우주 발사 시스템(Space Launch System, 약칭 SLS)은 미국 항공우주국(NASA)이 개발한 초대형 화물 발사용 로켓(super heavy-lift expendable launch vehicle)이다. 지구 저궤도를 넘어 달과 화성 등 심우주 탐사를 목적으로 설계되었으며, NASA의 아르테미스(Artemis) 프로그램의 주요 발사체 역할을 담당한다.
개발 배경
SLS는 과거 취소된 컨스텔레이션(Constellation) 계획에서 구상된 아레스 I과 아레스 V 로켓을 대체하기 위해 개발이 시작되었다. 개발 과정에서는 퇴역한 우주왕복선(Space Shuttle)의 설계와 부품을 상당 부분 활용한 왕복선 파생 발사체(Space Shuttle Derived Launch Vehicle) 방식이 채택되었다. NASA는 비용과 개발 기간을 줄이기 위해 우주왕복선에서 검증된 기존 하드웨어와 설계를 재사용하면서, 3D 프린팅과 구조광 스캐닝 등의 최신 제조 기술을 병행하였다.
구조와 구성
SLS의 기본 구성(Block 1)은 다음과 같은 요소로 이루어진다.
- 핵심 단(Core Stage): 보잉(Boeing) 사가 제작하며, 높이 212피트(약 64.6m), 직경 27.6피트(약 8.4m)이다. 약 73만 3,000갤런의 극저온 액체수소와 액체산소를 저장한다. 핵심 단은 뉴올리언스의 미추드 조립 시설(Michoud Assembly Facility)에서 제작된다.
- RS-25 엔진: 핵심 단에 장착되는 4기의 액체 추진 엔진으로, 액체수소와 액체산소를 연료로 사용한다. 각 엔진은 최대 51만 2,000파운드(약 232톤)의 추력을 낸다. 이 엔진은 우주왕복선에서 사용되던 RS-25 엔진을 SLS의 성능 요구에 맞게 개량한 것이다.
- 고체 로켓 부스터(SRB): 핵심 단 양쪽에 장착되는 2기의 고체 로켓 부스터는 우주왕복선의 4분절 부스터를 5분절로 개량한 것이다. 각 부스터는 높이 177피트(약 54m), 지름 12피트(약 3.7m)이며, 발사 시 최대 360만 파운드(약 163만 톤)의 추력을 생성한다. 이륙 후 첫 2분간 로켓 추력의 75% 이상을 담당한다. 노스롭그루먼(Northrop Grumman)이 제작한다.
- 상단 단(Upper Stage): 초기 3차례의 아르테미스 임무에서는 델타 IV 로켓의 상단 단에서 파생된 중간 극저온 추진 단(ICPS, Interim Cryogenic Propulsion Stage)이 사용된다. 이후 아르테미스 IV부터는 더 강력한 탐사 상단 단(EUS, Exploration Upper Stage)으로 대체될 예정이다.
성능
SLS Block 1은 달 궤도까지 27톤(59,500파운드) 이상의 화물을 운반할 수 있다. 발사 시 최대 추력은 880만 파운드(약 3,990톤)로, 아폴로 시대의 새턴 V(Saturn V) 로켓보다 약 15% 더 강력하다. Block 1 로켓의 전체 높이는 322피트(약 98m)이며, 연료를 채운 상태의 무게는 575만 파운드(약 260만 톤)이다.
향후 개발 예정인 Block 1B는 탐사 상단 단을 장착하여 달까지 38톤(84,000파운드)을, Block 2는 최대 46톤(101,000파운드)을 운반할 수 있도록 설계되었다. Block 2의 발사 추력은 940만 파운드(약 4,260톤)에 이를 것으로 예상된다.
임무 수행 현황
2022년 11월 16일, SLS는 플로리다주 케네디 우주센터의 39B 발사 시설에서 아르테미스 I 임무를 수행하며 첫 비행에 성공하였다. 무인 오리온(Orion) 우주선을 지구에서 약 43만 4,000km(약 27만 마일) 떨어진 달 후방 원격 궤도까지 보내는 데 성공했으며, 비행 후 데이터 검토에서 SLS가 예상 성능을 충족하거나 초과했다는 평가가 내려졌다. 이후 아르테미스 II는 유인 임무로 달 주위 비행을, 아르테미스 III는 달 표면 착륙을 목표로 한다.
산업 참여
SLS 개발에는 미국 전역의 1,100개 이상의 기업이 참여하고 있다. 핵심 단은 보잉 사가, RS-25 엔진은 L3해리스(L3Harris) 사가, 고체 부스터는 노스롭그루먼 사가 담당하며, 프로그램 관리는 NASA 마셜 우주비행센터(Marshall Space Flight Center)가 맡고 있다.
한계와 논란
SLS는 발사당 비용이 매우 높다는 점에서 비판을 받아 왔다. 일부 전문가들은 발사 비용이 높고 일회용(재사용 불가) 설계인 점을 지적하며, 스페이스X의 스타십(Starship) 등 민간 발사체와의 경쟁 구도 속에서 비용 효율성에 대한 논쟁이 계속되고 있다. 다만 NASA는 SLS가 오리온 우주선과 4명의 우주비행사를 단일 발사로 달까지 직접 보낼 수 있는 유일한 로켓이라는 점을 강조하고 있다.
