SSTO

Single stage to orbit.

1. 개요2. 특징

2.1. 장점2.2. 단점

3. 실현 방안4. 대중매체에서

1. 개요[편집]

Single stage to orbit, 단발궤도선이라는 이름에서 알 수 있듯이, 단 분리 없이 바로 궤도로 도달할 수 있는 우주선을 의미한다. 우주왕복선의 궁극 진화형. 쉽게 설명하면 우주왕복선에서 연료통이랑 부스터 빼고 비행기[1] 부분만 떼어 놓고 이 부분이 스스로 이륙해서 그대로 우주로 날아가는 형태라고 보면 된다. SF 영화에 나오는 절대 다수의 우주선은 다 이런 식이다.

2. 특징[편집]

2.1. 장점[편집]

버리는 부분이 없어서 경제적이다. 아폴로 우주선을 기억하는가? 무지무지하게 커다란 로켓 주제에 실제로 궤도에 올라가는 부분은 엄청나게 작았던 것이 기억날 것이다. 애초에 그 로켓의 대부분은[2] 연료의 무게로, 지구의 궤도에 도달하는 데 드는 에너지가 실로 어마어마하기 때문이다. 그리고 단이 분리되는 설계는 연료탱크를 다 사용하는 즉시 분리해 내서 무게를 줄이려는 시도에서 비롯된 것이다. 그러면 쓸데없는 무게를 달고 올라갈 필요가 없으므로 더 적은 양의 에너지로도 가속할 수 있기 때문. 하지만 이러면 분리해 낸 부분은 대기권에 재돌입하면서 타서 사라지거나 바다 등에 추락하기 때문에 일회용이 된다. 자연히 이는 비용의 상승을 불러 일으킨다.

SSTO는 단 분리가 없기 때문에 출발한 모습 그대로 궤도에 올라가 버리는 부분 없이 다시 지구로 진입한다. 따라서 회수 불가능 한 부분이 없어서 경제적이다. 다시 연료만 넣고 기름칠 좀 하고 발사하면 또 사용 가능.[3] 얼마나 이상적인가.

2.2. 단점[편집]

하지만 SSTO에는 장점을 뛰어넘는 엄청난 양의 단점과 기술적 난제가 산재해 있다. 본 항목의 장점과 단점 단락의 길이 차이가 SSTO가 존재하지 않는 이유를 가장 쉽게 설명해 준다.

첫번째는 안전성으로 21세기 초반인 현재 단 분리를 하지 않는 로켓은 재돌입이 위험하다. 이는 아폴로 우주선처럼 단 분리를 하는 로켓의 경우 재돌입 캡슐의 열방패(heat shield) 부분이 대기권 진입 직전까지 기계선에 잘 가려져 있다가 재돌입 직전에 기계선이 분리되면서 비로소 노출되어 대기권 진입시의 열로부터 안전하게 캡슐을 보호해주나, 우주왕복선에서 볼 수 있듯 궤도선이 비행기 형태일 경우 열방패가 발사 순간부터 쭈욱 외부에 노출된다.[4] 만약 대기권 돌파 중에 대기 중의 이물질(새라든지, 파편이라든지)와 이 열방패가 충돌하여 생채기라도 난다면 그대로 재돌입시에 열방패의 상처를 비집고 들어오는 마찰열에 의해 끔살 확정이다. 실제로 컬럼비아호가 이렇게 공중분해되었다.[5] 이렇게 골치아픈 열방패에 의존하지 않거나 의존도를 줄이는 현대적인 방식으로는 재돌입 역추진 분사(Reentry Burn) 방식을 이용해 재돌입 속도 자체를 줄이는 방식을 생각해볼 수 있는데 이 역시 단 분리 없이 이륙한 상태의 질량 그대로 재돌입을 해야 한다면 감속에 필요한 기름값과 혹사당하게 될 엔진의 감가상각 비용이 한없이 올라갈 수 밖에 없다. 그리고 안전에 있어서의 최선은 기존의 다단식 우주선 처럼 캡슐내에 보호된 상태로 있는 것이다. 특히 안전과 신뢰성이 최우선 과제인 우주선이라면 아무리 내구력이 좋은 소재라도 일단 외부 환경과 분리되어 있는 것이 유리한 것은 당연지사. 무엇보다, SSTO에서 안전성이 문제가 되는 것은 다단식 로켓으로 발사되는 우주선 보다 재돌입시 발생 할 수 있는 문제가 훨씬 많다는 것이다. 예전의 경우, 아예 재돌입체는 일회용으로 생각하고 그 한번의 재돌입에 있어 최대한의 안전을 확보하는 등가교환을 통해 고도의 신뢰성을 확보했다. 기술 발전에 힘입어 우주산업의 상업화가 급속히 이루어지고 있는 오늘날에는 재돌입체 조차 재활용 하려는 시도가 늘고 있어 이러한 차이가 줄어들긴 했지만, 아무리 재돌입체를 재사용 함으로서 해결해야 할 문제가 늘어난다고 해도, 발사체, 즉 엔진, 연료통, 미션 모듈에 해당하는 부분등을 전부 포함한, 소위 말하는 "우주비행기" (space plane)을 발사하고 재돌입 시켜서 재사용 하는 것과는 차원이 다른 문제다.

두번째 이유이자 중요한 이유는 SSTO 과정을 완성하기까지 드는 기술적 어려움, 우주왕복선도 만드느라 공돌이들이 갈려 들어갔건만, 이 녀석은 그 정도를 아득히 초월하는 공밀레가 필요하다. SSTO의 진짜 문제를 이해 하려면 먼저 로켓 엔진, 정확히는 엔진의 노즐에 대한 이해가 필요하다. 일반적으로 - 라기보다는 현재 쓰이는 모든 로켓에서 - 쓰이는 엔진들은 연소실에서 연소되어 급속히 팽창한 가스를 소위 말하는 CD 노즐 [6]을 통하여 좁아지는 부분에서(연소실과 벨의 사이) 음속, 그리고 벨에서 초음속으로 가속된다. 이러한 디자인은 작용 반작용에 있어 가장 기본적인 법칙의 문제인데, 작용 반작용은 한 벡터 즉 모멘텀과 그로 인해 그 반대 방향으로 정비례하여 발생하는 모멘텀의 원리이기 때문이다. 한마디로 연소실에서 가열 팽창된 유체의 열에너지와 압력은 최대한 낮추고, 거기서 최대한의 유동 속도를 뽑아내야 최대한의 추력을 발생시킬 수 있다. 또한 CD 노즐의 벨 [7]에는 연소가스의 가속 외에도 다른 매우 중요한 역할이 있는데, 이는 연소가스의 배출 방향을 결정해 주는 것이다. 방금 말했듯 작용-반작용은 백터값인 모멘텀의, 정확히는 모멘텀 보존의 법칙의 산물인데, 이는 즉 (벡터에는 방향이라는 값이 포함되기에) 로켓이 추력을 얻기 위해서는 단순히 연소가스의 속도 뿐만이 아니라, 이 연소가스가 배출되는 방향도 중요하다는 얘기다. 당연한 얘기지만, 연소가스는 아무리 가속되었더라도 여전히 매우 높은 압력을 지니고 있기 때문에 노즐의 밑 뿐만 아니라 옆으로도 나아가려는 힘을 지니고 있다. 이 힘에 반대되어 작용하는게 바로 대기압. 노즐에서 뿜어져 나온 연소가스가 원하는 방향=노즐에서 수직으로, 밑으로 곧게 뻗어나가기 위해서는 - 매우 당연하지만 - 연소가스 내의 압력 = 연소가스 외부의 압력이 되어야 한다. [8] 따라서 로켓의 노즐은 이러한 동일 압력을 달성하는 것을 목표로 그 넓이와 길이가 설계된다. [9] 문제는 지구의 대기압은 고도에 따라 매우 드라마틱하게 변화한다는 것이다. 우주라고 규정하는 100 km 까지 갈 것도 없이 당장 3만 피트만 올라가도 대기압이 뚝 떨어지니... 로켓이 다단으로 이루어진 것은 무게도 무게지만 이러한 문제가 더 중요하게 작용한다. 때문에, 평균적으로 1단에서 쓰이는 엔진의 노즐은 해수면 기준으로 over expanded이게 설계되어, MAX Q를 찍을 때 즈음 ambient에 다다르고 그 후 대기권을 벗어나며 단분리가 될 즈음 되면 under expanded가 된다.

여태까지 설명한 것을 종합해 보자면, 고도와 추력에 따라 알맞은 노즐 형상이 존재한다'는 결론에 다다르게 된다. 아주 대표적이고 알맞은 예가 스페이스X의 멀린1D 엔진이다. 멀린 엔진은 1단에 쓰는 해수면 기준과 2단에 쓰는 진공 기준의 두가지 형태가 있는데, Merlin Vacuum은 기본형 멀린 보다 훨씬 넓고 긴 노즐을 사용한다. 이는 당연하지만 연소가스 외부가 진공이기 때문으로, 진공에서 이론상의 최적의 노즐 형상은 무한히 길고 무한히 넓은 모양이지만 이는 당연히 불가능 하기에 최대한 넓고 길게 설계하는 것이다. [10] [11] 물론 이에 대한 해결책은 당연하지만 존재하고, 그게 바로 소위 altitude compensating nozzle 이라고 하는 종류의 노즐들이다. 여기에는 여러가지 방식의 고도 적응법이 있는데, 간단하게 [12] 노즐의 길이나 넓이를 가변적으로 늘리고 줄일수 있게 하는 방식부터, 쵸크와 벨 사이에 플러그를 설치하는 방식등의 다양한 방법이 있다. 아마도 가장 유명한 방식은 X-33과 벤쳐스타에 쓰려고 했던 XRS-2200 및 RS-2200의 형태인 aerospike 엔진이다. [13] aerospike 엔진은 소위 "스파이크" 즉 뾰족하게 튀어나온 구조물을 사이에 두고 그 옆으로 연소가스를 쏘아내는 방식인데, CD 노즐과 달리 막혀있는 부분은 스파이크 쪽 뿐, 반대 방향은 뚤려있다. 그로 인해 대기압이 줄어들면 연소가스의 압력도 자연스럽게 줄어들게 되어 압력차가 최소로 유지된다. aerospike engine의 형태는 CD 노즐의 안과 밖을 바꾼듯한 모양이기에 결과적으로 aerospike engine도 스파이크의 길이가 길고 넓을 수록 진공에서의 효율이 좋아지는데, 이를 최소화하기 위해 XRS-2200에는 자주포에서 쓰는 base bleed 탄과 같이 spike의 중앙에 연소로 생성된 가스를 조금씩 흘리는 구멍이 있어 압력을 유지한다.

문제는 저 놈의 aerospike 엔진이 지금까지 한번도 제대로 쓰인적이 없는 엔진이라 데이터가 터무니없이 부족하고, 이는 다른 고도 적응형 엔진들도 마찬가지다. 즉 신뢰성도 매우 낮으며 돈도 많이 많이 깨질것을 각오하고도 성공할 확신을 할 수가 없다. 또한 기술적으로도 CD 노즐을 쓰는 다단형 로켓에 비해 훨씬 복잡하다. 신뢰성이 생명인 로켓에 있어 매우 치명적인 문제로, X-33 및 벤쳐스타도 예산부족이 프로젝트 취소에 결정타를 날렸다.

물론 SSTO에 대한 다른 접근 방식으로 수직 이착륙이 아닌 수평 이착륙 방식 즉 스카일론과 같이 제트엔진을 써서 이륙하여 가속한 다음 궤도로 올라가는 방법도 있는데, 이는 추력으로 뜨는 것이 아닌 양력으로 뜨는 것이기 때문에 필요 에너지가 엄청나게 줄어든다. 천지차이 수준. 문제는 양력이라는 것이 결국에는 항력의 결과물인데, 항력이 유의미한 수준 이하로 떨어지는 고도까지 제트엔진으로 상승하지 않으면 의미가 없고 여기에도 많은 문제가 존재한다. 일단 기본적으로 엔진 부터가 제트엔진과 로켓엔진을 모두 갖추어야 하며, [14] 그 형상의 특성 상 원통형 대칭이 아니기 때문에 랑데부미션 등을 위해서 추가 장착되는 RCS 자세제어로켓의 위치나 출력을 설정하기 애매해진다. [15] 연료도 로켓연료, 산화제, 항공유를 모두 실어야 하고. 게다가 비행기 형상의 특징 상 양력을 발생시켜줄 날개도 필요한데, 이 날개란 것은 대기가 희박해지는 20km이상 상공에서 부터는 의미가 없어지고 오히려 아무것도 하지 않는 사하중(dead weight)가 된다. delta v를 늘리기위한 연료 소모량만 늘린다는 얘기. 게다가 공기 밀도가 낮아짐에 따라 흡기량이 줄어 제트 엔진의 출력이 감소할 것인데, 감소한 출력이 어느 순간부터는 더 이상 충분한 추력을 내지 못하게 되어 로켓엔진을 작동시켜야 한다. 이때 이 시점을 정하는 것도 큰 문제인데, 최대한의 효율을 위해서는 아슬아슬한 순간까지 제트엔진을 유지해야 하지만, 로켓 엔진으로의 전환이 너무 늦어질 경우 공기와의 마찰로 속도를 잃어버려 궤도 진입에 실패한다. 반대로 너무 일찍 전환해도 효율 좋은 제트엔진을 다 못쓰게 되므로 궤도 진입 실패. 결국 피나는 최적화 과정과 시험 발사를 통해 적절한 범위를 찾아야 한다. 다 필요 없고 KSP 실제 태양계 모드에서 SSTO 로켓을 설계해 보자. 이게 다 무슨 말인지 한방에 이해가 된다. 만약 굳이 양력을 이용해 초기 이륙 에너지를 절약하고 싶다고 해도 스트라토런치 시스템이나 버진 갤럭틱처럼 로켓을 비행기로 붙잡고 이륙해서 비행기로 이득을 얻을 수 있는 최고 고도의 상공에서 로켓을 전투기에서 미사일을 쏘듯 발사해버리면 그만이고 굳이 비행기의 이점을 얻기 위해 우주선이 통째로 비행기의 특성을 모두 갖출 이유는 없다.

여기까지가 기술적 난이도를 높이는 첫번째 이유가 되는 날기 위한 방식의 문제고, 두번째 기술적 어려움은 바로 무게 절감이다. 무게 절감은 X-33과 벤쳐스타의 취소에 지대한 영향을 미쳤는데, X-33은 공역학적으로 불안정한 점도 문제였지만 무엇보다 큰 문제는 연료통 설계였기 때문이다. SSTO는 다단계 로켓처럼 밑단을 분리하여 버릴 수 없기에, 모든 부품이 최대한 가벼워야하고, 또한 재활용 해야되기 때문에 그와는 반대되게 튼튼해야한다. 즉 "가볍고" "튼튼한"이라는 양립되는 성격을 둘다 달성해야되는데, 우주에서 요구되는 튼튼함은 딱히 설명이 필요없다고 생각되어 생략한다. 재돌입 등의 문제로 동체 외피의 무게 절감은 매우 힘들기에 내부에서 무게를 절감해야되고, 가장 무게가 많이 나가는 부분인 승무원 모듈, 엔진, 연료통 중 그나마 무게를 줄이는게 쉬운 연료통의 무게를 줄일려고 해봤지만 결과는 X-33의 운명이 잘 말해주고 있다.

세번째 문제는 기술적 문제 다음으로 중요한데, 바로 경제성 문제다. 우주 왕복선이 욕을 얻어먹은 가장 큰 이유가 바로 이 경제성 문제다. SSTO의 존재의의이자 한계는 바로 재활용 한다는 점에서 나온다. 일반적인 로켓을 보자. ULA의 아틀라스 V나 델타 4는 고체 로켓 부스터 수량에 따라 페이로드가 달라지고 임무도 달라져 결과적으로 유연한 대응이 가능하다. 이는 스페이스X에서 더더욱 두드러지는데, 스페이스X의 팰컨 로켓은 거의 모듈형 설계라고 봐도 좋은 정도다. 1단 모듈 한개면 팰컨 9, 3개이면 팰컨 헤비, 페이로드가 드래곤이면 화물용, 드래곤 V2이면 승객용인 형식. SSTO의 경우 그 자체로 하나의 덩어리이기에 이러한 모듈형 설계가 불가능하다. 거기에 이 팰컨 9이 고전적인 단분리 로켓의 재활용이라는 터무니없는 개념을 현실로 내놓는 바람에 완성체 단위의 재활용이라는 장점이 많이 퇴색되어 버렸다. 로켓을 만들 때 가장 비싼 1단을 재활용할 수 있다면 나머지는 대량생산과 구조적 간단함 즉 낮은 생산 및 정비 비용 덕에 오히려 더 경제적일 수도 있다. 지금은 기술적으로 힘들지만 2단까지 재활용 가능하게 된다면 과연 SSTO의 존재의의가 존재할까? 물론 스카일론과 같이 활주로에서 이륙하는 방식이라면 연비 측면에서 로켓에 비해 엄청난 이점을 얻을 수 있겠지만 전체 유지비 측면에서 볼때 구조적 간단함으로 인해 오히려 유지비는 더 비쌀 수도 있다는 것이 문제다. 한마디로 기존의 로켓에 비해 확실 쌀것이라고 단언하는 것이 가능했던 제작 및 유지비 문제도 스페이스X의 등장으로 장담할 수 없게 되어버렸다. 오히려 팰콘 계열의 로켓의 경우, 1단의 대기권 재돌입은 상대적으로 매우 저속 [16] 저고도에서 이루워지기에 우주선 재돌입체 만큼의 열차폐 기술 적용 및 관리가 불필요하다. 반면 SSTO는 완성체 그대로 무조건 LEO까지 직접 올라갔다가 내려와야 한다. 실제로 많은 전문가들은 스카일론의 비용이 스페이스X의 로켓보다 쌀거라고 생각하지 않는다. 오히려 스페이스X가 더 저렴할 것이라는 관점도 다수다. [17] 심지어 스페이스X의 차기작인 스타십은 2단 로켓이 곧 우주선이라 2020년대 내로 전 부분이 재활용 가능한 발사체가 될 예정이라 SSTO의 이점은 그만큼 퇴색할 것이다.

3. 실현 방안[편집]

단 분리만 하지 않으면 되므로, 아주 거대한 액체연료 로켓을 만들어서 바로 궤도에 진입하는 것도 SSTO로 볼 수 있다. 하지만 이 경우 빈 연료통은 그대로 사하중(dead weight)이 된다. 쓸 데도 없이 매달려만 있으면서 무게나 늘리고 항력이나 발생시키는 똥덩어리가 되는 것이다. 따라서 이 방식은 실현이 어렵다. 위에서 말했듯이 X-33 프로그램은 이 연료통의 사하중 문제를 해결하지 못해서 나락으로.

특히나 지구는 지구형 행성 중에서는 대기가 상당히 두꺼운 축이기 때문에 가속 도중에 공기저항이 소모시키는 운동에너지가 크다.[18] 이 에너지를 전부 로켓 연료의 화학에너지로 극복하려다 보니, 싣고 가는 연료의 양이 무지막지하게 많아지게 된다. 로켓 연료의 구성은 연소할 물질과 산화제인데, 여기서 연소할 물질은 말 그대로 높은 화학 에너지를 지닌 물질이고 산화제는 연소 과정에서 연소할 물질에게 산소를 공급해줄 물질이다. 우주 공간에는 산소가 없기 때문에 산화제가 따로 있어야 연소가 일어나기 때문이다. 하지만 로켓은 궤도에 도달하기까지의 비행 시간 대부분[19]을 대기권 안에서 보내지 않는가? 그리고 지구 대기에는 넘쳐나는 게 산소다. 따라서 제트 엔진을 위시한 흡기 엔진을 사용할 경우, 그 만큼 싣고 가야 하는 산화제의 양이 줄어들기 때문이다. 여기에다가 날개까지 달 경우, 공기가 없는 궤도에서는 질량만 늘리는 애물단지지만 대기 중에서는 양력을 제공해 발사 초기의 무지막지한 무게를 중력과 공기저항이 희박한 고도까지 들어올리는 데 큰 기여를 할 수 있다.

따라서 가장 현실성 있는 방안은 램 제트 엔진을 이용하여 지구 대기권의 상층부까지 올라간 이후, 스크램제트 엔진을 이용해 궤도 속도에 근접하게 우주선을 가속하고, 로켓 엔진을 점화하여 궤도로 진입하는 형태의 우주선이 있다. 즉, 대기권에서는 비행기, 대기권 밖에서는 로켓이 되는 것이다. 참고로 일반적인 군용 전술기의 제트엔진은 3000초에서 때때로 4000초도 넘는 비추력을 가진다. 로켓의 경우 우주에서도 겨우 450초 가량 박에 안되니 말 다했다 하겠다.

지상에서 이륙해서 극초음속 비행까지 수행할 수 있는 차세대 항공기 로켓 엔진 세이버(SABRE)가 영국 항공엔진 개발 기업인 리액션엔진스(Reaction Engines)에서 개발 중에 있다. 자세한 내용은 문서 참고.

그리고 바로 위에서 경제성으로 SSTO의 논리를 정면으로 박살내버린 스페이스X는 자사의 행성간 비행 로켓 프로젝트인 스타십(스페이스X)의 2단 화물 및 유인 비행체 부분의 테스트를 SSTO 미션으로 진행한다고 발표했다. 스타십이 계획대로 진행되면 화성에서 돌아올 때 SSTO로 화성에서 이륙해 그대로 지구로 돌아오게 되는데 이 부분의 테스트를 궤도 재진입 및 착륙과 한데 묶어서 지구에서 해보겠다는 의미.[20]

4. 대중매체에서[편집]

SF의 우주선들은 상당수가 엄청난 고추력과 고성능을 자랑하는 SSTO다. 대기권 중에서는 비행이 안 되는 물건을 찾는 게 드물 정도. 그런 물건들은 주로 하드 SF에 등장한다.

게임 에이스 컴뱃 시리즈에서는 SSTO가 발사될 때 까지 사수하는 임무와 SSTO에서 발사된 보급선을 격추하는 임무가 있다. 초대형 우주왕복선인 아크버드 또한 SSTO라고 할 수 있다.
배틀스타 갤럭티카의 주력 전투기 바이퍼(배틀스타 갤럭티카)는 SSTO로 운용이 가능하지만 대기권 내 장시간 비행은 기체에 무리가 간다고 한다. 참고로 갤럭티카를 포함한 대형함들은 대기권 내 비행 불가. 억지로 기권 내로 진입했다가 선체가 맛이 가는 연출까지 있다.
바빌론 5의 주력 전투기 스타퓨리의 경우 초기형들은 대기권 내 비행 능력이 없으며 후기형으로 가야 SSTO로 기능하게 된다.
영화 인터스텔라에 등장하는 레인저(Ranger)와 착륙선(Lander)이 SSTO에 해당한다. 그것도 별도의 재정비 없이 여러차례 대기권 돌파와 진입이 가능한 어마어마한 성능을 자랑한다. 영화의 시대적 배경이 2010년대로부터 수십년 후인 만큼 오버 테크놀로지 메카들이 여럿 등장하지만 그중에서도 돋보이는 것이 바로 이 우주선들. ~~아무리 봐도 영화적 허용 같지만...~~ 자세한 사항은 인터스텔라/등장로봇과 우주선 항목 참조.
영화 스타워즈 시리즈의 모든 우주선은 SSTO라고 봐도 무방하다. 밀레니엄 팰콘은 말할 것도 없고 소형 1인승 전투기인 X윙도 단독 대기권 돌파하는 장면이 자주 나온다.
영화 인디펜던스 데이에 나온 외계인 요격기 역시 오버테크놀로지가 집약된 SSTO.
푸른 강철의 아르페지오의 세계관에서는 안개의 함대에 의해 인류의 해상 활동이 모두 봉쇄되어 있고 항공기 역시 격추당할 위험이 있기 때문에 육로를 사용할 수 없는 국가 간 물자 교환은 SSTO를 이용해 이루어진다. 일본은 섬나라라는 특성 상 SSTO를 통한 타국의 보급으로 연명하는 신세. 그나마도 발사장이 공격받거나 요격되기도 하는지라...
게임 콜 오브 듀티: 인피니트 워페어 에서는 플레이어가 조종하는 SSTO형 전투기 ' Jackal '이 등장한다. 그 외 각종 우주군함들 및 군용 수송기들도 모두 SSTO다.
Kerbal Space Program에서는 플레이어가 SSTO를 만들어 승객이나 화물 수송용으로 활용할 수 있다. 단 현실지향적 게임이기 때문에 만들기가 상당히 어렵고, 화물에 따라 일반 로켓이 더 효율적인 경우도 많다.
신세기 에반게리온에서는 SSTO의 잔해가 등장. 라미엘의 에너지 포격을 막는 방패로 활용된다.
마크로스 시리즈의 가변 전투기는 최초 등장 당시 외기권 수준의 고도로 올라가기 위해서는 부스터가 필요했지만 마크로스 플러스의 YF-19, YF-21부터 부스터 없이도 지구 중력에서 탈출할 수 있는 정도의 출력을 얻을 수 있게 되어 SSTO로 분류될 수 있게 되었다.

[1] 정식 명칭은 궤도선, orbiter다.

[2] 거의 전체 질량의 90% 이상!

[3] 사실 실제로는 훨씬 복잡하다. 정비 비용이 무지막지해서 한 네댓번 쏘고 나면 새로 뽑는 거나 마찬가지다. 하지만 한번 쏘고 버리는 것보다야 몇배는 이득이다. 실제로도 왕복선이 아닌 우주선도 부품을 철저하게 회수해서 멀쩡한 부품으로 새로운 로켓만드는 데 재사용한다. 팰컨 9 같은 재사용 로켓도 아직까지는 5번 정도 사용하고 나면 사실상 수명이 끝난 것으로 간주해 크루 드래곤 미션 같은 각종 실험을 위해 폭파해버린다던가 무리하게 착륙 기록 갱신을 시도해도 엎어져버린다던가 하는 식으로 내구성에서 문제가 생기고 있어 로켓을 보잉 747처럼 간단한 정비 만으로 수천번씩 이착륙을 시킬 수 있는 반영구적으로 사용 사용 가능한 자산으로 만들겠다는 계획은 좀 갈길이 먼 상황이다.

[4] 우주왕복선의 경우 궤도선 동체 아랫부분과 날개 아랫부분 전체가 열방패다.

[5] 물론 우주왕복선의 외부로 부터의 충격의 대한 취약함은 우주왕복선이 설계된 시기의 특성상 재료공학이 지금처럼 발전하지 못한 것도 한몫을 거들었다. 우주왕복선의 경우 열차폐를 위해 실리카 계열의 세라믹 타일을 이용했는데, 충분한 열차폐율을 보여줬지만 물리적 충격에 매우 약한대다가, 내삭성에 있어 형편없었다. 우주왕복선의 막대한 유지비용에 있어 한몫을 거둔것이 이 타일의 교체 비용이었으며 실제로 우주왕복선의 후계기로 연구되던 록마의 벤쳐스타는 훨씬 향상된 내구력을 가진 금속제 히트실드를 쓸 예정이었다.

[6] converging diverging nozzle. de Laval nozzle이라고도 한다

[7] 보통 사람들에게 엔진이라고 생각되는, 연소실 이후 넓어지는 종과 같은 모양의, 가스가 뿜어져 나오는 부분

[8] 이렇게 외부와 내부 압력이 동일할 때의 압력을 ambient pressure라고 한다

[9] 노즐의 모양에 따라 배출되는 가스의 팽창도가달라지고, 이에 따라 노즐의 상대적 크기는 크게 4가지로 나뉘게 되는데, under expanded, ambient, over expanded, 그리고 grossly over expanded 이다.

[10] 넓고 길다 = 연소가스가 팽창할 공간이 더 넓다 = 압력이 떨어진다

[11] 우주 왕복선의 주 엔진인 RS-25의 천재적 설계가 여기에서 드러나는데, RS-25는 발사 부터 우주에서 까지 계속 사용되는 엔진이다. 실제로 발사시 연소가스의 형상을 보면 RS-25의 노즐은 해수면 기준으로 over expanded 노즐 이라는 것을 알 수 있는데, 그럼에도 불구하고 연소가스의 유동이 매우 안정적이다. 게다가 under expanded인 진공 상태에서도 충분한 효율을 보이니, 이것 만으로도 정말 괴물 같은 엔진이라는 말 밖에 안나온다. 거기다가 그 변태적인 무게중심을 실시간으로 조정하기 위해 최대 15도씩이나 꺾어재끼는 엄청난 짐벌각이나 다른 요소까지 합쳐지고 이것이 1970년대의 설계라는 것을 생각해 보면 감탄이 나올 수 밖에 없다. ~~문제는 그걸 제대로 못 써먹을 정도로 방해해댄 정치인들이었지만~~

[12] 물론 발상적인 의미에서. 기술적으로는 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.

[13] XRS-2200은 그중에도 linear aerospike이다

[14] 제트엔진 없이 로켓 엔진만으로 한큐에 할 수도 있지만, 위에서 말했듯이 이러한 방식의 SSTO는 양력으로 날기에 그 의의가 있는데 로켓 엔진을 쓰면 의미가? 오히려 양력을 위한 항력 때문에 전체적인 효율을 마이너스를 찍게 된다

[15] 물론 이는 우주 왕복선 처럼 극복하면 되는 문제긴 하다. 근데 우주왕복선의 RCS가 얼마나 복잡한지는...

[16] 로켓의 delta v는 대부분 2단 이상에서 얻어진다. 1단은 일단 무식하게 강한 추력으로 음속까지만 적당히 돌파시키고 2단, 3단, 화물칸의 묶음을 공기가 희박해 저항을 최소로 받는 대기권 바깥으로 밀어올리는 부스팅이 주 목적이다.

[17] REL은 스카일론의 기체 가격을 10억 달러 정도로 예상하고 있다. 물론 1회 발사할 때마다 30억 달러가 깨져나갈 SLS 로켓에 비하면 싸다고 할 수 있겠으나, 스페이스X의 팰컨 헤비가 재사용 시 1.5억 달러라는 최저가 옵션을 내세우고 있으며 재활용이 불가능한 델타 IV 헤비가 1회 발사시 4억 달러가 들어간다는 점을 생각하면 결코 가격방어가 된다고 말할 수가 없는 수준이다.

[18] 인류 역사상 실제 쓰인 SSTO 유인 우주선은 아폴로 계획의 달 착륙선 귀환 모듈이 유일하다. 달에는 공기 같은 게 없었기 때문에 60년대 기술로도 SSTO가 가능했다. 그런데 지구는 대기 때문에 그런 게 안된다. 나중에 화성이나 다른 행성 착륙했다가 돌아올 때나 좀 해볼 수 있을 듯.

[19] 저궤도의 경우, 대기권 밖에서 엔진을 분사하는 건 1분 남짓에 불과한 궤도 원형화 및 궤도평면 수정 과정밖에 없다.

[20] 화성은 대기 밀도가 낮고 중력도 지구 대비 낮아서 상대적으로 낮은 출력으로도 우주까지 올라가는게 가능하다.