우주 비행

우주 비행(宇宙飛行, )은 유인 또는 무인으로 물체(대개 우주선)를 우주 공간으로 또는 우주를 통과하여 날려 보내기 위해 우주항행학을 응용하는 것이다. 대부분의 우주 비행은 무인으로 이루어지며, 주로 지구 주회 궤도의 인공위성과 같은 우주선으로 수행되지만, 지구 궤도를 넘어선 비행을 위한 우주 탐사선도 포함된다. 이러한 우주 비행은 원격 로봇 또는 자율 제어로 작동한다. 최초의 우주 비행은 1950년대 소련의 스푸트니크 위성과 미국의 익스플로러 및 뱅가드 임무의 발사와 함께 시작되었다. 유인 우주 비행 프로그램에는 소유스, 선저우, 과거의 아폴로 달 착륙 및 우주왕복선 계획 등이 있다. 현재 진행 중인 다른 우주 비행은 국제우주정거장과 중국의 톈궁 우주정거장을 대상으로 수행되고 있다.

우주 비행에는 지구 관측 위성 및 통신 위성의 발사, 행성간 임무, 우주정거장과의 랑데부 및 도킹, 과학 또는 관광 임무를 위한 유인 우주 비행이 포함된다.

우주 비행은 전통적으로 다단 로켓을 통해 달성할 수 있는데, 로켓은 중력을 극복할 수 있는 추력을 제공하여 우주선을 준궤도 탄도로 추진한다. 임무가 궤도 우주 비행인 경우, 우주선은 대개 1단을 분리하고 2단을 점화하여 우주선이 궤도에 도달할 수 있을 만큼 충분히 높은 속도로 가속한다. 궤도에 진입하면 우주선은 지표면으로 다시 떨어지지 않고 지구 주위를 돌 수 있을 만큼 충분히 높은 속도를 유지한다.

대부분의 우주선과 모든 유인 우주선은 스스로 궤도 이탈하도록 설계되어 있으며, 고에너지 궤도에 있는 무인 우주선의 경우 묘지 궤도로 스스로 이동하도록 설계된다. 그러나 사용된 상단 로켓이나 고장 난 우주선은 궤도 이탈 능력이 부족한 경우가 많다. 이는 통제 불가능한 우주선이 자주 사용되는 궤도에 다수 존재할 때 큰 문제가 되며, 작동 중인 위성과 우주 쓰레기가 충돌할 위험을 증가시킨다. 이 문제는 대형 물체(주로 상단 로켓)가 궤도에서 분해되거나 다른 물체와 충돌하여 발견하기 어려운 수백 개의 작은 파편을 생성할 때 더욱 악화된다. 이러한 연속적인 충돌 문제는 케슬러 증후군으로 알려져 있다.

 용어 
우주 공간으로 또는 우주를 통과하는 비행을 일컫는 여러 용어가 있다.

우주 임무(space mission)는 목적을 달성하기 위해 의도된 우주 비행을 말한다. 우주 임무의 목적에는 우주 탐사, 우주 연구 및 우주 비행에서의 국가적 최초 기록 등이 포함될 수 있다.

우주 수송(space transport)은 사람이나 화물을 우주 공간으로 또는 우주를 통해 운송하기 위해 우주선을 사용하는 것이다. 여기에는 유인 우주 비행과 화물 우주선 비행이 포함될 수 있다.

 역사 

로켓을 이용한 우주 여행의 최초 이론적 제안은 스코틀랜드의 천문학자이자 수학자인 윌리엄 리치가 1861년 에세이 "A Journey Through Space"에서 발표했다. 더 잘 알려진 것은 콘스탄틴 치올콥스키의 저작인 1903년 발표작 ""(반동 장치를 이용한 우주 공간 탐사)이다. 이 저작에서 치올콥스키는 근본적인 로켓 방정식을 기술했다.

여기서:

 ()는 로켓 속도의 변화량이다.
 ()는 배기 속도이다.
 ()와 ()는 로켓의 초기 및 최종 질량이다.

치올콥스키 로켓 방정식으로 알려진 이 방정식은 총 , 즉 잠재적인 속도 변화를 구하는 데 사용될 수 있다. 오늘날에도 엔지니어들이 사용하는 이 공식은 우주 비행의 핵심 개념이다.

우주 비행은 1919년 로버트 고다드가 발표한 논문 극고도에 도달하는 방법(A Method of Reaching Extreme Altitudes)과 함께 실질적인 가능성이 되었다. 그는 액체 연료 로켓에 데 라발 노즐을 적용하여 행성간 여행이 가능할 정도로 효율성을 개선했다. 추가 연구 후 고다드는 제1차 세계 대전 중에 로켓 추진 무기에 대한 육군 계약을 확보하려 했으나, 1918년 11월 11일 독일과의 휴전으로 계획이 무산되었다. 민간의 재정적 지원을 받기로 한 후, 그는 1926년 3월 16일 최초로 액체 연료 로켓을 발사했다.

섬네일|left|upright|베너 폰 브라운이 공동 설계한 독일의 V-2 로켓은 우주에 도달한 최초의 인공물이 되었다.
제2차 세계 대전 동안 나치 독일에 의해 최초의 유도 로켓인 V-2가 개발되어 무기로 사용되었다. 1944년 6월 테스트 비행 중 이 로켓 중 하나가  고도에 도달하여 우주에 도달한 최초의 인공물이 되었다. 제2차 세계 대전이 끝날 무렵, 책임자 베르너 폰 브라운을 포함한 V-2 로켓 팀의 대부분은 미국에 항복했으며, 이후 육군탄도미사일국이 된 곳에서 미국 미사일 연구를 위해 이주하여 주노 I 및 아틀라스와 같은 미사일을 생산했다. 반면 소련은 여러 V2 생산 시설을 점령하고 복제품을 만들었으며, 11발의 로켓 중 5발이 목표에 성공적으로 도달했다. (이는 나치 독일의 성공률과 비교적 일치했다.)

소련은 1950년대 미국 폭격기에 대한 대응책으로 핵무기를 운반하기 위한 대륙간 탄도 미사일을 개발했다. 치올콥스키의 영향을 받은 세르게이 코롤료프가 수석 로켓 설계자가 되었고, 그의 R-7 세묘르카 미사일의 파생형이 1957년 10월 4일 세계 최초의 인공 지구 위성인 스푸트니크 1호를 발사하는 데 사용되었다.

미국은 스푸트니크 발사와 두 차례의 당혹스러운 뱅가드 로켓 실패 이후 1958년 2월 1일 익스플로러 1호를 발사했다. 3년 후, 소련은 우주비행사 유리 가가린을 태운 보스토크 1호를 궤도에 쏘아 올렸다. 미국은 1961년 5월 5일 앨런 셰퍼드의 준궤도 발사와 1962년 2월 20일 존 글렌의 궤도 발사로 대응했다. 이러한 사건 이후 존 F. 케니디 미국 대통령은 달에 가겠다는 약속을 했고, 제미니 계획과 아폴로 계획이 수립되었다. 랑데부와 도킹, 선외활동(EVA)을 성공적으로 수행한 후 제미니 계획은 아폴로 1호 비극 직전에 종료되었다. 새턴 1B와 새턴 V의 여러 차례 무인 시험 비행을 거쳐, 미국은 유인 아폴로 7호 임무를 지구 저궤도로 발사했다. 성공적인 임무 완료 직후, 미국은 아폴로 8호(최초의 달 궤도 비행 임무), 아폴로 9호(CSM과 LEM이 모두 탑재되어 발사된 최초의 아폴로 임무), 아폴로 10호(최초의 달 착륙 근접 임무)를 발사했다. 이러한 사건들은 최초의 유인 달 착륙인 아폴로 11호와 그 후속 6개 임무(그중 5개는 달 착륙에 성공)로 정점에 달했다.

우주 비행은 다양한 목적을 위해 지구 궤도에 위성을 배치하려는 수많은 정부 및 상업 단체에 의해 널리 활용되어 왔다. 특정 정부 기관들은 또한 달 너머를 탐사하는 무인 우주선을 보냈으며, 살류트 계획에서 국제우주정거장에 이르는 일련의 우주정거장을 통해 지속적인 유인 우주 체류를 발전시켜 왔다.

 단계 
 발사 

로켓은 현재 궤도나 그 너머에 도달할 수 있는 유일한 수단이다. 다른 비로켓 우주 발사 기술은 아직 건설되지 않았거나 궤도 속도에 미치지 못한다. 우주 비행을 위한 로켓 발사는 대개 로켓의 수직 발사를 위한 발사 시설과 발사대, 그리고 수송기 및 날개 달린 우주선의 이착륙을 위한 활주로를 갖춘 우주기지(코스모드롬)에서 시작된다. 우주기지는 소음과 안전상의 이유로 인가에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다. ICBM은 다양한 특수 발사 시설을 갖추고 있다.

발사는 종종 특정 발사 창으로 제한된다. 이 창은 천체의 위치와 발사 지점에 대한 상대적 궤도에 따라 달라진다. 가장 큰 영향은 대개 지구의 자전이다. 일단 발사되면 궤도는 일반적으로 지구 자전축에 대해 고정된 각도를 가진 비교적 일정한 평면 내에 위치하며, 지구는 이 궤도 내에서 자전한다.

발사대는 비행체를 발사하기 위해 설계된 고정 구조물이다. 일반적으로 발사탑과 화염 유도 구역으로 구성된다. 발사체을 세우고, 연료를 주입하며, 유지보수하는 데 사용되는 장비들로 둘러싸여 있다. 발사 전 로켓의 무게는 수백 톤에 달할 수 있다. STS-1 임무 당시의 컬럼비아 우주왕복선은 이륙 시 무게가 2,030톤(4,480,000파운드)이었다.

 우주 도달 
우주 공간에 대한 가장 일반적인 정의는 지표면에서  위에 있는 카르만선 너머의 모든 것이다. (미국은 고도  너머를 우주 공간으로 정의한다.)

비행기와 고고도 기구는 대기 부족으로 인해 실패하고 우주 엘리베이터와 같은 대안은 아직 건설되지 않았기 때문에, 로켓 엔진은 현재 우주에 도달할 수 있는 유일하게 실용적인 수단으로 남아 있다. 화학 추진, 즉 가스를 고속으로 가속하는 방식은 대기가 희박해져도 추력을 유지할 수 있는 능력 덕분에 주로 효과적이다.

 대안 

로켓 엔진 이외에 우주에 도달하는 많은 방법이 제안되었다. 우주 엘리베이터나 운동량 교환 테더와 같은 아이디어는 현재 알려진 어떤 물질보다 훨씬 강한 새로운 물질을 필요로 한다. 궤도 발사 루프와 같은 전자기 발사기는 현재 기술로 가능할 수도 있다. 다른 아이디어로는 로켓 보조 항공기/스페이스플레인인 리액션 엔진스 스카일론(현재 초기 개발 단계), 스크램제트 추진 스페이스플레인, RBCC 추진 스페이스플레인 등이 있다. 화물 운송을 위해 대포 발사가 제안되기도 했다.

 궤도 이탈 

일부 지구 저궤도 너머의 임무에서 우주선은 대기 궤도 또는 낮은 중간 궤도에 진입한다. 대기 궤도 접근 방식은 여러 중요한 면에서 아폴로 임무 계획을 크게 단순화했다. 그것은 "시간 완충제" 역할을 했으며 허용되는 발사 창을 상당히 넓혔다. 대기 궤도는 승무원과 관제사들이 달로 향하는 긴 여정을 시작하기 전, 발사의 충격을 겪은 우주선을 철저히 점검할 시간을 제공했다.섬네일|upright|1959년에 발사된 루나 1호는 지구로부터 탈출 속도를 달성한 최초의 인조물로 알려져 있다(사진은 복제품).

로봇 임무는 중단 능력을 요구하지 않으며 정밀한 전자 장치를 위한 최소한의 방사능 방호만 필요로 한다. 또한 현대의 발사체는 일상적으로 "즉각적인" 발사 창을 맞추기 때문에, 달이나 다른 행성으로 향하는 우주 탐사선은 대개 초저온 추진제의 증발을 제한하여 성능을 극대화하기 위해 직접 투입 방식을 사용한다. 발사 과정 중 잠시 탄도 비행을 할 수는 있지만, 지구 탈출 궤도로 투입하는 연소 전에 하나 이상의 완전한 대기 궤도를 돌지는 않는다.

천체로부터의 탈출 속도는 천체와의 거리가 멀어질수록 감소한다. 그러나 우주선이 자신의 근지점(가장 낮은 지점)에 가능한 한 가까운 곳에서 연료를 태우는 것이 더 효율적이다. 오베르트 효과를 참조하라.

 궤도역학 

궤도역학은 우주선의 궤적, 특히 중력 및 추진 효과와 관련된 궤적을 연구하는 학문이다. 궤도역학을 통해 우주선은 과도한 추진제 사용 없이 정확한 시간에 목적지에 도착할 수 있다. 궤도를 유지하거나 변경하기 위해 궤도 기동 시스템이 필요할 수 있다.

비로켓 궤도 추진 방법으로는 태양광 돛단배, 자기 돛, 플라스마 버블 자기 시스템, 중력 도움 효과 사용 등이 있다.

 전이 에너지 
"전이 에너지"라는 용어는 로켓 단이 탑재체에 전달하는 총 에너지의 양을 의미한다. 이는 우주발사체의 1단이 상단 및 탑재체에 전달하는 에너지이거나, 상단 로켓 또는 우주선의 원지점 킥모터가 우주선에 전달하는 에너지일 수 있다.

 우주정거장 도달 

우주정거장에 도달하기 위해 우주선은 동일한 궤도에 도달하여 아주 가까운 거리(예: 육안 확인 가능 거리)까지 접근해야 한다. 이는 랑데부라고 불리는 일련의 궤도 기동을 통해 이루어진다.

우주정거장과 랑데부한 후, 우주선은 정거장과 도킹하거나 버씽한다. 도킹은 두 개의 개별적인 자유 비행 우주선을 결합하는 것을 말하며, 반면 버씽은 로봇 팔을 사용하여 비활성 상태의 우주선을 다른 우주선의 결합부로 이동시켜 결합하는 작업을 말한다.

 재진입 

궤도에 있는 비행체는 방대한 양의 운동 에너지를 가지고 있다. 대기권에서 기화되지 않고 안전하게 착륙하려면 이 에너지를 버려야 한다. 일반적으로 이 과정은 공력가열로부터 보호하기 위한 특수한 방법을 요구한다. 재진입에 관한 이론은 해리 줄리안 앨런에 의해 개발되었다. 이 이론에 기초하여, 재진입 비행체는 재진입을 위해 대기권에 뭉툭한 형상을 제시한다. 뭉툭한 형상은 운동 에너지의 1% 미만만이 비행체에 도달하는 열로 변하고 나머지는 대기를 가열한다는 것을 의미한다.

 착륙 및 회수 
머큐리, 제미니, 아폴로 사령선 캡슐은 바다에 스플래시다운했다. 이 캡슐들은 낙하산의 도움을 받아 비교적 저속으로 착륙하도록 설계되었다. 소유스를 위한 소련/러시아의 캡슐은 거대한 낙하산과 제동 로켓을 사용하여 육지에 착륙한다. 우주왕복선과 같은 스페이스플레인은 글라이더처럼 착륙한다.

성공적인 착륙 후, 우주선과 탑승자, 화물을 회수할 수 있다. 어떤 경우에는 착륙 전 회수가 이루어지기도 한다. 우주선이 낙하산에 매달려 하강하는 동안 특수하게 설계된 항공기가 이를 낚아채는 방식이다. 이 공중 회수 기술은 코로나 첩보 위성에서 필름통을 회수하는 데 사용되었다.

 유형 
 무인 
섬네일|화성에서 소저너가 요기 바위의 알파 입자 X선 분광기 측정을 수행하고 있다.
섬네일|수성에서의 메신저 (우주선) (상상도)

 유인 

섬네일|ISS 승무원이 샘플을 보관하고 있다.

최초의 유인 우주 비행은 1961년 4월 12일 소련의 우주비행사 유리 가가린이 지구를 한 바퀴 돈 보스토크 1호였다. 공식 소련 문서에는 가가린이 마지막 7마일 구간에서 낙하산을 타고 내렸다는 사실이 언급되어 있지 않다.Vostok 1. Astronautix.com. Retrieved on 2011-10-05. 2020년 기준으로 유인 우주 비행에 정기적으로 사용되는 우주선은 소유스, 선저우, 크루 드래곤뿐이다. 미국의 우주왕복선 함대는 1981년 4월부터 2011년 7월까지 운용되었다. 스페이스십원은 세 차례의 유인 준궤도 우주 비행을 수행했다.

 준궤도 

섬네일|비행 중인 노스아메리칸 X-15. X-15는 두 번  위로 비행했으며 두 비행 모두 조셉 A. 워커가 조종했다.

준궤도 우주 비행에서 우주선은 우주에 도달한 후 (주로) 탄도 궤적을 따라 대기권으로 돌아온다. 이는 대개 고유 궤도 에너지가 부족하기 때문이며, 이 경우 준궤도 비행은 단 몇 분 동안만 지속된다. 그러나 궤도 진입에 충분한 에너지를 가진 물체라도 몇 시간 후에 지구 대기와 교차하는 궤적을 가질 수도 있다. 파이어니어 1호는 달에 도달하기 위해 의도된 미국 항공 우주국의 첫 우주 탐사선이었다. 부분적인 실패로 인해 이 탐사선은 달 대신 준궤도 궤적을 따라  고도까지 도달한 후 발사 43시간 만에 지구 대기권에 재진입했다.

가장 일반적으로 인정되는 우주의 경계는 해수면 위 의 카르만선이다. (NASA는 대안적으로 해수면 위  이상 비행한 사람을 우주비행사로 정의한다.) 카르만선을 통과하는 데 필요한 위치 에너지의 증가가 가능한 최저 지구 궤도(카르만선 바로 위의 원형 궤도)에 필요한 궤도 에너지(위치 에너지와 운동 에너지의 합)의 약 3%에 불과하다는 사실은 대중에게 잘 알려져 있지 않다. 즉, 우주에 도달하는 것보다 그곳에 머무는 것이 훨씬 더 어렵다. 2004년 5월 17일, 민간 우주 탐사 팀은 최초의 아마추어 우주 비행인 고패스트(GoFast) 로켓을 준궤도 비행으로 발사했다. 2004년 6월 21일, 스페이스십원은 최초의 민간 자본에 의한 유인 우주 비행에 사용되었다.

 지점 간 수송 
지점 간 수송(Point-to-point) 또는 지구 대 지구 수송은 우주선이 두 지표면 위치 사이를 신속하게 수송하는 준궤도 우주 비행의 한 범주이다. 런던과 시드니 사이의 일반적인 항공 노선은 보통 20시간 이상 소요되지만, 이를 1시간 이내에 횡단할 수 있다. 현재 이러한 유형의 수송을 제공하는 회사는 없지만, 스페이스X는 스타십을 사용하여 이르면 2020년대에 이를 실현할 계획을 밝혔다. 대륙간 거리의 준궤도 우주 비행은 지구 저궤도에 도달하는 데 필요한 속도보다 약간 낮은 비행체 속도를 요구한다. 로켓이 사용될 경우, 탑재체 대비 로켓의 크기는 대륙간 탄도 미사일(ICBM)과 유사하다. 모든 대륙간 우주 비행은 궤도 우주 비행이 직면하는 것만큼이나 큰 대기권 재진입 시의 가열 문제를 극복해야 한다.

 궤도 비행 

섬네일|upright|궤도로 향하는 아폴로 6호.
최소한의 궤도 우주 비행은 최소한의 준궤도 비행보다 훨씬 더 높은 속도를 요구하므로 기술적으로 달성하기가 훨씬 더 어렵다. 궤도 우주 비행을 달성하기 위해 지구 주위의 접선 속도는 고도만큼이나 중요하다. 우주에서 안정적이고 지속적인 비행을 수행하기 위해 우주선은 폐쇄 궤도에 필요한 최소 공전 속도에 도달해야 한다.

 행성간 비행 

행성간 이동은 단일 행성계 내의 행성 간 비행이다. 실제로 이 용어는 태양계의 행성 사이를 여행하는 것으로 국한되어 사용된다. 미래의 유인 행성간 우주 비행 임무 계획에는 NASA의 컨스텔레이션 계획이나 러시아의 클리퍼(Kliper)/파롬(Parom) 탠덤과 같이 지구 궤도에서의 최종 비행체 조립이 포함되는 경우가 많다.

 성간 비행 

뉴 허라이즌스는 태양계를 떠나는 탈출 궤도에 오른 다섯 번째 우주선이다. 보이저 1호, 보이저 2호, 파이어니어 10호, 파이어니어 11호가 그 이전의 것들이다. 태양에서 가장 멀리 있는 것은 보이저 1호로, 100 AU 이상의 거리에 있으며 연간 3.6 AU의 속도로 이동하고 있다. 이에 비해 태양을 제외하고 가장 가까운 별인 센타우루스자리 프록시마는 267,000 AU 떨어져 있다. 보이저 1호가 이 거리에 도달하는 데는 74,000년 이상이 걸릴 것이다. 핵 펄스 추진과 같은 다른 기술을 사용하는 비행체 설계는 가장 가까운 별에 훨씬 더 빨리 도달할 수 있을 것이다. 유인 성간 우주 비행을 가능하게 할 수 있는 또 다른 가능성은 시간 팽창을 이용하는 것이다. 이는 빠르게 움직이는 비행체의 승객이 나이를 아주 조금만 먹으면서 먼 미래로 여행하는 것을 가능하게 하는데, 그들의 빠른 속도가 선내 시간의 흐름을 늦추기 때문이다. 그러나 이러한 고속을 달성하려면 여전히 새롭고 진보된 우주선 추진 방법이 필요할 것이다. 성간 우주를 여행하는 방법으로 다이내믹 소어링 또한 제안되었다.

 은하간 비행 

은하간 여행은 은하 사이의 우주 비행을 포함하며, 성간 여행보다 훨씬 더 기술적으로 까다로운 것으로 간주되며, 현재의 공학적 용어로는 공상과학으로 여겨진다. 그러나 이론적으로 은하간 여행이 불가능하다는 결정적인 증거는 없다. 현재까지 몇몇 학자들이 진지하게 은하간 여행을 연구해 왔다.

 우주선 

섬네일|right|달 표면 위의 아폴로 달 착륙선

우주선은 우주에서 작동하도록 설계된 비행체이다.

최초의 '진정한 우주선'은 가끔 아폴로 달 착륙선이라고 일컬어지는데,Apollo Expeditions to the Moon: Chapter 10. History.nasa.gov (1969-03-03). Retrieved on 2011-10-05. 이는 우주만을 위해 설계되고 오직 우주에서만 작동한 유일한 유인 비행체였기 때문이며, 비공력적인 형태가 특징이다.

 추진 

오늘날의 우주선은 주로 추진을 위해 로켓을 사용하지만, 이온 엔진과 같은 다른 추진 기술이 특히 무인 비행체에서 더 일반화되고 있으며, 이는 비행체의 질량을 크게 줄이고 델타 V를 증가시킬 수 있다.

 발사 시스템 

발사 시스템은 지구 표면에서 우주 공간으로 탑재체를 운송하는 데 사용된다.

 소모성 발사체 

대부분의 현재 우주 비행은 우주에 도달하기 위해 다단 소모성 발사 시스템을 사용한다.

 재사용 가능 발사체 

최초의 재사용 가능 우주선인 X-15는 1963년 7월 19일 준궤도 궤적으로 공중 발사되었다. 최초의 부분 재사용 가능 궤도 우주선인 우주왕복선은 유리 가가린 비행 20주년인 1981년 4월 12일 미국에 의해 발사되었다. 우주왕복선 시대 동안 6대의 궤도선이 건조되었으며, 이들 모두 대기권에서 비행했고 그중 5대가 우주에서 비행했다. 엔터프라이즈는 접근 및 착륙 시험용으로만 사용되었으며, 보잉 747의 등에 실려 발사된 후 에드워즈 공군 기지에 무동력 착륙을 위해 활공했다. 우주로 날아간 최초의 우주왕복선은 컬럼비아 우주왕복선이었으며, 이어 챌린저 우주왕복선, 디스커버리 우주왕복선, 애틀랜티스 우주왕복선, 인가데버 우주왕복선이 뒤를 이었다. 인데버는 1986년 1월 폭발 사고로 소실된 챌린저를 대체하기 위해 제작되었다. 컬럼비아는 2003년 2월 재진입 중 공중분해되었다.

최초의 자동 부분 재사용 가능 우주선은 1988년 11월 15일 소련이 발사한 부란이었으나, 단 한 번의 비행만 수행했다. 이 스페이스플레인은 승무원을 위해 설계되었으며 미국의 우주왕복선과 매우 흡사했지만, 분리형 부스터가 액체 추진제를 사용했고 주 엔진이 미국 셔틀의 외부 연료 탱크에 해당하는 부분의 하단에 위치했다. 소련 해체로 복잡해진 자금 부족으로 인해 부란의 추가 비행은 무산되었다.

우주왕복선은 주로 노후화로 인해 2011년에 퇴역했다. 셔틀의 인간 수송 역할은 2020년대에 스페이스X 드래곤 2와 CST-100으로 대체될 예정이다. 셔틀의 중량 화물 수송 역할은 현재 상업용 우주발사체가 담당하고 있다.

스케일드 컴포지츠의 스페이스십원은 2004년 조종사 마이크 멜빌과 브라이언 비니를 태우고 연속 비행에 성공하여 안사리 X 프라이즈를 수상한 재사용 가능 준궤도 스페이스플레인이었다. 더 스페이스십 컴퍼니는 그 후속 기종인 스페이스십투를 제작했다. 버진 갤럭틱이 운용하는 스페이스십투 함대는 2008년에 유료 승객(우주 관광객)을 태운 재사용 가능 민간 우주 비행을 시작할 계획이었으나, 추진 장치 개발 과정에서의 사고로 인해 연기되었다.Launch aircraft development continues while suborbital ship awaits investigation into fatal explosion in California, retrieved 2012-01-27.

스페이스X는 2015년 12월 21일 11개의 Orbcomm OG-2 상업 위성을 지구 저궤도에 전달한 후, 재사용 가능 궤도 로켓 단의 최초 수직 연착륙을 달성했다.

팰컨 9의 최초 재비행은 2017년 3월 30일에 이루어졌다. 스페이스X는 현재 정기적으로 1단 로켓과 페어링을 회수하여 재사용한다. 스페이스X는 현재 우주 탐사 비용을 대폭 절감하는 것을 목표로 스타십으로 알려진 완전 재사용 가능 초대형 리프트 로켓을 개발하고 있다. 2025년 4월 기준으로 스타십의 1단인 슈퍼 헤비 부스터 3대가 회수되었다.

 과제 

 안전 

모든 우주발사체는 그 일부가 궤도에 도달하는 데 필요한 방대한 양의 에너지를 포함하고 있다. 따라서 이 에너지가 예상치 못하게 조기에 방출되어 심각한 결과를 초래할 위험이 항상 존재한다. 1997년 1월 17일 델타 II 로켓이 발사 13초 만에 폭발했을 때,  떨어진 상점 유리창이 폭발 충격으로 깨졌다는 보고가 있었다.

우주는 상당히 예측 가능한 환경이지만, 여전히 돌발적인 감압 위험과 장비 고장의 가능성이 존재하며, 그중 일부는 아주 최근에 개발된 것일 수 있다.

2004년 4월, 우주 시스템 안전 분야의 국제 협력과 과학적 발전을 도모하기 위해 네덜란드에 국제우주안전진흥협회(IAASS)가 설립되었다.

 무중량 상태 

섬네일|upright=1.1|무중량 상태의 ISS 우주비행사들. 전경에서 마이클 폴이 운동하는 모습을 볼 수 있다.

지구 궤도를 도는 우주선과 같은 미세중력 환경에서 인간은 "무중량" 상태를 경험한다. 미세중력에 대한 단기 노출은 전정 기관의 교란으로 인한 일시적인 메스꺼움인 우주 부적응 증후군을 유발한다. 장기 노출은 여러 건강 문제를 일으킨다. 가장 심각한 것은 뼈 손실이며 그중 일부는 영구적이다. 또한 미세중력은 근육 및 심혈관 조직의 심각한 기능 저하를 초래한다.

 방사선 
대기권 위로 올라가면 밴 앨런대로 인한 방사선, 태양 방사선 및 우주 방사선 문제가 발생하고 증가한다. 지구에서 멀어질수록 태양 플레어는 수 분 내에 치명적인 방사선량을 방출할 수 있으며, 우주 방사선으로 인한 건강 위협은 10년 이상의 노출 시 암 발생 확률을 현저히 높인다.Super Spaceships , NASA, 16 September 2002, Retrieved 25 October 2011.

 생명 유지 

유인 우주 비행에서 생명 유지 장치는 인간이 우주 공간에서 생존할 수 있게 해주는 일련의 장치들이다. NASA는 유인 우주 비행 임무를 위한 이러한 시스템을 설명할 때 '환경 제어 및 생명 유지 시스템'(Environmental Control and Life-Support System) 또는 약어인 ECLSS를 자주 사용한다. 생명 유지 장치는 공기, 물 및 음식을 공급할 수 있다. 또한 적절한 체온과 신체에 가해지는 허용 가능한 압력을 유지해야 하며 신체의 배설물을 처리해야 한다. 방사선 및 미세 유성체와 같은 유해한 외부 영향으로부터의 차폐도 필요할 수 있다. 생명 유지 장치의 구성 요소들은 생명 유지에 필수적이며, 안전공학 기술을 사용하여 설계 및 제작된다.

 우주 기후 

섬네일|upright=1.1|오로라와 디스커버리 우주왕복선, 1991년 5월

우주 기후는 우주 공간의 변화하는 환경 조건이라는 개념이다. 이는 행성 대기 내의 기상 개념과는 구별되며, 주변 플라스마, 자기장, 방사선 및 우주의 다른 물질(일반적으로 지구 근처뿐만 아니라 행성간, 때로는 성간 매질)과 관련된 현상을 다룬다. "우주 기후는 지구와 그 기술 시스템에 영향을 미치는 우주 환경 조건을 설명한다. 우리의 우주 기후는 태양의 활동, 지구 자기장의 특성, 그리고 태양계 내 우리의 위치로 인해 발생한다."Space Weather: A Research Perspective , 미국국립과학원, 1997

우주 기후는 우주 탐사 및 개발과 관련된 여러 분야에서 지대한 영향을 미친다. 변화하는 지자기 조건은 대기 밀도의 변화를 유도하여 지구 저궤도에 있는 우주선의 고도를 급격히 낮출 수 있다. 태양 활동 증가로 인한 지자기 폭풍은 우주선의 센서를 마비시키거나 선내 전자 장치를 방해할 수 있다. 우주 환경 조건에 대한 이해는 유인 우주선을 위한 차폐막 및 생명 유지 장치를 설계하는 데에도 중요하다.

 환경적 고려 사항 

로켓의 배기 오염은 추진제 반응에 의해 생성된 배기물과 배출 위치에 따라 달라진다. 대부분 온실 기체를 배출하며 때로는 독성 성분을 배출하기도 한다. 특히 대기권의 높은 고도에서는 온실 기체로서의 배출 가스의 영향력이 상당히 증가한다. 많은 고체 로켓은 과염소산염 또는 다른 화학 물질 형태의 염소를 포함하고 있으며, 이는 오존층에 일시적인 국지적 구멍을 유발할 수 있다. 재진입하는 우주선은 오존층에 일시적으로 영향을 줄 수 있는 질산염을 생성한다. 대부분의 로켓은 제작 과정에서 환경에 영향을 줄 수 있는 금속으로 만들어진다.
비록 우주 비행 전체의 오염도는 다른 인류 활동의 극히 일부에 불과하지만, 승객 1인당으로 계산할 경우 여전히 심각한 오염을 일으킨다.

대기 영향 외에도 지구 근처 우주 환경에 대한 영향이 있다. 위성과 비행체의 파편으로 인해 기하급수적으로 증가하는 우주 쓰레기(케슬러 증후군)로 인해 수 세대 동안 궤도에 접근하지 못하게 될 가능성이 있다. 따라서 오늘날 발사되는 많은 비행체는 사용 후 재진입하도록 설계된다.

 규제 

우주 교통 관리나 책임 협약과 같은 광범위한 이슈들이 우주 비행 규제의 대상이 되어 왔다.

우주 비행에서 전 인류의 참여와 대표성은 우주 탐사의 첫 단계부터 국제 우주법의 쟁점이었다. 비우주국들의 일부 권리가 확보되었음에도 불구하고, 모든 인류를 위한 우주의 공유는 여전히 우주 비행을 자원으로 이해하지 못하는 제국주의적이고 부족한 것으로 비판받고 있다.

 접근 권한 
포용성은 국가적 및 국제적 이슈였으며, 이는 1967년 우주 조약과 우주 공간을 "전 인류의 영역"으로 선언하는 결과로 이어졌다. 나아가 유인 우주 비행에서의 사회적 포용성이 요구되어 왔는데, 여성의 우주 비행은 제한적이었고 장애인과 같은 소수자는 유럽 우주국의 2022년 우주인 그룹에 들어서야 처음 선발되었다.

최근 몇 년 동안 접근에 관한 지배적인 이슈는 우주 쓰레기와 우주 지속 가능성 문제였는데, 이는 기존 우주 강국들이 궤도 우주 오염 활동으로 우주 공간에 대한 접근을 위태롭게 하고 있기 때문이다.

 응용 

섬네일|upright=1.75|이 사진은 스카이랩 3호 임무 중 촬영된 태양의 극자외선 모습이다. 지구는 크기 비교를 위해 추가되었다. 오른쪽 이미지는 헬륨 방출을, 왼쪽 이미지는 철 방출을 보여준다. 우주 비행의 한 가지 용도는 지구 표면에서 방해받거나 수행하기 어려운 관측을 하는 것이다. 스카이랩은 1970년대 초 아폴로 기반 우주정거장을 이용해 태양 과학에 혁명을 일으킨 거대한 유인 태양 관측소를 포함하고 있었다.
현재 및 제안된 우주 비행의 응용 분야는 다음과 같다.
 첩보 위성, 기상 위성과 같은 지구 관측 위성
 우주 탐사
 통신 위성
 위성방송
 범지구 위성 항법 시스템
 우주망원경
 우주여행
 지구 위협 천체로부터 지구 보호
 우주 이민

초기 우주 비행 개발의 대부분은 정부에 의해 비용이 지불되었다. 그러나 오늘날 통신 위성 및 위성 TV와 같은 주요 발사 시장은 순수하게 상업적이지만, 많은 발사체는 원래 정부의 자금 지원을 받았다.

민간 우주 비행은 빠르게 발전하는 분야이다. 기업이나 개인에 의해 비용이 지불될 뿐만 아니라 종종 민간 우주 비행 회사들에 의해 제공되는 우주 비행이다. 이 회사들은 이전의 높은 우주 접근 비용이 그들이 피할 수 있는 정부의 비효율성에 의해 발생했다고 주장하는 경우가 많다. 이러한 주장은 민간 자금으로 개발된 팰컨 9과 같은 민간 우주 발사체의 훨씬 낮은 발사 비용 공시로 뒷받침된다. 우주 관광과 특히 우주 식민지화가 확장이 가능해지려면 더 낮은 발사 비용과 뛰어난 안전성이 요구될 것이다.

 우주 항행 능력 

섬네일|upright=1.8|우주 비행 능력을 갖춘 국가들을 보여주는 지도
우주 항행 능력(Spacefaring)이 있다는 것은 우주선을 운용할 수 있는 능력이 있고 그 운용이 활발하다는 것을 의미한다. 이는 다음을 포함한 다양한 주제에 대한 지식과 전문 기술의 개발을 수반한다. 항공공학, 우주항행학, 우주비행사 훈련 프로그램, 우주 기후 및 예보, 우주선 운용, 각종 장비 운용, 우주선 설계 및 제작, 대기권 이륙 및 재진입, 궤도역학, 통신, 엔진 및 로켓, 견인, 미세중력 건설 및 우주 도킹과 같은 기술 실행, 화물 취급 장비, 위험 화물 및 화물 보관, 선외활동, 비상 대응, 우주에서의 생존 및 응급 처치, 화재 진압, 생명 유지 장치. 이러한 분야에서 필요한 지식의 정도는 업무의 성격과 사용되는 비행체의 유형에 따라 달라진다. "우주 항행"(Spacefaring)은 해양 항행과 유사한 개념이다.

지구–달 시스템 밖으로 나간 유인 임무는 아직 없었다. 그러나 미국, 러시아, 중국, 유럽 우주국(ESA) 국가들, 그리고 몇몇 기업 및 단체들은 화성으로 여행하기 위한 다양한 단계의 계획을 가지고 있다(유인화성탐사 참조).

우주 항행 주체는 주권국, 초국가적 기구, 민간 기업이 될 수 있다. 우주 항행 국가는 우주선을 독자적으로 제작하고 발사할 수 있는 국가들이다. 점점 더 많은 민간 단체들이 우주 항행 주체가 되었거나 되어가고 있다.

 글로벌 조정 
유엔우주업무사무소(UNOOSA)는 우주 항행 국가와 비우주 항행 국가 간의 우주 활동에 관한 국제적 접촉과 교류를 담당하는 주요 다자간 기구이다.

 유인 우주 항행 국가 

현재 러시아, 미국, 중화인민공화국만이 유인 우주 항행 국가이다.
최초의 유인 발사 날짜순 우주 항행 국가:
 소련 (러시아) (1961)
 미국 (1961)
 중화인민공화국 (2003)

 무인 우주 항행 국가 

다음 국가 또는 조직들은 자국 영토에서 또는 외국 원조를 받아 무인 우주선을 궤도에 쏘아 올리기 위해 독자적인 우주발사체를 개발했다(괄호 안은 첫 발사 날짜):

 소련 (1957)
 미국 (1958)
 프랑스 (1965)
 이탈리아 (1967)★
 오스트레일리아 (1967)★
 일본 (1970)
 중화인민공화국 (1970)
 영국 (1971)
 유럽 우주국 (1979)
 인도 (1980)
 이스라엘 (1988)
 우크라이나 (1991)*
 러시아 (1992)*
 이란 (2009)
 조선민주주의인민공화국 (2012)
 대한민국 (2013)
 뉴질랜드 (2018)★
 *이전 소련의 구성국
 ★발사체가 타국에 의해 완전 또는 부분 개발됨

또한 캐나다, 이탈리아, 오스트레일리아와 같은 몇몇 국가들은 외국 발사체를 사용하여 현지에서 제작한 위성을 발사함으로써 반독립적인 우주 항행 능력을 보유했다. 캐나다는 1962년과 1965년에 알루에트 1호 및 2호 위성을 설계 및 제작했으며, 이들은 미국 발사체를 사용하여 궤도에 진입했다. 이탈리아는 여러 위성뿐만 아니라 국제우주정거장을 위한 가압 모듈을 설계 및 제작했다. 초기 이탈리아 위성들은 NASA가 제공한 발사체를 사용하여 1964년 월롭스 비행 시설에서 처음 발사되었고, 그 후 1967년에서 1988년 사이에 케냐의 우주기지(산 마르코 플랫폼)에서 발사되었다. 이탈리아는 1998년부터 유럽 우주국 내에서 베가 로켓 프로그램 개발을 주도해 왔다. 영국은 1974년까지 발사 기술에 대해 유럽발사체개발기구(ELDO)와 협력하기 위해 1972년에 독자적인 우주 발사 프로그램을 포기했다. 오스트레일리아는 WRESAT의 성공적인 발사 직후 발사체 프로그램을 중단했고 ELDO의 유일한 비유럽 회원국이 되었다.

 준궤도 
카르만선 너머로 물체를 발사하는 것만을 우주 항행의 최소 요건으로 간주한다면, 1944년 V-2 로켓을 보유한 나치 독일이 최초의 우주 항행 국가가 되었다.Peenemünde, Walter Dornberger, Moewig, Berlin 1984. . 다음 국가들은 독자적인 로켓이나 미사일 또는 둘 다를 준궤도 우주로 발사함으로써 준궤도 우주 비행 능력만을 달성했다.

 나치 독일 (1944년 6월 20일)
 동독 (1957년 4월 12일)
 캐나다 (1959년 9월 5일)
 레바논 (1962년 11월 21일)
 스위스 (1967년 10월 27일)
 아르헨티나 (1969년 4월 16일)
 브라질 (1976년 9월 21일)
 스페인 (1981년 2월 18일)
 서독 (1981년 3월 1일)
 이라크 (1984년 6월)
 남아프리카 공화국 (1989년 6월 1일)
 스웨덴 (1991년 5월 8일)
 예멘 (1994년 5월 12일)
 파키스탄 (1998년 4월 6일)
 중화민국 (1998년 12월 15일)
 시리아 (2000년 9월 1일)
 인도네시아 (2004년 9월 29일)
 콩고 민주 공화국 (2007년)
 뉴질랜드 (2009년 11월 30일)
 노르웨이 (2018년 9월 27일)
 네덜란드 (2020년 9월 19일)
튀르키예 (2020년 10월 29일)

 같이 보기 

 유인 우주비행
 우주비행사
 유인 우주선 목록
 오비터 (시뮬레이터)
 우주 실험 동물
 민간 우주 비행
 우주 이민
 우주선 추진
 카르다쇼프 척도

 각주 

 외부 링크 
 Aerospace engineering at Wikiversity
 Basics of Spaceflight



분류:태양계