“우리의 시험 설비는 실제 재진입 우주선이 겪는 열 유속, 압력, 전단 응력 등의 조합에 도달할 수 없습니다. 우리는 항상 비행 시험을 기다려야 최종적으로 시스템이 비행 준비를 마쳤다는 인증을 받을 수 있습니다.”—제러미 밴더캠, 오리온 열 차폐막 부책임자, 2022년 발언

수요일, NASA는 아르테미스 II라는 임무로 네 명의 우주비행사를 달 주위로 보내려 시도할 예정이다. 이번 비행은 NASA의 SLS 로켓으로는 두 번째 비행이며, 20년 된 오리온 캡슐이 사람을 태우고 비행하는 것은 처음이다.

문제는 오리온의 열 차폐막이 덩어리째 떨어져 나간다는 점이다. 비유적이거나 폄하하는 의미가 아니라, NASA가 2022년 이와 동일한 임무를 수행했을 때 실제로 재진입 과정에서 열 차폐막에서 큰 조각들이 떨어져 나가 패인 자국을 남겼다는 문자 그대로의 의미다. 열 차폐막에 박혀 있는 대형 볼트들도 부분적으로 침식되고 녹아 뚫렸다.

NASA의 첫 반응은 문제를 덮으려는 것이었다. 초기 보도자료에서 NASA는 로켓과 우주선 모두 뛰어난 성능을 보였다고 강조하면서도 비행 후 평가 검토 결과는 공개하지 않았다. 열 차폐막 손상에 대한 첫 언급은 2023년 3월 오리온 프로그램 매니저 하워드 후가 기자들과의 통화에서 나왔다. 후는 이렇게 말했다: “열 차폐막 전반에 걸쳐 예상보다 더 많은 편차가 관찰됐으며, 귀환 시 예상했던 일부 차(char) 물질이 컴퓨터 모델이나 지상 시험에서 예측한 것과는 다르게 삭마됐다.”

2024년 1월 전화 통화에서 기자가 차 손실 규모를 수치로 말해 달라고 하자, 문-투-마스(Moon-to-Mars) 부국장 아미트 크샤트리야는 이렇게 답했다: “매우 작은 국소적 영역이었다. 흥미롭게도 더 큰 덩어리였고 경계가 더 명확했다면 분석하기가 훨씬 쉬웠을 것이다.” 같은 통화에 참여한 록히드마틴 관계자는 “온전한 Avcoat가 충분히 남아 있었다. 그러니까 크고 큰 덩어리가 떨어져 나간 것은 아니었다”고 덧붙였다.

피해 규모가 명확해진 것은 2024년 5월 감사관실이 열 차폐막 사진을 공개하고 나서였다. 문제는 차 손실이나 과도한 삭마가 아니라, 열 차폐막을 이루는 수많은 Avcoat 블록에 깊게 패이고 구멍이 뚫린 것이었다.

Avcoat 소재는 덩어리째 떨어져 나가도록 설계된 것이 아니다. 매끄럽게 탄화되고 얇게 벗겨지며 열 차폐막의 전체 외형을 유지하도록 만들어졌다. 하지만 오리온은 모델로 삼은 아폴로 사령선보다 약 두 배 무거운, 뚱뚱하고 무거운 우주선이다. 그리고 Avcoat 열 차폐막은 실험적인 설계다. 이렇게 무거운 우주선은 물론이고, 달 귀환 속도에서 이런 분절형 열 차폐막을 비행시킨 사례는 아무도 없다.

OIG 보고서의 내용은 사진만큼이나 충격적이었다. OIG는 아르테미스 II 승무원의 목숨을 앗을 수 있는 세 가지 문제를 지적했다:

1. 열 차폐막 스폴링. 저 패인 자국들을 일컫는 기술 용어다. 스폴링은 열 차폐막 소재에 빈 공간과 틈을 남기기 때문에 보호되지 않은 캡슐 본체를 노출시켜 관통 연소로 이어질 수 있다. 또한 스폴링은 캡슐 주변의 극초음속 기류 패턴을 바꿔 국소적인 고열 지점과 연쇄 효과를 일으킬 가능성을 만든다.
2. 열 차폐막 파편 충돌. 스폴링으로 열 차폐막 조각이 극초음속 기류 속으로 튕겨 나가면 캡슐 상부를 강타해 낙하산 수납부를 손상시킬 수 있다. 이런 일이 아르테미스 I에서 일어났는지는 알 수 없다. OIG 보고서가 다소 답답함을 드러내며 지적했듯, NASA는 치밀한 회수 계획을 세워놓고도 낙하산이나 낙하산 덮개를 하나도 회수하지 못했다. 파편 충돌의 증거는 이제 태평양 바닥에 가라앉아 있다.
3. 볼트 침식. OIG 보고서는 열 차폐막에 박혀 있는 네 개의 대형 분리 볼트에서 침식과 용융이 발견됐다고 밝혔다. 이 볼트들은 내열 물질로 채워져 있어 재진입을 견딜 만큼 견고해야 한다. 하지만 NASA가 설계에 사용한 가열 모델의 결함 때문에 네 개 중 세 개가 녹아 뚫렸다. 보고서는 이어 이렇게 적었다: “재진입 중 분리 볼트가 열 장벽을 넘어 녹을 경우, 열 차폐막 뒤쪽으로 고온 가스가 유입되어 오리온의 구조적 한계를 초과하고, 결국 기체가 분해되어 승무원이 사망에 이를 수 있다.”

결국 오리온은 세 가지 다른 방식으로 승무원을 죽일 수 있을 만큼 심각한 손상을 입은 채 달에서 돌아온 셈이다. 좋을 리가 없다!

이로써 NASA는 진퇴양난에 빠졌다. 아르테미스 II용 오리온 캡슐은 이미 서비스 모듈과 결합된 상태였다. 설령 어떤 변경을 해야 하는지 안다고 해도, 이를 떼어내 열 차폐막을 수정하려면 수년이 걸린다. 비행 시험을 할 일정 여유도, 시험에 쓸 예비 하드웨어도 없었다. 오리온 한 대 가격은 10억 달러를 훌쩍 넘고, 이를 쏘아 올릴 수 있는 유일한 로켓인 SLS는 회계 방식에 따라 한 번 발사에 20억에서 40억 달러가 든다.

여기서는 경직된 일정이 움직일 수 없는 예산과 만났을 때 조직 차원에서 무슨 일이 일어나는지에 대해, 컬럼비아 사고 조사 위원회를 이끌었던 해럴드 게먼 제독의 말을 인용할 만하다:

프로그램 관리자가 문제와 결함, 난관에 직면했는데 일정을 연장할 수 없다면, 돈이 더 필요하거나 마진을 깎아야 한다. 다른 선택지는 없었다. 그래서 NASA 사람들은 어떻게 했겠는가? 마진을 깎기 시작했다. 누구도 그렇게 하라고 지시하지 않았다. 누구도 그렇게 하라고 말하지 않았다. 조직이 그렇게 한 것이다. 조직 내 개인들이 조직을 지키고 있다고 생각했기 때문이다. 그들은 조직이 원한다고 생각한 일을 하고 있었던 것이다.

그렇게 NASA는 결함 있는 열 차폐막을 달고 비행해도 안전하다고 스스로를 설득할 방법을 찾기 시작했다.

2024년 4월, NASA는 독립 검토 패널을 소집했다. 패널의 조사 결과는 공개되지 않았지만, NASA는 12월에 열 차폐막 손상의 근본 원인을 찾았다고 발표했다. 아르테미스 I 열 차폐막의 Avcoat는 투과성이 충분히 높지 않아 소재 층 아래에 갇힌 가스가 팽창하면서 열 차폐막 조각을 뜯어냈다는 것이다. 재진입 궤적이 가열을 두 단계로 나눠 발생시키면서 이 과정이 더욱 악화됐다고 했다.

이는 다소 곤란한 발견이었다. 아르테미스 II에 쓰일 열 차폐막은 초음파 검사를 더 쉽게 하려고 오히려 투과성을 더 낮게 만들었기 때문이다. 하지만 있는 열 차폐막으로 비행해야 했고, NASA는 재진입 궤적을 바꾸면 스폴링 문제를 충분히 상쇄하고도 남을 것이라고 자신했다.

다소 혼란스럽게도 NASA는 아르테미스 III부터는 새로운 열 차폐막 설계로 교체할 계획이라고도 발표했다. 다시 말해 아르테미스 II의 차폐막은 비행하기에 완전히 안전하지만, 이번 임무 이후에는 다시는 비행하지 않을 것이며, 교체 설계는 우주비행사가 탑승한 향후 달 임무에서 처음으로 시험될 예정이라는 뜻이다.

이 모든 것은 다소 터무니없었다. 유튜버 Eager Space가 지적했듯, 상업용 유인 캡슐(스페이스X 드래곤이나 보잉 스타라이너)이 오리온에서 본 것과 같은 손상을 입고 귀환했다면 NASA는 재설계를 요구하고 이를 검증하기 위한 무인 시험 비행을 고집했을 것이다. 하지만 NASA는 같은 우주비행사의 생명이 걸려 있음에도 자사의 간판 프로그램에는 상업용 유인 프로그램에 요구하는 높은 기준을 적용하지 않는다.

NASA가 새로운 분석에 도달하는 데 사용한 도구와 모델이 애초에 스폴링 문제를 예측하지 못한 것과 동일한 것들이라는 점도 지켜보는 이들의 눈에 띄지 않을 리 없었다. NASA는 비행 데이터로부터 역으로 추적해 Avcoat 시험 시편에서는 박리를 재현할 수 있었지만, 실물 크기의 열 차폐막이 아르테미스 II에서 겪게 될 새로운 비행 조건에서 어떻게 작동할지는 예측할 방법이 없었다.

이런 의구심을 품는 데 굳이 평범한 우주 블로거일 필요는 없다. 가장 적극적으로 공개적으로 이의를 제기한 인물은 열 차폐막 전문가이자 셔틀 우주비행사 출신으로 존슨 우주센터 엔지니어링 디렉터를 지낸 찰스 카마르다다. 컬럼비아와 챌린저를 잃게 만든 동기화된 추론이 반복되고 있다고 보고 경악한 카마르다는 우주비행사들의 생명이 걸려 있다고 믿고 기관 안팎에서 목소리를 높이기 시작했다.

개방성을 보여주는 차원에서 NASA는 2026년 1월 카마르다와 기자 두 명을 열 차폐막 브리핑에 초청하고, 공개되지 않은 일부 연구 자료에 제한적으로 접근할 수 있게 했다. 하지만 그 경험은 카마르다의 우려를 더욱 깊게 했을 뿐이었고, 그는 결국 절절한 호소문을 발표했다. 꼭 전문을 읽어보길 권한다.

요약하자면, 카마르다는 NASA가 컬럼비아와 챌린저 참사를 초래했던 것과 동일한 기능 부전을 보이고 있다고 주장한다. 예상치 못한 공학적 실패에 직면해, NASA는 자신이 도달하고 싶은 결론(비행해도 안전하다)이 증거로 뒷받침된다고 스스로를 설득하기 위해 장난감 같은 모델을 만들어냈다는 것이다. 이 장난감 모델들은 물리학에 기반하지 않았지만, 정량적인 것처럼 보이기 때문에 잘못된 안전감과 이해를 만들어내고, 경영진이 그 뒤에 숨을 수 있는 인식론적 무화과 잎이 된다.

더 단순하게 말하면, NASA는 분위기에 기대어 아르테미스 II를 비행시키려 한다는 것이다. 아르테미스 I의 열 차폐막에 일어났던 일이 아르테미스 II 승무원에게 해를 끼칠 만큼 악화되지는 않기를 바라는 마음으로 말이다.

아르테미스 I 재진입 당시 화면 캡처, 오리온 열 차폐막의 큰 불타는 파편이 보인다

상황을 더욱 답답하게 만드는 것은, 프로그램 자체의 논리로도 아르테미스 II를 유인으로 비행해야 할 이유가 전혀 없다는 점이다.

원래 아르테미스 계획에서 아르테미스 II는 아르테미스 III의 달 착륙 시도 전에 우주비행사를 태우고 오리온을 비행할 유일한 기회였다. 아르테미스 III는 처음 시도하는 기술적 도전들로 가득한(첫 착륙, 달 착륙선 첫 사용, 심우주에서의 첫 도킹 등) 두려운 임무가 될 예정이었기에, 달 주위를 도는 리허설 비행에서 가능한 한 많은 기술적 위험을 해소하는 것이 타당했다.

하지만 2026년 초, NASA는 일정에 아르테미스 임무 하나를 추가하기로 결정했다. 새로운 아르테미스 III는 2027년에 지구 근처 임무로 비행해 가용한 달 착륙선(블루 오리진 또는 스페이스X)과의 도킹을 시험하게 된다. 첫 달 착륙은 그다음 임무인 아르테미스 IV로 미뤄졌다.

이 변경으로 아르테미스 II에 우주비행사를 태워야 할 근거는 사라졌다. 오리온에 문제가 있다면, 승무원이 달 주위를 도는 긴 비행보다 지구 궤도에서 그 문제를 마주하는 것이 더 안전하다. 그리고 아르테미스 II는 우주비행사 없이도 충분히 비행할 수 있어, 지상 관제사들에게 발사 경험을 제공하고 승무원을 위험에 빠뜨리지 않으면서 NASA의 열 차폐막 모델을 검증(또는 반증)할 수 있다. NASA는 사실상 아르테미스 I을 반복함으로써 체면을 조금 구기겠지만, 그렇게 하는 것이야말로 NASA가 그토록 입으로만 외쳐온 안전 문화를 진정으로 믿고 있음을 보여주는 일이 될 것이다.

안타깝게도 매몰 비용과 체면 문제가 결국 승리할 것으로 보인다.

NASA의 엔지니어와 관리자들은 어리석지 않으며, 우주비행사의 생명을 가볍게 여기지도 않는다. 그들은 로저스 위원회와 CAIB 보고서를 읽었고, 많은 이들이 챌린저와 컬럼비아를 직접 기억한다. 하지만 그들은 특정한 맥락 속에 존재한다.

그 맥락이란 25년간 1,000억 달러에 가까운 돈을 쏟아붓고도 보여줄 성과가 없는 달 프로그램이며, 대규모 해고를 겪고 과학 예산이 거의 존폐 위기에 처했던 기관이다. 카리스마 있는 신임 국장은 발사 빈도를 높이겠다는 데 자신의 명성을 걸었고, 2029년 1월 트럼프 대통령의 임기가 끝나기 전에 우주비행사를 달에 착륙시키겠다는 명확한 목표를 세웠다.

그래서 사람들은 너무나 명백한 사실, 즉 오리온 열 차폐막이 승무원에게 감수할 수 없는 위험을 피하려면 달 귀환 속도로 성공적인 비행 시험을 거쳐야 한다는 말을 피하려고 온몸을 비틀고 있다.

만약 아르테미스 II 승무원이 재진입 중 사망한다면, 우리는 지금 프로그램을 지켜보는 누구에게나 명백히 보이는 기여 요인들을 정리한 또 하나의 방대한 보고서를 받게 될 것이다. 조사가 끝나고 의회의 분노가 가라앉기를 기다리며 우주 프로그램은 수년간 지연될 것이다. NASA는 자책하며 안전 관료주의를 한 겹 더 두르겠지만, 결국 같은 프로그램 압박 때문에 미래의 비행에서 같은 실수를 반복하게 될 것이다.

아르테미스 II가 안전하게 착륙할 가능성은 높다 — 바라건대 매우 높다. 하지만 정말로 우주비행사들이 죽을 때까지 기다렸다가 같은 교훈을 세 번째로 다시 배워야 하는가?

아르테미스 II 우주비행사들에게 행운과 순항을 빈다.