우주탐사의 역사

첫 인공위성 스푸트니크부터 스페이스엑스 스타십의 귀환까지
인류의 우주탐사에 대한 노력과 궤도를 정확히 그려내는 친절한 안내서
2025년 11월 2일(한국 시간), 미국 플로리다주에서 우리나라의 정찰위성 5호기가 발사되었다. 이 정찰위성을 탑재한 발사체는 바로 스페이스엑스(Space Exploration Technologies Corp, SpaceX)의 발사체 '팰컨 9(Falcon 9)'이었다. 스페이스엑스는 미국의 민간 우주 기업으로, CEO인 일론 머스크(Elon Musk)로 인해 잘 알려져 있기도 하다. 우리나라의 위성을 우주로 발사할 때 미국의 민간 기업의 도움을 받았는데, 그렇다면 현재 우주탐사에서 스페이스엑스가 차지하고 있는 비중과 위상은 어느 정도일까? 2025년 기준으로 전 세계 우주 발사의 절반 이상을 스페이스엑스 한 기업이 하고 있으며, 그것은 거의 독보적인 로켓 재사용 기술 덕택이다. 그렇다면 인류의 이런 우주탐사 기술은 어떠한 과정을 거쳐, 언제부터 이 정도로 가능해진 것인지 궁금해진다. 우주탐사의 과정을 역사적으로 살펴보는 일이 필요한 순간이다.
현대 우주탐사의 시작이 된 사건은 1944년 나치 독일의 V-2 미사일 공격이었다. V-2 미사일은 제2차 세계대전 막바지에 전쟁 무기로 사용된 로켓이었고, 우주의 경계를 넘어 올라간 최초의 인공물체였다. 1957년 소련이 인류 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 발사했고, 미국도 인공위성 발사에 나서면서 미국과 소련의 우주 경쟁이 시작됐다. 소련이 1961년 인류 최초의 유인 우주비행에 성공했고, 미국은 제미니 계획과 아폴로 계획을 통해 유인 달 탐사에 박차를 가했다. 1969년에 아폴로 11호로 달 표면에 2명의 우주인을 보내면서 미국은 우주 경쟁에서 크게 앞서가기 시작했다. 아폴로 계획 이후 미국은 1981년에 시작된 우주왕복선 계획으로 유인 우주비행을 재개했다. 소련 해체로 냉전이 끝나면서 우주 경쟁은 우주 협력으로 전환됐다. 여러 나라의 우주 협력은 최대 규모의 우주정거장인 국제우주정거장 건설로 이어졌다. 2020년에 미국의 민간 우주 기업인 스페이스엑스의 팰컨 9에 실린 크루 드래건(Crew Dragon)으로 우주인을 국제우주정거장으로 운송하기 시작하면서, 미국은 독자적인 유인 우주선을 다시 확보했다. 스페이스엑스는 부분 재활용 로켓인 팰컨 9과 팰컨 헤비(Falcon heavy)를 넘어, 완전 재활용을 목표로 스타십(Starship) 우주선을 개발하고 시험 발사를 하고 있다. 스타십 우주선은 유인 달 탐사 계획인 아르테미스 계획의 달 착륙선으로도 선정되었고, 스페이스엑스는 스타십을 이용한 화성 유인 탐사라는 야심 찬 계획을 구상하고 있다.
신간 『우주탐사의 역사』는 현재의 우주탐사의 모습은 물론이고, 인류가 어떻게 우주탐사를 시작했으며 어떠한 노력과 과정을 거쳐 발전시켜 왔는지, 그 모든 역사에 대해 상세히 서술한 친절한 안내서다. 물리학적 지식을 곁들여 과학적인 정보를 풍부히 제공하면서도, 역사적 서술을 따라가는 재미 또한 놓치지 않았다. 이제 인류는 지구를 넘어, 아직 밝혀지지 않은 미지의 정보를 품고 있는 우주를 향해 나아가고 있다. 우주탐사의 역사를 꼼꼼히 짚어보며, 향후 우리가 나아가야 할 우주로의 여정을 이 책과 함께 미리 시작해 보는 것은 가슴 설레는 경험이 아닐 수 없다.

우주는 더 이상 꿈과 환상의 세계가 아니다
이제는 일상의 영역이 될 우주, 그 탐사의 역사를 담다
달에서 열리는 '문리미어 리그' 축구 경기를 보러 간다. 화성의 극관에 생긴 스키 리조트에서 휴가를 즐긴다. 지긋지긋한 상사와 함께 우주정거장에서 열리는 회사 컨퍼런스에 끌려가기도 한다. 상상으로만 가능한 이런 일들이 과연 미래에 우리의 일상이 될 수 있을까? 우주탐사 기술이 발전하여 '우주'가 우리 인류의 일상이 되는 날이 온다면, 앞에서 언급한 것들은 아주 사소하고 당연한 일들이 될 것이라고 천문학자이자 세종대학교 자유학부 조교수인 지웅배는 말한다.
우리는 휴가를 계획할 때 지극히 현실적인 고민을 한다. 여행 경로는 어떻게 가는 게 가장 빠른지, 티켓은 어떤 플랫폼이 저렴한지 등을 고민한다. 하루 종일 인터넷 검색창과 지도를 띄워놓고, 내비게이션, 항공사, 숙소 리스트를 뒤져보며 최적의 경로를 따져본다. 그렇다면 마찬가지로 우주가 일상이 될 거라면 당연히 우린 이곳(지구)에서 저곳(우주)까지 어떻게 갈 것인지, 지극히 일상적인 고민을 해야 할 것이다. 이왕이면 가장 적은 시간과 비용을 들여서, 안전하게, 또는 약간의 낭만과 사치를 누리면서 가는 길을 골라야 한다. "지구는 우리 발밑에 있고, 우주는 머리 위에 있다. 너무나 단순한 구분이지만, 발밑에서 머리 위로 가는 길은 무궁무진하다. 그리고 경험하게 되는 우주도 달라진다."
천문학자 지웅배는 머지않아 우리의 일상이 머리 위(우주)에서까지 펼쳐질 거라 생각한다면, 우주에 가기 위해, 그리고 우주에 갔을 때 무엇을 하면 좋을지, 그리고 무엇을 하면 안 되는지에 대한 모든 이야기가 담겨 있는 『우주탐사의 역사』를 읽을 것을 추천한다. 우주에서 경험하게 될 모든 것들을 미리 확인할 수 있는 책이라는 점을 강조하기도 한다.
왜 아폴로 8호가 그 크리스마스에 달을 돌아야 했는지, 왜 보이저호가 175년에 한 번뿐인 그해에 출발해야 했는지를 비로소 이해하고 싶다면 이 책을 읽으라고 천문학자이자 과학커뮤니케이터인 항성은 추천한다. 기술적 성취와 인간의 호기심 등이 어떻게 얽혀서 오늘의 우주탐사 시대를 만들었는지 균형 있게 들려주는 저자의 시선은 냉정하지만 따뜻하다고 밝힌다. 이 책을 통해 우주탐사의 초심자는 큰 깨달음을 얻을 것이고, 애호가는 기존에 알고 있던 지식들이 더욱 풍성해지는 쾌감을 발견할 수 있다. 책의 마지막 페이지를 덮으면, "우주탐사란 과거의 영웅담이 아니라, 앞으로 우리가 써 내려가야 하는 문명의 다음 문장"임을 깨닫게 될 것이라고 항성은 말한다.

우주탐사는 바로 지금 우리가 써 내려가는 다음 이야기
거의 모든 것이 결합해서 증폭되었을 때 실현 가능한 사건
저자 윤복원은 그의 다른 책 『우주탐사의 물리학』(2023년 출간)의 저술 이후, 시간순으로 우주탐사의 역사를 서술해야 할 필요성을 강렬히 느끼고 이 책 『우주탐사의 역사』를 저술했다고 밝힌다. 전작 『우주탐사의 물리학』은 우주탐사 관련 지식을 분야별로 대중의 눈높이에 맞춰 설명하는 책이다. 2023년 아시아태평양 이론물리센터 올해의 과학도서 및 2023년 세종도서 학술부문에 선정되며 책 내용의 깊이를 인정받았다.
저자는 역사에서 나타나는 변화와 발전에는 이유가 있는 법이고, 우주탐사도 마찬가지라고 말한다. 우주탐사를 시간순으로 따라가면서 변화와 발전의 이유를 알아보고, 그 과정과 관련된 과학기술의 기본 원리를 체계적으로 파악하는 작업을 해야겠다는 생각으로 우주탐사의 역사를 정리하기 시작했다. 그 결과물이 바로 『우주탐사의 역사』다.
우주탐사의 과정을 체계적으로 이해하는 것은 여러모로 중요하다. 우주탐사와 관련된 과학기술을 이해하고 미래를 바라보려면, 어떤 이유로 어떤 탐사가 있었고, 그 이면에는 어떤 과학 지식이 관련되어 있고, 우주탐사와 관련된 문제와 사건은 어떻게 해결했는지를 따져볼 필요가 있다. 이 책은 이 부분에 중점을 두었다. 우주탐사의 역사를 풀어가면서 모든 사람이 다가갈 수 있는 과학 개념으로 관련된 과학기술을 설명했으며, 지식의 깊이도 놓치지 않았다.
누리호로 지구 저궤도에 인공위성을 올릴 수 있는 자체 발사체 기술을 확보한 대한민국은 인공위성을 넘어 달, 소행성, 행성 탐사 등의 더 높은 수준의 우주탐사를 기획하고 실현할 차례다. 이미 이 과정을 밟아간 우주탐사 선진국의 발자취를 살펴보고, 그 바탕에 깔린 과학기술을 이해하는 것이 필요한 시점이라고 저자는 말한다. 이런 중요한 시점에, 앞으로 대한민국의 우주탐사가 어떻게 전개되고 왜 그래야 하는지를 이해하고 싶은 독자에게 『우주탐사의 역사』는 좋은 길라잡이가 될 것이라고 저자는 자신한다. 이 책은 우주탐사에 관심 있는 모든 사람들이 꼭 읽어야 할 필독서다.

추천의 글
프롤로그

1장 초기 우주과학에서 나치 독일의 V-2 로켓까지
우주과학의 시작 | 현대 우주과학의 태동 | V-2 로켓의 등장 | 탄도미사일을 이용한 동물의 우주비행

2장 미국과 소련의 초기 우주 경쟁
인공위성 경쟁 | 인공위성 속도와 지구 중력 탈출속도 | 미국과 소련의 지구 중력 벗어나기 경쟁 | 유인 우주비행 경쟁

3장 초기 행성 탐사와 통신위성
지구 밖 행성에 가려면 | 우주선이 날아가는 방향이 중요한 이유 | 금성 근접비행과 화성 근접비행 | 통신위성: 통신이 주목적인 인공위성 | 공전주기를 지구의 자전주기와 맞춘 지구동기궤도위성 | 지구정지궤도위성: 적도 상공에 떠 있는 지구동기궤도위성

4장 다인승 유인 우주비행과 무인 달 궤도선·착륙선 경쟁
유인 달 탐사 계획의 시작 | 제미니 계획: 미국의 다인승 유인 우주비행 계획 | 계획대로 실행되지 못한 소련의 보스호트 계획 | 미국과 소련의 무인 달 궤도선과 달 착륙선 경쟁 | 달 궤도선보다 먼저 성
공한 달 착륙선

5장 새턴 로켓 개발과 아폴로 계획
유인 달 탐사는 어떻게 할까? | 속도증분으로 알아보는 유인 달 탐사 | 지구로 귀환할 때는 지구 대기의 공기저항을 이용한다 | 20세기 로켓 중 가장 강력했던 새턴 로켓의 개발 | 아폴로 계획 | 아폴로 11호, 달에 첫발을 딛다

6장 행성 궤도선·착륙선과 중력도움을 이용한 행성 탐사
궤도선이 근접비행보다 어려운 이유 | 금성 궤도선과 화성 궤도선이 되는 과정 | 행성 착륙선은 대기의 공기저항을 이용할 수 있다 | 목성과 토성을 탐사한 파이어니어호의 중력도움 항법 | 수성을 3회 근접 비행한 매리너 10호가 시행한 중력도움 | 1960년대 초 JPL의 젊은 인턴들이 발견한 특별한 사실행성 대탐사 계획을 실현한 보이저 2호

7장 맨눈 관측에서 우주망원경까지
맨눈 천체관측에서 망원경의 발명까지 | 다양한 빛을 이용한 천체관측과 우주망원경 | 지구 주위를 공전하는 우주망원경 | 태양 주위를 도는 우주망원경 | 태양-지구 L2 라그랑주 점에 설치된 우주망원경

8장 우주정거장의 역사
우주정거장이 필요한 이유 | 첫 우주정거장을 설치한 소련 | 우주정거장은 어떻게 폐기하나? | 살류트 1~5호와 6, 7호의 차이 | 미국의 첫 우주정거장 스카이랩 | 소련 동맹국 우주인과 함께한 인테르코스모스 계획 | 첫 모듈형 우주정거장 미르 | 국제 협업으로 만든 국제우주정거장 | 중국의 우주정거장 | 달 주위를 도는 우주정거장 루너 게이트웨이

9장 우주선과 로켓 재사용의 역사
스페이스엑스의 독주를 가능하게 한 우주선 재사용 | 새턴 로켓을 이용한 우주선 발사 비용 | 본격적으로 로켓과 우주선을 재사용하기 시작한 우주왕복선 | 우주왕복선의 발사 비용 문제와 두 번의 큰 사고 | 소련의 우주왕복선 부란 | 스페이스엑스의 로켓 재사용 | 발사체와 우주선 전체를 모두 재사용하는 스타십 | 무인 우주왕복선 보잉 X-37

10장 목성 궤도선과 토성 궤도선: 다중 중력도움의 결정판
궤도선이나 착륙선을 이용하는 행성 탐사 | 목성 궤도선이 어려운 이유 | 다중 중력도움으로 목성에 간 첫 목성 궤도선 갈릴레오호 | 갈릴레오호의 궤도선 역추진과 목성의 위성을 이용한 중력도움 | 태양광 패널 대신 사용한 '방사성 동위원소 열전기 발전기' | 목성을 향해 날아간 태양 탐사선 율리시스호 | 태양광 패널을 장착한 목성 궤도선 주노호, 주스호, 유로파클리퍼호 | 토성 궤도선 카시니-하위헌스호

11장 수성 궤도선과 태양 탐사선
지구에서 가장 가까운 행성은? | 탐사선이 수성에 곧바로 가려면 | 수성 궤도선이 되기 위해 감속해야 하는 속도 | 최초의 수성 궤도선 메신저호 | 이온 추진체를 사용하는 수성 궤도선 베피콜롬보호 | 수성보다 태양에 더 가까이 가는 태양 탐사선 파커호

12장 삼체문제와 탄도포획
이체문제와 삼체문제의 차이 | 라그랑주 점 근처에서의 움직임은 삼체문제 | 지구-달 라그랑주 점 주위를 도는 우주선 | 혜성의 궤도 변화와 중력도움 | 역추진 없이도 중력에 갇히는 탄도포획 | 탄도포획을 이용한 달 탐사선 | 탄도포획을 이용해 이온 추진체만으로 달 궤도선이 된 사례

13장 혜성, 소행성, 왜행성 탐사
행성과 소행성은 무엇이 다를까? | 긴 꼬리를 지닌 혜성과 혜성 탐사선 | 혜성 충돌 시험을 한 딥임팩트호와 혜성 주위를 공전한 로제타호 | 감자처럼 생긴 소행성을 탐사한 탐사선들 | 소행성 물질을 채집해 지구로 보낸 탐사선 | 소행성 충돌 실험 DART | 왜행성을 탐사한 돈호와 뉴호라이즌스호

14장 스타십을 이용한 유인 달 탐사와 화성 탐사
완전 재사용이 목표인 스타십 | 로켓 역사상 가장 강력한 스타십 | 스타십 1회 발사에 필요한 추진제 비용은 얼마일까? | 달 착륙선으로 사용하는 스타십 우주선 | 스타십 HLS의 달 탐사 과정 | 스타십 HLS는 얼마나 많은 연료를 충전해야 할까? | 스타십으로 화성에 가려면 | 화성에서 지구로의 귀환

에필로그
주
그림 출처

윤복원 윤복원
서울대학교 물리학과를 졸업하고 프랑스 파리 11대학교(현 파리-사클레 대학교)에서 석사와 박사를 마친 물리학자이다. 유학 전 한국에서는 핵물리 실험실에서 연구했고, 프랑스 유학 시절에는 나노물리학 실험과 전자현미경을 이용한 나노 물질 분석 연구를 했다. TOF 스펙트럼 분석 소프트웨어와 과학영상 분석 소프트웨어를 이 시기에 직접 개발했다. 이후 미국 조지아공과대학교 물리학과 연구원으로 재직하며, 나노물리학 이론 및 계산 연구를 하고 있다.
《사이언스》, 《네이처》, 《피지컬 리뷰 레터스》, 《미국화학회지JACS》 등 세계적으로 권위 있는 과학저널에 50여 편의 논문을 발표했고, 발표한 논문은 다른 과학자들의 논문에 8,000여 회 인용됐다. 한겨레가 운영하는 〈사이언스온〉과 〈미래&과학〉에 2014년부터 대중 독자를 위한 과학 및 데이터 관련 글을 기고하고 있다. 페이스북에서도 과학 및 데이터 관련 포스트로 소통하고 있다. 지은 책으로 『우주탐사의 물리학』이 있다.
* 페이스북: facebook.com/bwyoon68