이 같은 장점 때문에 미 항공우주국(NASA)은 4년 전 1억 달러 규모의 수직 이착륙 무인로켓 대회를 개최했다. 이 대회의 취지는 달은 물론 다른 천체에까지 신속하게 다녀올 수 있는 정확하고 신뢰성 있는 수직 이착륙 무인로켓을 개발하는 민간기업의 개발 의지를 북돋기 위한 것이다.
이 대회의 과제는 이렇다. 우선 원형의 발사지점에서 무인로켓을 쏘아 올려 지상 50m 지점에서 정지시킨다. 그런 다음 100m 떨어진 착륙지점까지 수평 이동해 수직 착륙시키는 것이다. 지난해에는 뜻밖에도 6명의 엔지니어로 구성된 신생기업 매스틴 스페이스 시스템즈가 상을 탔다.
수직 이착륙 무인로켓 조이(아래쪽 사진)는 이미 상용화돼 있는 재료와 부품으로 만들어졌으며, 모하비사막 상공 15m까지 상승해 45m 떨어진 암석 표적의 위치를 파악해 냈다. 또한 착륙지점에서 18cm 떨어진 곳에 착륙했다. 반면 경쟁 무인로켓들은 착륙지점에서 무려 60cm나 떨어진 곳에 착륙했다.
조이가 실제 달 표면을 날지 못할지도 모른다. 하지만 조이의 설계는 앞으로 등장할 우주선에 영향을 미칠 것이다. 또한 우주선을 만드는데 굳이 엄청난 예산을 소모하는 기술이 필요한 것은 아님이 조이를 통해 증명됐다.
그렇다면 조이의 향후 버전은 어떤 것일까. 지구에서 발사돼 120km 상공까지 날아가는 준 궤도 우주선에 조이의 기술을 이용하는 마스터플랜이 잡혀 있다. 오늘날의 우주왕복선과는 달리 이 우주선은 조종사가 필요 없으며, 비행 때마다 엔진을 다시 조립해야 할 필요도 없다. 비행 비용은 파운드(454g) 당 200달러로 현재 비용의 10분의 1 수준이다.
모든 것이 잘 되어 간다면 2012년 매스틴은 220파운드(100kg)의 과학실험 자재 또는 고객이 원하는 각종 물건을 하루에도 여러 번씩 나르게 될 것이다.
1.GPS 유닛: 조이는 지구상 및 저(低)궤도상에서는 초정밀 GPS를 사용해 자신의 위치를 측정한다. 하지만 달에는 위성이 없기 때문에 다른 방법으로 위치를 측정해야 한다. 매스틴은 달의 지면을 스캔하는 레이저를 장착, 이를 기존의 달 지도와 대조함으로서 위치를 측정하는 방법을 검토 중이다.
2.헬륨 탱크: 헬륨은 액체산소와 이소프로판올을 적절한 압력으로 탱크에서 밀어내는 역할을 한다. 이 헬륨 탱크는 탄소섬유로 만들어졌다.
3.비행제어 컴퓨터: 2대의 컴퓨터로 수직 이착륙 무인로켓의 비행을 제어한다. 이들은 무인로켓의 자세와 원하는 방향에 맞춰 추진기와 스로틀을 끊임없이 조절한다.
4.엔진 마운트: 일반적인 로켓에 들어가는 엔진 마운트보다 훨씬 작은 이 엔진 마운트는 엔진의 방향을 바꾸어 추력 방향을 조절한다.
5.센서 박스: 무인항공기에도 사용되는 이 2만 달러짜리 센서 박스는 조이에 쓰이는 부품 중 원래 항공우주용으로 설계된 몇 안 되는 부품 가운데 하나다. 방향과 속도를 측정하는 동작센서를 갖고 있다. 동작센서는 초당 한 번씩 업데이트되는 GPS 정보를 이용해 무인로켓의 궤도를 제어해준다.
6.액추에이터: 매스틴은 엔진을 움직이게 하기 위해 보통 조립라인에 많이 쓰이는 액추에이터를 구입했다. 액추에이터로 엔진을 몇 분의 1인치 움직여 미세한 방향 전환을 할 수도 있고, 한 번에 30˚를 돌려 급선회를 시킬 수도 있다.
7.액체산소 탱크: 액체산소 탱크에 달려 있는 밸브는 항공우주용 기성품이다. 연료 산화에 필요한 차가운 액체산소의 냉기를 버텨야 하기 때문이다.
8.이소 프로판올 탱크: 조이의 연료는 사실상 소독용 알코올인 이소프로판올 이다.
9.스로틀 밸브: 매스틴은 무인로켓의 강력한 파워를 더욱 정밀하게 조절하기 위해 기성품 스로틀 밸브를 개조했다.
10.엔진: 매스틴은 구리와 흑연 대신 저렴한 알루미늄으로 엔진을 제작함으로서 비용을 절감했다. 하지만 하루에도 몇 번씩 뜨고 내려야 하고, 알루미늄은 쉽게 과열이 일어나기 때문에 조이에서는 로켓 치고는 매우 강력한 액냉형 냉각시스템을 사용한다. 즉 연료가 연소실에 공급되기 전에 엔진 외벽을 돌면서 엔진의 열을 빨아들이는 방식이다.
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