창문 균열 발생한 선저우 20호, 승무원 없이 지구로 귀환 예정

임무 중 발생한 이례적 차질과 빠른 파편 충돌

중국은 창문에 균열이 생긴 선저우 20호를 정밀 점검하기 위해 승무원 없이 지구로 귀환시킬 예정이다. 이번 균열로 중국 유인 우주비행 프로그램 사상 처음으로 임무 도중 귀환 불가 결정이 내려졌다. 이 결정은 승무원을 안전하게 귀환시키고 궤도에 남은 우주비행사들에게 비상 귀환 수단을 다시 마련하기 위해 톈궁 우주정거장에서 일주일간 비상 절차를 진행한 뒤 나왔다.

이상 징후는 도킹 해제를 앞둔 11월 5일 정기 점검 중 발견됐다. 우주비행사들은 귀환 캡슐 창문 가장자리에 작은 흠집을 확인했다. 여러 각도에서 촬영한 뒤 톈궁 외부 카메라로도 찍은 영상에서 해당 흔적은 표면 잔여물이 아니라 실제 균열인 것으로 나타났다. 기술진은 승무원을 태우고 귀환하는 것은 감수할 수 없는 위험이라고 판단했다. 가압된 귀환 캡슐의 균열은 압력과 열을 받으면 더 커질 수 있기 때문이다.

선저우 20호 우주비행사 3명은 톈궁에서 6개월간의 임무를 막 마친 상태였다. 계획대로 떠나는 대신 교체 우주선을 기다리며 9일을 보낸 뒤 선저우 21호에 올라 귀환했다. 이들의 내몽골 둥펑 착륙으로 중국 우주비행사가 궤도에서 연속 체류한 최장 기록이 200일을 조금 넘기며 경신됐다.

손상된 선저우 20호는 계속 우주정거장에 도킹해 있다. 이 우주선은 도킹을 해제하고 승무원 없이 대기권에 재진입하도록 원격 명령을 받게 된다. 기술진은 귀환 중 고응력 구간에서 균열이 어떻게 변하는지 살펴보고 향후 설계를 위한 비행 데이터를 수집할 계획이다. 중국유인우주국 대변인 지치밍은 우주선이 무인 귀환할 것이며, 다른 방법으로는 얻을 수 없는 귀중한 비행 중 측정 자료를 제공할 것이라고 밝혔다.

창문에서 확인된 손상

프로그램 관계자들은 원인이 아주 작은 우주 파편일 가능성이 크다고 말했다. 모래알보다 작은 먼지 입자도 지구 저궤도에서 초속 수 km의 상대 속도로 충돌할 수 있다. 충돌 때 방출되는 에너지는 유리와 금속을 깨뜨리거나 균열을 일으킬 만큼 크다. 우주선 설계팀에 따르면 선저우 20호 창문에는 안쪽 표면에서 바깥쪽 표면까지 이어지는 관통 균열이 생겼으며, 관측창 가장자리 부근에서 확인됐다.

중국우주기술연구원 유인우주선 시스템 수석 설계자인 자스진은 조사 결과와 승무원에게 미칠 위험을 설명했다. 그는 유리 소재 전문가들이 기내와 톈궁 로봇팔 카메라로 촬영한 사진 및 영상을 검토했다고 말했다. 이들의 판단에 따라 당초 귀환 계획을 중단하기로 했다.

초기 판단으로는 우주 파편의 크기가 1밀리미터보다 작았지만, 엄청난 속도로 이동하고 있었습니다. 그 결과 1센티미터가 넘는 균열이 생겼습니다. 궤도에서 직접 조사할 수는 없기 때문에 선저우 20호가 귀환하면 면밀히 살펴볼 예정입니다.

유인 우주선의 창문 구조에는 일반적으로 여러 겹의 유리판과 중복 안전 장치가 들어간다. 선저우호의 창문은 3중 구조이며, 바깥쪽에는 대기권 재진입 때 1,000도를 넘을 수 있는 극한의 열을 견뎌야 하는 열 보호층이 있다. 어느 한 유리판에 관통 균열이 생기면 가압 상태로 귀환할 때 설계진이 전제로 삼는 안전 여유가 사라진다. 지상의 팀은 균열이 재진입 중 커져 기압이 떨어지고, 고속 기체가 기내로 유입될 수 있는 최악의 상황도 모델링했다. 이 경우 생명 유지 장치가 몇 초 안에 감당할 수 없는 상태가 될 수 있다. 용납할 수 없는 위험이었다.

비상 상황의 전개

균열을 확인한 지 12시간 안에 관제센터는 선저우 20호의 귀환을 연기하고 비상 절차에 들어갔다. 승무원들은 안전한 귀환 수단이 마련될 때까지 톈궁에 머물렀다. 다음 임무 교대조를 태운 선저우 21호가 도착하자 중국은 이례적인 우주선 교체를 진행했다. 임무를 마친 우주비행사들은 새 우주선을 타고 귀환했고, 새로 도착한 팀은 당장 이용할 수 있는 구명정 없이 남게 됐다.

이 공백을 메우기 위해 우주 프로그램은 대기 중이던 계획을 앞당겼다. 발표로부터 불과 20일 뒤인 11월 25일, 창정 2F 로켓이 무인 선저우 22호를 발사했다. 우주선은 발사 후 몇 시간 만에 자동 랑데부와 도킹을 마쳐 현재 톈궁에 머무는 우주비행사 3명에게 탈출 수단을 다시 마련했다. 선저우 20호의 출발 준비 과정에서 손상된 관측창을 다룰 때 쓸 추가 보급품과 특수 도구도 실어 보냈다.

작은 파편이 큰 문제를 일으키는 이유

지구 저궤도의 물체는 대체로 초속 7~8km의 빠른 속도로 움직인다. 두 물체가 서로 다른 각도에서 마주치면 상대 속도는 더 높아질 수 있다. 지상에서 추적할 수 없을 정도로 작은 파편도 그 속도에서는 막대한 운동에너지를 지닌다. 1밀리미터 미만의 입자도 금속에 흠집을 내고, 유리를 깨거나 열 차폐막을 손상시킬 수 있다. 과거에는 더 큰 파편이 태양전지판에 흠집을 내고, 방열기 냉각수관에 구멍을 내거나 우주선 창문을 모래 분사하듯 깎아 놓은 사례도 확인됐다.

기술진은 유인 우주선이 이런 환경을 견디도록 설계한다. 표면 상당수에는 휘플 실드로 알려진 다층 완충재가 설치된다. 이 구조는 작은 입자가 압력 선체에 닿기 전에 부서지게 한다. 창문은 더 까다로운 문제다. 우주비행사들은 도킹과 주변 상황 파악을 위해 선명한 시야가 필요하므로 창문을 두꺼운 차폐재로 덮을 수 없다. 대신 설계진은 강화 소재를 여러 겹으로 쌓은 두꺼운 유리판을 사용하고, 시야가 필요하지 않을 때는 보호 덮개를 씌우며, 창문의 크기와 개수를 제한한다. 이런 조치에도 입자가 불리한 각도나 매우 빠른 속도로 충돌하면 손상이 발생할 수 있다.

추적망은 목록에 올릴 수 있을 만큼 큰 물체 3만 개 이상을 감시한다. 추적하기에는 너무 작지만 피해를 일으킬 수 있는 파편은 수백만 개에 달한다. 파편은 수명이 다한 로켓 단계와 오래된 위성, 충돌로 생긴 잔해, 작은 자연 미세유성체 등에서 나온다. 유엔과 각국 우주기관은 잔류 에너지 제거, 임무 종료 뒤 통제된 재진입, 책임 있는 폐기 궤도 이용 등 우주 파편 저감 조치를 권고하고 있다. 이런 조치에도 이용량이 많은 궤도 구간의 물체 밀도는 계속 높아지고 있다.

우주비행사들은 위험을 낮추기 위해 회피 기동과 차폐를 함께 활용한다. 우주정거장과 방문 우주선은 추적 중인 파편을 피하기 위해 정기적으로 궤도를 조정하며, 위험한 근접 통과가 예상될 때 승무원들은 귀환 캡슐 안에서 대기한다. 최근에는 우주 교통 조정과 정보 공유를 개선해야 한다는 목소리가 커졌다. 중국은 협력국과 공동 우주 파편 관측 사업을 추진하고 있으며, 이 위협을 관리하기 위해 궤도 이탈 돛과 정밀 추적 같은 기술에 투자하고 있다.

임무 중단은 안전을 위한 결정

선저우 20호는 정상적인 재진입 때의 응력을 견뎠을 가능성이 크지만, 궤도에서 이를 입증할 방법은 없었다. 위험 관리에서는 발생 가능성과 결과를 모두 고려한다. 균열이 치명적으로 커질 가능성은 낮았을 수 있지만, 그런 일이 벌어지면 결과는 생명을 위협할 수 있었다. 더 안전한 선택은 정상 상태인 귀환선을 기다린 뒤 손상된 우주선을 승무원 없이 지구로 보내는 것이었다.

임무 사령관 천둥은 착륙 뒤 이런 선택의 의미를 설명했다. 그는 우주 탐사에는 규율과 인내가 필요하다는 점을 이번 일이 보여줬다고 말했다.

인류의 우주 탐사 여정은 순탄하지 않으며 어려움과 도전으로 가득합니다.

중국의 우주정거장 프로그램에서 임무를 마친 승무원들이 자신들이 타고 올라가지 않은 우주선을 타고 지구로 귀환한 것은 이번이 처음이다. 이번 작전으로 임무 기간은 9일 늘었고 국가 최장 체류 기록도 새로 세워졌다. 또한 비상 발사와 착륙 절차를 시험했으며, 이 절차는 앞으로 승무원 임무의 표준 대응 계획에 포함될 예정이다.

무인 귀환과 점검 절차

앞으로 며칠 또는 몇 주 안에 비행 관제팀은 선저우 20호의 표준 점검을 진행하고 해치를 닫은 뒤 톈궁에서 도킹을 해제하도록 명령할 예정이다. 우주선은 궤도 이탈 분사를 실시해 궤도를 벗어나 지정된 구간을 통해 대기권에 재진입한다. 고비사막 둥펑 착륙 지역의 회수팀은 낙하산을 타고 지상에 도착한 캡슐을 확보하게 된다.

기술진은 단순히 더 가까이서 보는 것 이상의 정보를 원한다. 재진입 과정에서 균열 난 창문이 어떻게 변하는지 현실적인 데이터를 확보하는 것이 목표다. 온도·압력·진동 센서로 균열이 열과 공기 하중, 음향 응력에 어떻게 반응하는지 기록할 수 있다. 지치밍은 이번 귀환을 통해 가장 실제에 가까운 실험 데이터를 얻을 것이라고 말했다. 이는 실제 재진입 하중을 모델 및 지상 시험 결과와 비교한다는 뜻으로 풀이된다. 이런 정보는 향후 설계를 보강하고, 드물지만 심각한 이상 상황에 대비한 비행 규정을 개선하는 데 도움이 된다.

통제된 실험실에 도착하면 전문가들은 균열의 형태를 측정하고 충돌 지점에 남은 잔여물을 분석하며, 하강 중 균열이 더 커졌는지 확인할 수 있다. 조사관들은 궤도 파편과 무관한 잠재적 결함을 배제하기 위해 창문 조립체의 제조 기록과 설치 과정도 검토할 예정이다.

톈궁에서의 운용과 구명정의 역할

선저우 22호가 도킹한 지금은 의료 문제나 또 다른 비상 상황이 발생할 경우 현재 승무원들이 탈출할 수단을 갖추게 됐다. 장기 체류 우주정거장은 언제든 이용할 수 있는 귀환 캡슐과 승무원을 한 조로 운영한다. 이 캡슐은 몇 달 동안 대기하다가 짧은 귀환 비행에 나서는 구명정이자 택시이며 열 차폐체다. 톈궁은 교대 기간에 우주비행사 6명을 수용할 수 있지만, 생명 유지 장치는 장기 체류 기준으로 3명에 맞춰져 있다. 건강한 귀환선이 도킹된 상태를 유지하는 것은 이 운용 모델의 핵심이다.

중국은 선저우 우주선과 창정 2F 로켓을 각각 대기 상태로 유지한다. 이 체계는 비상 상황에 신속히 투입할 수 있도록 설계됐으며, 러시아와 미국이 소유스와 유인 우주선을 비상용으로 유지하는 방식과 비슷하다. 선저우 22호의 신속 발사는 이런 대비 태세를 입증했다. 선저우 22호는 보급 임무도 수행해 우주정거장의 연구를 계속할 수 있도록 도구와 예비 부품, 실험 장비를 전달했다.

다른 임무에서 비슷한 돌발 상황에 대응한 사례

우주비행의 역사에는 선저우 20호의 결정을 신중한 선택으로 뒷받침하는 사례가 있다. 2022년에는 미세유성체가 국제우주정거장에 도킹한 러시아 소유스의 냉각수관을 뚫었다. 해당 우주선을 타고 귀환할 예정이던 승무원들은 무인 대체 소유스가 발사될 때까지 궤도에 머물렀다. NASA 우주비행사 프랭크 루비오와 러시아 우주비행사 2명은 임무를 연장한 뒤 안전하게 귀환했다.

또 다른 사례에서는 미국 유인 캡슐의 시험 비행 중 추진기와 추진 계통에 문제가 생겨 우주비행사 2명이 계획보다 훨씬 오래 국제우주정거장에 머물렀다. 이들은 지상팀이 안전한 귀환 방안을 마련하는 동안 정거장 승무원들과 함께 임무를 수행했다. 두 사례 모두 일정에 대한 압박이 아니라 신중함과 중복 안전 장치가 대응을 이끌었다. 선저우 20호에도 같은 원칙이 적용됐다.

앞으로 주목할 사항

앞으로의 주요 일정은 선저우 20호의 무인 귀환과 비행 후 분석, 구명정 역할을 맡은 선저우 22호를 이용한 지속적인 운용, 톈궁에서의 꾸준한 과학 연구와 유지 보수다. 선저우 21호로 발사된 교대조에는 역대 최연소 중국 우주비행사가 포함돼 있다. 대원 한 명은 장기 생물학 및 인간 요인 연구의 일환으로 1년 넘게 우주에 머물 것으로 예상된다. 비상 귀환 수단이 다시 마련된 덕분에 이런 계획을 진행할 수 있다.

중국의 유인 우주비행 프로그램은 비행 중 실패를 많이 겪지 않았기 때문에 이번 사례는 특히 눈에 띈다. 성숙한 대응을 보여준 사건이기도 하다. 팀은 승무원 안전을 우선시하고 신속한 발사로 우주정거장의 안전 대책을 복구했으며, 손상된 우주선을 귀환시켜 체계적으로 점검함으로써 이상 상황을 학습의 기회로 삼았다. 조사 결과는 향후 창문 설계와 충돌 차폐, 비행 재개 규정에 반영될 가능성이 크며, 10년 안에 예정된 달 착륙 시도에도 참고가 될 전망이다.

핵심 내용

• 창문에 균열이 생겨 승무원을 태운 재진입이 위험해진 선저우 20호가 무인으로 지구에 귀환한다.
• 천둥, 천중루이, 왕제 우주비행사는 9일간의 지연 뒤 선저우 21호를 타고 안전하게 귀환해 중국의 우주 체류 최장 기록을 새로 세웠다.
• 11월 25일 비상 발사로 무인 선저우 22호가 톈궁에 도착해 구명정 역할을 맡고 도구와 보급품을 전달했다.
• 기술진은 1밀리미터 미만의 파편이 유리창을 관통하는 1센티미터 이상의 균열을 일으킨 것으로 보고 있다.
• 지치밍은 무인 귀환을 통해 재진입 중 균열 난 창문의 거동을 보여주는 실제 비행 데이터를 수집할 계획이라고 밝혔다.
• 중국은 둥펑 착륙 뒤 캡슐을 분석해 향후 설계와 비행 규정에 반영할 예정이다.
• 이번 사건은 지구 저궤도에서 지속되는 파편 위험과 대기 중인 승무원 구조 계획의 중요성을 보여준다.