많은 사람이 비행기가 날개로 공기를 밀듯 로켓도 ‘공기를 밀며’ 난다고 여긴다. 하지만 오해다. 로켓의 원리는 뉴턴의 작용-반작용 법칙이다. 뒤로 물질을 강하게 밀어내며 그 반작용으로 앞으로 나아간다.

그렇다면 연료를 그냥 뒤로 뿌려도 되지 않을까? 왜 굳이 태워서 가스로 만들까? 당연히 가능하지만, 엄청 비효율적이다. 핵심은 속도다. 추진력(추력)은 ‘질량 × 속도’로 결정된다. 빠르게 내놓을수록 추력이 강하다.

액체 연료를 그냥 뿌리면? 초속 수십 미터 정도로 나간다. 하지만 연료를 태워 고압가스로 만들면 초속 3~4km로 분출된다. 100배 이상 빠르다. 그래서 로켓은 연료를 폭발적으로 연소시켜 최대한 빠른 속도로 가스를 뒤로 내보낸다. 그리고 뜨거울수록 분자가 빠르게 움직인다. 연소실 온도가 3000℃나 되는 이유다.

이런 수백억 원의 로켓을 예전에는 한 번 쓰고 버렸다. 하지만 스페이스엑스가 이 상식을 깼다. 이제 재사용한다. 액체 로켓이라고 다 가능한 건 아니다. 몇 가지 필수 기술이 더 요구된다.

첫째, 엔진 재점화 기술. 한 번 꺼진 엔진을 다시 켤 수 있어야 한다. 극저온 연료가 탱크에서 터보펌프로, 연소실로 다시 흐르고, 불꽃이 다시 타올라야 한다. 한 번도 쉽지 않지만, 여러 번 켜고 끄기는 훨씬 더 어렵다.

둘째, 추력 제어. 노즐의 방향을 미세하게 조절해 로켓이 기울지 않게 균형을 잡는다. 착륙할 때는 초정밀 제어가 필요하다. 수백 톤짜리 로켓이 시속 수천 km로 떨어지다가 정확히 착륙 지점에 수직으로 내려앉아야 한다. 노즐이 아주 조금만 틀어져도 로켓은 쓰러진다.

셋째, 내열성 소재와 반복 사용 설계다. 일반 로켓 엔진은 한 번 쓰면 내부가 녹아 변형된다. 재사용 로켓은 수십 번 발사해도 견딜 수 있다. 더 강한 합금, 더 효율적 냉각, 더 정밀한 제작이 필요하다.

넷째, 정밀 제어시스템이다. 센서로 로켓의 위치·속도·자세를 실시간 측정하고, 컴퓨터가 수천 번 계산해 엔진 출력과 노즐 방향을 조절한다. 초당 수십 번 판단을 내린다.

이 모든 기술이 한 치의 오차도 없이 작동해야 한다. 하나라도 실패하면 로켓은 폭발한다. 그래서 너무나 어렵고 수십·수백 번의 실패가 있다. 그래도 재사용 로켓은 발사 비용을 10분의 1 이하로 낮춘다. 우리나라도 재사용 로켓 개발에 들어갔다. 그 길 끝에 우리의 우주가 있다.