도쿄∼하와이를 30분으로 묶는 것도 가능한 스페이스X 신형거대 로켓 「BFR」이란?

도쿄∼하와이를 30분으로 묶는 것도 가능한 스페이스X 신형거대 로켓 「BFR」이란?

2017년9월27일에서 29일로 걸쳐 호주에서 개최된 우주관련 컨퍼런스로 등단한 엘론·머스크씨가, SpaceX(스페이스X)가 개발을 진행시키고 있는 화성 이주 계획으로 채용할 수 있을 예정인 초거대 로켓, 코드네임 「BFR」을 발표했습니다. NASA 새턴 V로켓에 필적하는 전장 106미터라고 하는 거대한 로켓은, 우주공간에서 연료보급을 해서 화성을 향하는 것이 가능한 것 이외에, 여객기와 같이 지구상에서 이용하는 것으로 전세계 어디든지 1시간이내에 도달할 수 있는 탈것이 될 가능성을 숨기고 있습니다.

Making Life Multiplanetary

BFR은, 발사시로 채용하는 부스터와 승무원이나 화물을 탑재하는 상단 로켓으로부터 이루어지는 2단식 로켓. 스페이스X가 개발을 진척시키고 있는 차세대 로켓 엔진 「랩터」를 31기 탑재하고, 기체와 연료, 화물을 포함시켜서 4400톤이나 되는 질량을 쏘아 올리는 성능을 가지는 초거대 로켓입니다.

BFR 전장은 106미터로, 지금까지 팔콘9이나 팔콘 헤비를 훨씬 상회하는 규모의 기체가 되고 있습니다. 크기도 크지만, 지름 9미터라고 하는 굵은 동체도 주목해야 할 포인트입니다.

실제로 화물이나 승무원이 탑승하는 상단부만이라도 길이는 48미터도 있어, 이것은 그전의 우주왕복선을 넘는 길이. 지름은 9미터, 건조 중량은 85톤으로, 최대발사 가능적재량은 150톤. 또, 이 기체는 동사의 「팔콘9」로켓과 같이 미션 완료후에 지상에 되돌아와서 착륙하는 것이 가능하고, 그 때에 갖고 가는 것이 가능한 화물량은 50톤이 되고 있습니다. 이하 이미지에 그려지고 있는 기체 측에는 사람의 크기가 표시되고 있어, 얼마나 큰 기체일지가 잘 압니다.

기체의 저부에는 로켓 엔진을 합계 6개 탑재. 중앙부분에는 연료가 되는 메탄과 액체산소를 거머쥐는 탱크를 가지고, 첨단부분에는 승무원이나 화물을 탑재하는 화물실/거주 공간 「페이로드 구획」이 마련되어져 있습니다.

페이로드 구획은 공기로 차게 해, 지구상과 동등한 기압에 가압되므로, 승무원은 우주복 없이 활동하는 것이 가능합니다. 가압 구획의 용적은, 초거대 점보 여객기 「A380」의 가압 구획보다도 큰 것이 되고 있습니다. 또, 이 구획에는 짐실 40과 넓은 공용부가 마련되어지고 있어, 중앙보관고나 galley, 그리고 태양풍으로부터 몸을 지키는 쉘터가 준비되는 모양.

탱크부는 크게 2개에 단락 지어져, 연료가 되는 메탄을 240톤, 그리고 액체산소를 860톤 탑재 가능. 게다가, 착륙시에 사용하기 위한 연료를 보관해 두기 위한 서브 탱크(헤더 탱크)가 별도 준비되어 있습니다.

저부에는, 랩터엔진 4기와 지상용 로켓 엔진 2기를 탑재. 랩터엔진은 우주공간에서 이용할 수 있는 엔진으로, 추진력을 20%에서 100% 사이에 조절하는 것이 가능. 로켓 능력을 나타내는 비교추진력은 375초로, 4기 맞춰서 1900킬로 뉴턴의 추진력을 자랑합니다. 또, 지상용 로켓 엔진은 지상에 돌아가서 착륙할 때로 채용할 수 있는 엔진으로, 2기 탑재하는 것으로 트러블에도 대응할 수 있는 장황성을 갖게 하고 있는 것. 어느쪽 엔진도, 노즐 방향을 바꿀 수 있는 「gimbal」을 통해서 로켓에 탑재되고 있으므로, 로켓이 나아가는 방향(벡터)을 조정하는 것이 가능합니다.

또, 이 로켓은 우주공간에서 연료를 보급하는 것이 가능하다고 하는 특징을 갖추고 있습니다. 보급할 때는, BFR 2기가 엉덩이끼리를 합치게 도킹하고, 연료를 탑재해 온 「탱커」로부터 연료를 보내주게 되고 있습니다.

세계의 주된 로켓과 성능을 비교하면 이런 느낌. 가장 오른쪽으로 나란히 되어 있는 BFR에서는, 지구를 주회하는 저궤도에 발사가능한 질량은 150톤으로, 이것은 역사상 최대인 로켓 「새턴V로켓」의 135톤을 상회하는 성능. 일본 H-IIB로켓은 19톤, 팔콘9로켓으로 22.8톤이 되고 있어, 얼마나 BFR이 많은 페이로드를 쏘아 올려 가능한지를 압니다.

이러한 성능을 갖추는 BFR은, 인공 위성의 발사나 국제우주스테이션(ISS)에 물자공급, 달에 도달, 그리고 화성 탐사 등, 미션에게 이용하는 것이 가능하다고 이야기하는 머스크씨. 덧붙이자면「BFR」은 코드네임이며 정식인 명칭이 아닙니다만, 머스크씨는 BFR이 의미하는 곳을 「Big Fucking Rocket」라고 놀람의 내용을 함께 이야기 하고 있었습니다.

인공 위성을 쏘아 올릴 때는, 페이로드 능력의 높이를 살려서 중량급 인공 위성을 쏘아 올리는 것 이외에, 지름 9미터라고 하는 크기를 살려서 큰 인공 위성을 쏘아 올리는 것도 가능해집니다. 이것은, 예를 들면 허블 우주망원경과 같은 인공 위성에 필요로 되는 거대한 거울을, 여태까지 처럼 분할할 일 없이, 하나의 완제품으로서 그대로 우주에 보내는 것을 가능하게 합니다.

ISS에 도킹하면 이런 느낌. ISS에 비교해서 대단히 거대한 BFR이 시선을 끌 만큼, 한번에 많은 짐을 날라도 ISS측이 전부 대응할 수 없는 수준이 될지도.

달에 다시 인류를 보내는 미션도 BFR은 활용 가능합니다. 특히, 지구를 주회하는 타원궤도위로 연료보급 배를 준비해 두고, 나중에 쏘아 올린 달 착륙선의 탱크를 가득하게 해서, 달에 향하는 것을 가능하게 한다고 말하는 특징을 갖춥니다. 그리고, 달에서 미션 완료후는, 그대로 다시 이륙해서 지구에 되돌아 오고, 재착륙해서 미션을 완료시키는 것이 가능.

큰 페이로드를 살리고, 많은 물자를 보내주는 것으로 월면에 우주스테이션을 건설할 수 있게 될지도 모르겠습니다. 지구보다도 인력이 약한 월면에 기지를 만들어버리면, 거기에서 우주탐사가 하기 쉬워지는 메리트도 기대할 수 있을 것 같습니다.

화성을 목표로 할 때에도, 연료보급이 가능한 성능이 발휘됩니다. 미리 연료를 실은 탱커를 쏘아 올려 두고, 나중에 승무원이나 화물을 실은 탐사 배를 쏘아 올립니다. 그리고 우주공간에서 연료를 보급하고, 그대로 화성에 향합니다.

화성으로 항로에 오른 BFR은, 날치와 같은 태양광 패널을 펼쳐서 선내활동에 필요한 에너지를 만들어 냅니다. 그리고, 4개월이나 장기간 플라이트를 경과하고, 마침내 화성에 겨우 도착한 BFR은, 뭐라고 희박이라고 말하여지는 화성 대기를 이용해서 감속하고, 최종적으로는 착륙용 로켓 엔진 2기를 사용해서 연착륙을 행합니다. 그리고 화성에서 활동을 하는 사이, BFR은 물과 이산화탄소,그리고 현지 자원을 사용하는 「현지자원이용」 (ISRU)이라고 불리는 기술을 이용하고, 귀로의 즈음에 사용하는 연료·메탄과 산소를 생성합니다. 그 때는, 금속 니켈을 촉매로서 물과 이산화탄소로부터 메탄과 물을 생성하는 Sabatier reaction 구조를 이용하는 것.

이 구상에 대해서 머스크씨는, 2022년까지 적어도 화물형BFR 2기를 화성에 보내주고, 수자원에 의한 확인이나 위험인자 조사, 그리고 그 후의 월면 탐사에 필요한 기초를 구축하는 것을 계획. 그 후, 2024년에 화물선 2기와, 승무원을 말려들게 한 BFR을 2기 쏘아 올리고, 첫 인류 화성착륙을 다하는 것을 계획하고 있습니다.

도시 확대를 애니메이션으로 하면 이런 느낌.

First opportunity to land BFR with cargo on Mars is 2022, followed by BFR crew and cargo missions to Mars in 2024—supporting the creation of a permanent, self-sustaining human presence on Mars.

SpaceX(@spacex)님의 공유 게시물님, 2017 9월 28 오후 10:57 PDT

그리고 프리젠테이션의 최후, 머스크씨는 「화성으로 갈 수 있는 로켓을 만드는 것이라면, 그것을 지구에도 응용할 수 있는 것이 아닐까」라고 하는 것은, 놀람의 로켓 교통망의 구상을 밝혔습니다.

「Earth to Earth」 (지구로부터 지구에)라고 제목을 붙여진 이하 무비에서는, 그 구상 내용을 볼 수 있습니다.

BFR | Earth to Earth

여러 보도에서는 「도쿄에서 하와이가 30분」이라고 하는 내용만이 전해지고 있습니다만, 이번 밝혀진 구상의 주지는 어디까지나 새로운 화성탐사 계획으로 채용할 수 있는 BFR 내용으로, 지구를 이동하기 위한 교통 수단이라고 하는 역할은 어디까지나 서브 취급이었다라고 하는 것이, 프리젠테이션을 본 뒤의 인상이었습니다.

실제로 이러한 「탈것」을 실현하기 위해서는 다양한 과제를 클리어하지 않으면 안된다고도 생각됩니다. 예를 들면, 「시속 2만7000km까지 가속」이라고 말해도, 그 때에 승객에게 걸리는 힘은 상당한 것이 될 것으로  예상됩니다. 예를 들면, 초속 제로로부터 시속 2만7000킬로에까지 10분으로 가속화된다로 하면, 그 10분간에 걸쳐 승객에게는 약 1.3G의 가속도가 걸립니다. 일반적인 여객기의 가속 G가 1G전후라고 말해지고 있습니다만, 그 힘이 10분간이나 계속된다가 되면, 사람에 따라서는 기분이나 몸상태를 안 좋게 해버리는 사람이 나올지도. 물론, 이착륙시나 우주공간에 도달했을 때, 안전성이 확보되지 않으면 안됩니다.

이라고는 해도, 이러한 과제는 클리어되기 때문에 존재한다고 생각되어, 지금까지에 다양한 기상 천외나계획을 실현해 온 스페이스X, 그리고 하이퍼 루프 등 「꿈의 탈 것」을 실현하려고 하고 있는 머스크씨라면 정말로 만들어버린다...라고 하는 근거가 없는 기대를 해 버리는 것도 일방으로는 사실. 머스크씨는 지상판BFR의 운임에 대해서 「여객기의 이코노미클래스정도에 억제한다」라고 함께 이야기 하고 있어, 장래는 하늘의 교통에 혁명을 초래해버리는 것일지도 모르겠습니다.