로켓의 역사 — 불화살에서 재사용 로켓까지

하늘로 무언가를 쏘아 올리는 일은 마법이 아니라 아주 단순한 원리하나에서 시작합니다 — 뒤로 세게 뿜으면 앞으로 밀린다(작용·반작용). 여기에 ‘얼마나 빨라야 하는가(탈출속도)’와 ‘어떻게 그 속도를 얻는가(로켓 방정식·다단)’가 더해지면, 불화살에서 성간우주 탐사선까지의 이야기가 모두 이어집니다.

이 글은 담집 클래스 ‘우주’ 파트의 1편이에요. 연도순으로 큰 사건을 짚되, 그 사이사이 핵심 원리는 슬라이더로 직접 만져보며 이해해 봅시다.

로켓의 조상은 무기였습니다. 13세기 무렵 중국에서 화약을 대나무 통에 채워 뒤로 뿜으며 날아가는 ‘불화살(화전)’이 등장했어요. 연료가 뒤로 빠르게 분출되면 그 반작용으로 통이 앞으로 나아가는 — 지금의 로켓과 똑같은 원리입니다.

20세기 초, 세 사람이 로켓을 ‘무기’에서 ‘우주로 가는 수단’으로 바꿉니다. 러시아의 치올콥스키는 1903년, 로켓이 낼 수 있는 속도를 계산하는 로켓 방정식을 세우고 액체연료·다단 로켓을 예언했어요. 미국의 로버트 고다드는 1926년 세계 최초의 액체연료 로켓을 띄웠고(단 2.5초, 12.5m였지만 역사적 첫걸음), 독일의 헤르만 오베르트는 우주비행의 이론을 대중화했습니다.

치올콥스키의 식이 왜 중요한지 직접 만져볼까요. 연료를 아무리 채워도 한 통짜리 로켓으론 궤도에 못 간다는 걸 눈으로 확인할 수 있어요.

기술을 폭발적으로 끌어올린 건 안타깝게도 전쟁이었습니다. 독일의 베르너 폰 브라운이 이끈 V-2 로켓은 세계 최초의 장거리 탄도미사일로, 1944년 시험비행에서 인공물 최초로 고도 100㎞(우주의 경계)를 넘었습니다. 다만 V-2는 전쟁 무기였고 강제노동으로 생산된 어두운 역사도 함께 있습니다.

전쟁이 끝나자 미국과 소련은 독일의 로켓 기술과 과학자들을 경쟁적으로 데려갔어요. 폰 브라운은 미국으로 건너가 훗날 아폴로의 새턴 V를 만들게 됩니다.

로켓이 높이 오르는 것만으론 부족합니다. 떨어지지 않을 만큼 빨라야하죠. 옆으로 초속 7.9㎞로 던지면, 지구가 둥글게 휘어지는 만큼 계속 비껴 떨어져 ‘영원히 낙하’하는 상태 — 그게 궤도예요. 초속 11.2㎞를 넘기면 아예 지구를 탈출합니다. 뉴턴이 상상한 ‘산꼭대기 대포’로 직접 확인해 보세요.

1957년 10월 4일, 소련이 농구공만 한 스푸트니크 1호를 궤도에 올립니다. 인류 최초의 인공위성이자 ‘스푸트니크 쇼크’였죠. 미국은 이듬해 익스플로러 1호로 밴앨런 복사대를 발견하고 NASA를 세웁니다(1958). 1961년엔 소련의 유리 가가린이 최초로 우주를 돌고 왔고, 마침내 1969년 7월, 아폴로 11호가 새턴 V 로켓에 실려 달에 내립니다 — 암스트롱과 올드린.

달까지 가려면 엄청난 속도가 필요한데, 그 비결이 다단 로켓이에요. 연료를 다 쓴 통을 버리며 가벼워지는 원리를 눌러 보세요.

1977년 발사된 쌍둥이 탐사선 보이저 1·2호는 목성·토성(2호는 천왕성·해왕성까지)을 지나 지금은 태양계 밖 성간우주를 날고 있습니다. 보이저 1호는 2012년 성간우주에 진입했고, 현재 인류가 만든 가장 먼 물체예요. 두 탐사선엔 지구의 소리와 인사말을 담은 골든 레코드가 실려 있습니다 — 언젠가 만날지 모를 누군가를 위한 편지처럼.

한 번 쓰고 버리던 로켓을 재사용하려는 시도가 이어졌어요. 1981년의 스페이스 셔틀이 부분 재사용의 문을 열었고, 2015년 스페이스X의 팰컨9이 1단 로켓을 스스로 착지시키며 비용을 확 낮췄습니다. 지금은 더 큰 완전재사용 스타십이 시험 중이죠. 한국도 2022년 독자 기술의 누리호로 위성을 궤도에 올리며 발사체를 가진 나라가 됐습니다.

정리하면 — 작용·반작용이라는 씨앗 하나가, 치올콥스키의 로켓 방정식과 다단이라는 방법, 그리고 탈출속도라는 목표를 만나며 인류를 지구 밖으로 데려갔습니다. 불화살에서 시작해 성간우주까지 — 다음 편에서는 그 ‘우주’ 자체를 하나씩 만져볼게요.