주비행체로 발전 가능성: 차세대 군사 우주왕복선 개발 가능
• 우주에서의 새로운 작전 개념 실험: 미래 우주군 전력의 일부로 활용 가능

 

에어로브레이킹(Aerobraking) 기동이란?

에어로브레이킹(Aerobraking)은 우주선이 행성의 대기를 이용해 속도를 감속하는 기동이다. 이는 추진 연료를 최소화하면서 궤도를 낮추거나 조정할 때 사용된다.

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1. 에어로브레이킹의 원리

• 우주선이 목표 행성(예: 화성, 금성)의 상층 대기를 스치듯 통과하면서 공기 저항(항력, drag)을 이용해 속도를 줄인다.
• 속도가 줄어들면 궤도가 점진적으로 낮아지며 원하는 최종 궤도에 도달할 때까지 여러 차례 반복 수행한다.
• 연료를 소모하지 않고 감속할 수 있어, 연료 절약이 중요한 장기 우주 임무에서 유용하다.

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2. 에어로브레이킹 기동 절차

1. 초기 궤도 진입: 우주선이 타원형 궤도로 진입하며, 원지점(Apogee, 가장 먼 지점)은 높고 근지점(Perigee, 가장 가까운 지점)은 목표 행성의 대기권 근처에 위치함.
2. 대기권 스쳐 지나가기: 우주선이 근지점에서 대기권 상층부를 통과하며 공기 저항을 받아 속도가 줄어듦.
3. 반복적인 기동: 여러 차례 대기권 통과를 반복하여 점진적으로 속도를 줄이고 목표 궤도(원형 궤도 등)에 도달함.
4. 최종 궤도 정착: 원하는 속도와 고도가 확보되면, 추가적인 추진 기동을 통해 최종 궤도로 안정화함.

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3. 에어로브레이킹의 장점

• 연료 절약: 추진 연료를 거의 사용하지 않고 감속할 수 있어 장기 임무에서 필수적.
• 효율적인 궤도 조정: 대기를 활용해 궤도를 점진적으로 조정 가능.
• 대형 탐사선에 유리: 연료를 아낄 수 있어 더 무거운 화물을 실을 수 있음.

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4. 실제 적용 사례

(1) NASA의 탐사선

• 마스 글로벌 서베이어(MGS, 1997): 화성 궤도에 진입한 후 5개월 동안 에어로브레이킹을 수행하여 임무 궤도로 정착.
• 마스 오디세이(2001): 초기 타원 궤도에서 3개월 동안 에어로브레이킹을 수행해 최적 궤도에 도달.
• 마스 리코너선(2006): 6개월 동안 에어로브레이킹을 통해 과학 임무에 적합한 원형 궤도 확보.

(2) ESA(유럽우주국) 탐사선

• 엑소마스 트레이스 가스 오비터(2016~2017): 11개월간 에어로브레이킹을 통해 화성 궤도에 정착.

(3) 미 우주군

• X-37B(2024) : 대기 마찰을 이용해 최소한의 연료를 소모 검증

5. 에어로브레이킹 vs. 에어로캡처(Aerocapture)의 차이

구분	에어로브레이킹	에어로캡쳐
목적	점진적인 감속 및 궤도 조정	즉각적인 감속 및 궤도 진입
방법	여러 번 대기를 스쳐 지나감	한 번의 강한 대기 진입
연료 사용	최소 사용	거의 사용하지 않음
위험성	상대적으로 낮음	고위험, 높은 속도로 진입하면 소실 가능

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6. 결론

에어로브레이킹은 우주 탐사에서 연료 절약과 효율적인 궤도 조정을 가능하게 하는 중요한 기술이다. 특히 화성 및 금성 탐사선에서 성공적으로 활용되었으며, 향후 목성, 토성 등의 탐사 임무에서도 활용될 가능성이 크다.