점화-액체 로켓 추진제의 비공식 역사-

로켓 분야의 고전, 존 클라크의 『점화!』가 돌아왔다

이 책은 냉전과 우주개발 경쟁이 한창이던 시절 미국에서 액체 로켓 추진제 개발에 깊이 관여한 화학자가 회고록 형태로 쓴 액체 로켓 추진제 개발사인데, 저자 자신이 직접 참여했거나 가까이서 지켜본 일들을 주로 다룬 까닭에 건조한 역사서보다는 흥미진진한 비사에 가깝다고 할 수 있다.

저자 존 D. 클라크(1907-1988) 박사는 군 연구 시설(해군 항공로켓시험장 NARTS-이후 육군이 인수해 피카티니 조병창의 액체 로켓추진연구소 LRPL이 된다)에서 20여 년간 액체추진제를 연구한 추진제 화학자이다. 그가 했던 일도 정확히 위의 설명과 같은 것이기 때문에 『점화!』도 로켓 자체보다 그전 단계에서 군용 추진제로서 가능성 있는 물질을 찾아내고 시험한 이들의 추진제 화학-화학로켓의 본질-이 내러티브의 중심을 이룬다.

『점화!』는 1972년에 처음 나온 뒤로 오랫동안 절판되었다가, 거의 반 세기 후인 2017년에 다시 출간된 책이다. 이 때문에 서술된 내용 일부가 현 상황과 다소 거리가 있는 것도 사실인데, 그럼에도 이 책이 갖는 의미를 몇 가지 관점에서 생각해 볼 수 있다.

저자에 따르면 액체추진제 연구는 1940년대 말, 1950년대, 1960년대 전반까지 활발히 이루어진 이후 황혼기에 접어들었다. 액체추진제 화학 분야에 새로운 일거리도, 예상되는 주요 개발도 거의 남지 않았다는 것이다. 미국에서 그렇게 액체 로켓 추진제 연구 개발에 관여한 집단은 많아야 200여 명 규모였고(일명 ‘추진제 커뮤니티’), 실질적인 핵심 인력은 그중 1/4에 불과했다고 한다.

연구 개발에 소수만 관여한 현실과 기술적 완숙기에 접어든 시기적 여건에 대한 저자의 인식은 추진제 커뮤니티(쥘 베른의 『지구에서 달까지』에 나오는 ‘볼티모어 건 클럽’을 연상시킨다)를 향한 서문의 인상적인 인사말에, 혹은 예우를 갖춘 고별사에 함축적으로 표현되어 있는데, 이는 오늘날 우리가 이 주제에 관한 당사자의 진술을 더는 찾아보기 어렵다는 의미로도 읽힌다.

다른 한편으로 『점화!』는 로켓학에 관한 좋은 참고 서적이기도 하다. 역사적인 측면은 물론이고, 화학로켓의 본질을 이해함에 있어서도 그러하다. 이 책은 저자가 밝혔듯이 공식적 역사를 기술한 것은 아니지만, 일차적으로는 언제 무슨 일이 있었는지에 관한 것인데, 저자는 개별적인 사건들을 기술하는 데 그치지 않고 많은 부분 기술적인 설명을 곁들인다. 어떤 시도가, 어떤 기획이 어떠한 이유로 성공하거나 실패했는지에 관한 서술은, 교재처럼 수식으로 보이지 않았을지라도, 은연중에 화학로켓이 작동하는 원리를 보여준다. “추진제 화학자들은 추진제가 무엇을 해야 하는지 안다”는 말처럼, 이 책은 다른 분야에서 흉내 낼 수 없는 독특한 문법으로 화학로켓이 무엇인지 표현한다.

그러나 그 무엇도 이 책의 최대 미덕으로 꼽히는 재미를 뛰어넘지 못할 것이다. 『점화!』에 관한 해외 독자들의 반응은 (대부분) ‘폭발적’이다. 로켓도 아닌 추진제라는 협소한 분야를 다루고 있는 하드코어 사이언스에 납득하기 어려울 만큼 많은 독자들이 높은 평점을 주었다는 점은, 이 책이 그만큼 잘 쓰인 과학책이라는 방증일지도 모르겠다. 독자들의 이러한 반응은 온라인 서점 아마존닷컴의 어느 서평 제목, “A niche-interest book that the right reader will find fascinating.” 한 줄로 잘 요약될 것 같다.

좁게는 항공우주와 군사과학 분야에 흥미가 있는 독자들과 넓게는 과학을 공부하는 학생들에게 이 책을 권하고 싶다. “과거를 기억하지 못하는 자는 그것을 되풀이할 수밖에 없다”라는 인용문과, 본문에 등장하는 “기초연구 명목보다 엔지니어링 명목으로 자금을 마련하는 것이 항상 더 쉽다. 왜 그런지 필자에게 묻지 말라.”는 한마디는 이공계의 많은 종사자들에게 통렬하게 다가올 것이고, 추진제 화학자들이 주어진 상황에서 무엇을 하려 했으며 어떤 방식으로 문제를 풀어 가려 했는지 살펴보는 것은 학생들(특히 항공우주와 추진 분야 전공자)에게 흥미롭고 유익한 경험이 될 것이다. 익살스럽게 표현되어 있지만 사실은 극도로 위험한 물질들 속에서 생명을 담보로 써 나간 도전의 역사가 오늘날의 독자에게도 탐구 정신을 일깨우고 영감을 주는 좋은 자극제가 되기를 빈다.

장별 소개

1장 ‘어떻게 시작되었는가’에서는 치올콥스키, 고더드를 비롯한 로켓학의 선구자들에 관한 이야기, 추진제 개발의 본류 중 하나의 출발점인 사산화질소(NTO), 적연질산(RFNA)의 도입 등을 소개한다.

2장 ‘페네뮌데와 JPL’에서는 2차 대전 중 독일에서의 주요 연구(알코올/액체산소 조합, 하이드라진/고농도 과산을 이용한 자동 점화성 추진제, 질산과 자동 점화하는 연료를 찾으려는 노력)와 미국에서의 주요 연구(GALCIT-JPL에서 아닐린-RFNA로 이륙보조로켓(JATO)을 개발)에 대해 소개한다.

3장 ‘하이퍼골과…’에서는 자동 점화성 연료/첨가제 개발, 저장성 추진제인 하이드라진의 어는점을 낮추기 위한 노력과, 그 결과물인 하이드라진 유도체(MMH 및 UDMH)에 대해 다룬다.

4장 ‘…그 짝의 사냥’에서는 질산 특유의 문제점(부식성, 분해로 인한 압력 상승 등)을 해결하려는 노력과, 그 결과물인 억제 적연질산(IRFNA)에 대해 서술한다.

5장 ‘과산-언제나 들러리’에서는 이원 추진제로서 고농도 과산화 수소에 대한 연구, 과산이 가진 태생적 한계 등을 다룬다.

6장 ‘할로젠과 정치적인 문제들 그리고 심우주’에서는 산소 기반 저장성 산화제를 능가할, 할로젠 기반 산화제 연구를 다룬다. 악명 높은 ClF3, 퍼클로릴 플루오라이드와 ClF5의 발견 등이 소개된다.

7장 ‘성능’에서는 로켓학에서의 성능이 무엇을 뜻하는지, 주어진 추진제 조합에 대한 성능 계산은 어떻게 이루어지는지, 성능 계산에 사용된 각종 근사법에는 어떤 것들이 있었는지, 성능 측면에서 우수한 추진제란 어떤 것인지 간략하게 설명한다.

8장 ‘LOX와 Flox 그리고 극저온 일반’에서는 액체산소(LOX)와 RP-1/액체수소에 관한 일반적 내용, 액체 플루오린, Flox(액체 플루오린과 LOX의 혼합물), 오존을 이용한 연구에 대해 소개한다.

9장 ‘이반은 무엇을 하고 있었는가’에서는 소련의 액체 로켓 추진제 개발에 대해 개괄한다. 소련의 행적은 미국의 그것과 크게 다르지 않지만, 그 관행은 다소 보수적인 것으로 보인다.

10장 ‘이색 추진제(exotics)’에서는 보레인(붕소와 수소의 화합물) 관련 연구를 다룬다. 붕소 함유 연료는 고에너지 추진제로 기대를 모았지만, 결과물은 별로 성공적이지 못했다.

11장 ‘일원추 유망주들’에서는 (과산 및 하이드라진의 촉매 분해) 저추력 일원 추진제를 소개하고, 주 추진용 고성능 일원 추진제 개발 비화, 고에너지와 안정성 간의 위험한 줄타기에 대해 다룬다.

12장 ‘고밀도 그리고 고도의 어리석음’에서는 하이브리드(고체연료/액체산화제 사용) 로켓, 고밀도 연료(금속화 연료, 젤 추진제 등), 삼원 추진제(Li-F-H 시스템 등)에 관한 연구를 소개한다.

13장 ‘그래서 어떻게 되는가’에서는 화학로켓의 미래와, 응용 분야별(단/장거리탄도탄, 우주발사체 부스터/상단, 달 착륙선, 심우주 탐사선 등) 추진제 사용에 대해 전망한다.

추천의 글

로켓학의 초년에 관한 이 내부자의 이야기는 컴퓨터 공학의 영역 바깥에 있는 기술을 연구하고 개발하는 흥분을 포착한다. 우리는 기술 진보를 무어의 법칙 면에서 생각하는 데 익숙한 반면, 이 엔지니어들은 당신 손에 쥘 수 있을 만큼 작은 금속 튜브를 발사하는 것에서 불과 몇 년 만에 세 사람이 들어 있는 2톤짜리 금속 캡슐을 달에 가는 내내 추진하는 데 성공했다. - Inc., 일론 머스크가 추천하는 9권의 강렬한 책

지은이 : 존 D. 클라크(John D. Clark, 1907-1988)

존 D. 클라크는 1949년 뉴저지주 도버에 있는 해군 항공로켓시험장 NARTS에 입소했다. (시험장은 1960년에 피카티니 조병창의 액체 로켓추진연구소가 되었다.) 그는 거의 21년 내내 액체 추진제 개발을 담당했고, 이후 1970년에 은퇴했다.

알래스카 사람인 클라크 박사는 알래스카 대학교를 다녔고 캘리포니아 공과대학교에서 이학 학사를, 위스콘신 대학교에서 이학 석사를, 1934년 스탠퍼드 대학교에서 박사 학위를 받았다. 그는 NARTS와 인연을 맺기 전에 몇몇 산업 분야에서 화학자로 일했다.

클라크 박사의 저작물 다수가 기밀로 분류된 정부 보고서 형태였지만, 그는 학술 저널 등에 글과 논문을 기고하기도 했고, 취미로 공상과학 잡지에 이야기와 기사를 쓰기도 했다. 그는 로버트 E. 하워드의 코난 시리즈에 대한 관심의 대대적인 부흥에 중요한 역할을 했으며, 아이작 아시모프, L. 스프레이그 드 캠프, 플레처 프랫과 그 외 공상과학 작가들의 집필 활동에 영향을 준 인물이다.

옮긴이 : 서지형

경희대학교에서 화학과 영어통번역학을 전공하였다. 번역한 책으로는 『우주선은 어떻게 비행하는가』가 있다.

존 클라크에 관해 _아이작 아시모프

서문

1. 어떻게 시작되었는가

2. 페네뮌데와 JPL

3. 하이퍼골과…

4. …그 짝의 사냥

5. 과산-언제나 들러리

6. 할로젠과 정치적인 문제들 그리고 심우주

7. 성능

8. LOX와 Flox 그리고 극저온 일반

9. 이반은 무엇을 하고 있었는가

10. ‘이색 추진제(exotics)’

11. 일원추 유망주들

12. 고밀도 그리고 고도의 어리석음

13. 그래서 어떻게 되는가

용어 해설

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