우주왕복선

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Space Shuttle

1 설명

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항공우주공학의 결정체, NASA 기술력의 정수이자, 인류역사상 최초의 재돌입 비행 우주선, 우주 개발의 로망을 상징하는 우주덕들의 아이돌이다. 그러나 지나치게 시대를 앞서갔기에 여러 공돌이들의 등골을 빼먹고 많은 이들을 희생시킨 우주선이기도 하다.

NASA에서 미국의 승리로 끝난 문 레이스 이후 후속 미션을 위해 등장한 우주선이다. 초기 컨셉트는 유인 화성탐사 프로젝트에서 우주정거장 건설을 위한 재활용 발사체 연구이며, 지구 주변 궤도를 왕복할 수 있도록 설계되었다. 소련이 미국과 경쟁하기 위해 만든 부란도 있지만, 이쪽은 실제로 우주비행사를 태워 날리진 못했기 때문에 재사용할 수 있는 유인 우주선은 아직 이것이 최초이자 유일하다.

우주왕복선이라고 해서 모든 구성요소를 재활용하는 건 아니다. 우주왕복선은 부스터, 연료 탱크, 궤도선으로 구성되어 있는데, '부스터'와 '궤도선'만 재활용하고 '연료 탱크'는 버린다. 극궤도, 몰니야 궤도 등 경사각이 높은 궤도로 발사할때는 미국 서해안의 반덴버그 공군기지에서 바다를 향해 남쪽으로, 국제우주정거장 등 경사각이 낮은 궤도로 발사할때는 동해안의 케네디 우주센터에서 바다를 향해 동쪽으로 발사하기 때문에 부스터나 연료탱크가 인구밀집지역에 떨어지는 일은 없다.

연료 탱크의 강렬한 주황색은 'Cryogenic Orange'라고도 불리는 극저온 단열재의 색상인데, 우주왕복선의 메인엔진인 RS-25는 끓는점이 영하 252도도(!)인 액체수소를 연료로 쓰기 때문에 연료탱크를 단열재로 처리하는 것이 매우 중요하기 때문이다. 이후로도 우주왕복선 뿐 아니라 Delta IV, SLS 등 액체수소를 연료로 사용하는 로켓은 Cryogenic Oragne색으로 연료 탱크를 칠한 것을 볼 수 있다. 아무래도 첫 비행인 STS-1 미션에서는 만일에 대비해 철저하게 준비하다보니 연료 탱크까지 흰색의 발포단열재로 칠을 싹 했지만 처음 두 번의 비행 이후로는 칠하지 않는다. 그 대신에 무게가 줄어서 약 272kg(!)의 짐을 더 실어나를 수 있게 되었으며 이후에 경량연료탱크(LWT) 초경량연료탱크(SLWT)로 개량을 통해 더욱 더 많은 화물이 운송 가능해 졌다.

착륙할 때는 달려있는 날개로 활공하여 활주로에 착륙한다. NASA는 되도록이면 한 번 비행할 때마다 올려놓는다 날린다 해서 돈 왕창 깨지는(...) 셔틀 전용 수송기를 쓰기 싫다보니 케이프 커내버럴 쪽에 착륙하려 했지만 미션 프로파일이 특이하거나 동해안 기상이 안 좋거나 해서 어쩔 수 없을 때는 얄짤없이 캘리포니아주 에드워즈 공군기지에 내려야 했다. 이 외에 STS-3 미션에서 에드워즈 기지 주변이 날씨가 안 좋아서 뉴멕시코 화이트 샌즈 미사일 시험장에 착륙한 일도 있고, 이외에 비상 시 유럽, 아프리카, 인도양 공군기지에도 착륙을 대비해놨다. 그 동네에서 미국까지 어떻게 모셔왔을지는...

국내 언론에서는 이 우주왕복선이 원체 유명하다보니 우주선이라는 말 대신 우주왕복선이라는 말 자체를 우주선의 그 뜻으로 부르기도 한다. 소유즈 우주왕복선(...) 같은 아스트랄한 명칭이 자주 나오는 편.

1.1 이게 어떻게 날지?

사실 멀쩡하게 쏘아지던 모습이 우리에게 매우 익숙한 우주발사체이기 때문에 그냥 그렇구나 하는 경우가 많은데, 미국식의 우주왕복선은 뜯어보면 "이게 어떻게 날지?" 하는 의문이 들 수 밖에 없는 구조다. KSP같은 게임에서 우주왕복선 직접 만들어보려고 하면 머리 깨진다. 아무생각없이 만들다 한번에 성공할수도 있다

일단, 발사체의 질량중심과 추력중심이 크게 어긋나 있다. 나로호와 같은 일반적인 모습의 로켓의 경우, 로켓의 몸뚱이와 추진력이 나오는 엔진이 상하 직렬로 연결되어 있고, 이러면 질량중심과 그 질량을 밀어올리는 추력중심이 일직선상에 있게 되며, 당연히 그래야만 로켓이 상승중에 뒤집어지거나 넘어지지 않을 수 있다. 하지만 우주왕복선의 경우, 주엔진은 궤도선의 뒤에 달려 있지만, 연료탱크는 궤도선의 배 밑에 있고, 고체로켓부스터는 또 연료탱크 좌우에 달려 있다. 우주왕복선은 비대칭의 매우 특이한 형상을 취한 것이다. 게다가 일반적인 로켓은 단 분리를 해도 엉덩이나 양 다리를 버리고 상체만 날아가는 모양이라 이 질량중심-추력중심의 방향축이 계속 유지가 되는데 반해, 우주왕복선은 1단에 해당되는 그나마 로켓답게 붙어있던 고체로켓부스터를 분리하면, 그때부터는 정말 괴상한 모양의 비행체가 되어 버린다.

다른 우주발사체들과의 크기 비교.

좌: 우주왕복선 고체부스터를 직렬로 연결했을 경우. 우: 좌우로 붙일 경우.

그렇다면 이 어긋난 질량중심과 추력중심의 문제를 어떻게 해결했을까? 먼저, 우주왕복선의 주엔진(SSME: RS-25)은 하늘을 향해 직선상으로 달려있는 것이 아니라 무게중심을 향해 사선상으로 달려있다. 이렇게 하면 발사 초기에는 안정성을 확보할 수 있지만, 로켓엔진이 연료를 엄청난 속도로 처묵처묵하면서 무게중심이 변하기 때문에 질량중심은 조만간 다시 어긋난다. 여기서 대부분의 KSP 플레이어들은 머리를 쥐어뜯고 GG친다. 하지만 SSME의 짐벌각(추력편향각도)이 매우 크고, 우주왕복선은 변화하는 질량중심을 향해 추력중심을 계속해서 변화시킬 수 있다(!). 그야말로 항공우주기술의 결정체인 셈이다. 나사: '되는데요'

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기체의 형상에 비해 크게 어긋난 우주왕복선의 추력중심(CoT)-질량중심(CoM) 축. 추력의 방향을 질량중심을 향하도록 바꾸면서 해결.

우주왕복선에 결집된 항공우주기술이 워낙 대단한 탓에, 우주왕복선을 대체할 NASA의 신형 우주발사체들은 대부분 SDLV, 즉 Shuttle-Derived Launch Vehicle이라는 이름을 달고 있다. 우주왕복선 파생 발사체라는 뜻이다. 실제로 차세대 초중량급 발사체인 SLS의 경우, 고체부스터는 우주왕복선의 고체부스터를 조금 키운 것, 주엔진은 우주왕복선의 주엔진을 1회용으로 코스트다운한 것, 연료탱크는 우주왕복선의 연료탱크를 개량한 것, 심지어 상단부 엔진인 J-2X에도 SSME의 기술이 대량 반영될 정도로 아주 마르고 닳도록 우려먹고 있다.

일세의 상상을 쏘아올린, 그 어느 것와도 비교할 수 없던, 역사에 길이 남을 배, 우주왕복선이 마지막으로 항구로 돌아옵니다. 항해가 막을 내립니다. - NASA 존슨 우주센터 홍보팀 해설위원 롭 네이비어스(Rob Navias)

Thank you Columbia, Challenger, Discovery, Endeavour, and our ship Atlantis - 크리스 퍼거슨(Christopher Ferguson), STS-135 사령관

위는 STS-135 아틀란티스의 발사와 귀환 영상이다. 이 역사적인 마지막 비행에 전세계 언론에서 지대한 관심을 보였으며, 심지어 AFKN을 비롯해 전세계 미군 방송에서도 발사가 생중계되는등 많은 우주덕들의 심금을 울렸다. 터치다운도 터치다운이지만 ISS가 셔틀을 추모하듯이 케네디 우주센터 상공을 지나갔다는 말에 수많은 우주덕들이 벌써 눈물을 터뜨렸다고... 이후 상용 유인우주선 시험비행 임무에 선발된 우주인 덕 헐리(STS-135 파일럿)도 이 때의 기억을 잊지 못하며 반드시 상용 우주선 개발을 성공하겠다는 의지를 보였다.

우주왕복선의 개발과 완성, 앞으로의 기술 활용 방향.

2 타임라인

2.1 장대한 공밀레의 서막

우주왕복선의 개발은 무려 나치 독일 시절까지 거슬러 올라간다. 베르너 폰 브라운과 함께 씐나는 우주덕질을 하던 국방군 장교 발터 도른베르거는 독일 시절부터 전쟁통에 V-2를 쏴제끼면서도 짬을 내어 우주비행체 연구를 했는데, 이후 영국에서 전범 혐의로 인해 2년간 복역한 후 미국에서 초음속 항공기 제작사 벨에 스카우트되어 대륙간 탄도 여객기(도른베르거 항목 참조)의 개념을 제시했다. 이후 도른베르거와 전쟁 이전 독자적으로 진행되던 미국 내 우주비행기 연구의 성과는 X-20 다이너소어 프로그램으로 구체화되는가 했지만 뜬금포로 문 레이스가 시작되고 미 공군이 MOL 프로그램을 시작하며 후순위로 밀렸으며 도른베르거 역시 나이를 먹어서 은퇴했다.

하지만 미국의 문 레이스 승리가 확정된 뒤 NASA의 달 탐사에 대한 지원은 줄어들고, NASA는 우주개발에 대한 로망을 아직 버릴 수 없었기에 지구 궤도상의 우주정거장 운용을 꾀하는 차원에서 새턴 로켓과 맞먹는 대규모의 재활용 가능한 우주발사체에 대한 복안을 내놓는다. 그것은 과거 도른베르거가 꿈꾸던 연료탱크 - 양쪽 부스터 - 리프팅바디 오비터 아이디어를 채용한 스페이스 셔틀. 그 순간, 아폴로 16호가 달에서 월면차를 붕붕거리고 있었다. 이 예산 의결 소식은 전 NASA를 들썩였고, 월면차를 타던 존 영, 찰리 듀크, 그리고 달을 돌고 있던 켄 매팅리에게도 전해졌다. 듀크의 말에 따르면, 존 영은 3피트를 방방 뛰며 엄청나게 기뻐했다나. 특히 비행기라는 특유의 형상 때문에 테스트 파일럿이었던 우주인들 대다수가 매우 즐거워했다. 이전까지는 생명유지에 급급한 캡슐이나 탔지만 이제는 비행기답게 조종을 할 수 있었기 때문이다.

야 신난다!!!

하지만 이 역시도 애써 정신승리하는 격. 사실 우주왕복선은 우주수송시스템(Space Transport System)의 일환으로 개발된 것인데, 이 우주수송시스템은 지구궤도와 달궤도의 영구적 우주정거장, 지구와 지구 저궤도를 왕복하는 우주왕복선, 지구 저궤도와 지구정지궤도(때로는 달궤도)를 왕복하는 화학연료 우주수송선, 지구와 화성 등 행성간을 왕복하는 핵추진 우주수송선 등으로 구성되는, 복합적이고 종합적인 말 그대로의 "우주수송시스템"이었다. 그러나 다른 모든 구성요소는 폐기되고 우주왕복선 하나만 완성된 것이니, 켄 매팅리를 비롯해 많은 우주인들과 NASA 관료들의 입장에선 만족스러운 성과라고 할 수는 없는 것이다.

참고로 당시 기술로도 대부분 구현이 가능했고 상당부분 성과까지 거뒀던 우주수송시스템이 상당부분 잘려나간 것은, 문레이스에서 승리한 당시 미국 정치권이 더이상 우주개발에 예산을 쏟지 않기로 결정했기 때문이다. 심지어 우주수송시스템에 사용하기 위해 개발중이던 열핵엔진(NERVA: Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)은 누적 17시간 정도의 가동실험을 성공하며 완성 직전의 상태에 있었으나 관련 예산이 취소되며 잊혀진 기술이 된다. 이후로도 열핵엔진의 개발은 이루어지지 않았으며, NASA 등의 우주개발 타임테이블을 보았을 때 열핵엔진이 실제로 등장하려면 빨라도 2030년은 되어야 할 것으로 보인다.

2.2 사공이 많으면 배가 산으로 간다

2.2.1 설계 변경

NASA는 이 셔틀이 제안된 시기에 구체적인 미래를 예상하지 못하고 있었다. 그래도 겁나게 쏘다보면 싸진다(대략 1년에 50회!), 옛날부터 X-15가 크게 흥했고 전무후무한 로켓 새턴 V도 만들어봤으니 비행기 버전 새턴 V(?)도 할 수 있다..는 믿음으로 셔틀 개발사업은 시작되었다. X-15 시절부터 로켓비행기에 재미를 붙이고 아폴로 사령선을 만들었던 노스 어메리칸 록웰이 비행기 모양 궤도선을, 우주왕복선 연구의 기초가 된 X-24 실험기를 만들었던 마틴 마리에타가 연료 탱크를, X-15의 기똥찬 XLR99 엔진을 만들었던 모턴 타이오콜이 고체 로켓 부스터를 만들기로 계약을 완료하였다.

하지만, 셔틀 개발은 예전에 스카이랩과 MOL 예산 배정 문제로 홍역을 치른 바 있는 미합중국 공군과의 합작 프로젝트로 전환되었고, 공군의 장대한 참견질이 시작된다. 그 첫타자는, 바로 날개였다.

날개는 원래 리프팅 바디 오비터에는 없는 물건이었다. 하지만, 미 공군이 극궤도 위성 미션을 딱 한 바퀴만에 완수할 수 있게 만들어내라는 강짜를 놓으며 셔틀은 있어봐야 우주선에게는 비용과 무게만 늘어나는 델타윙을 도입해야 했다. 일반적인 재돌입 절차에서도 셔틀은 델타윙의 끝부분만 조금 쓰는 정도인데, 이 극궤도 위성을 전개하고 회수하고 하려면 거기까지 갔다오는 기동에서 상당한 비행성능이 필요했기에 결국 프로그램의 주요 물주였던 공군이 빠지지 않는 한 델타윙 또한 빠질 수 없게 되었다. 이러다보니 공군의 참견심지어 개발비마저 한푼도 안 주고 먹튀를 꿈꿨...을 오비터 디자인 단계의 일선에서 접하던 켄 매팅리는 아폴로보다 셔틀 만들 때가 너무너무너무 힘들었다고 회고할 정도. 그리고 그렇게 마지 못해 달아놓은 날개는 30년 후...

풍동 실험도 곤란했다. NASA의 Ames Research Center에 있는 세계 최대 풍동이 유명한데, 초음속, 초고고도 공기역학 연구를 다른 비행기도 아니고 셔틀의 발사/귀환 상황을 가정해서 하기엔 그 풍동도 너무 작다. 아무리 축소판으로 실험을 해도 갖가지 오차는 줄어들질 않았다.

또한 소프트웨어도 문제. 손목시계만도 못한 똥컴으로 달에 사람 보내던 시절엔 신뢰성과 안전성에 터무니없는 예산을 퍼부으며 에러 나는 일을 매우매우 적게 했지만, 어느새 좀 발전했다고 첨단 장비들을 쑤셔넣고, 그 과정에서 컴을 여러 대 굴리며 5대가 만장일치가 아니면 컴퓨터끼리 다수결(!)로 결정하는 식의 시스템을 만들었다. 처음엔 그래도 좀 안전할 줄 알았지만, 에러는 아폴로 시절보다 기하급수적으로 늘었다. 그래서 뭔가 외부에 더 달아보고도 싶지만, 풍동에서 고생하는데 뭘 더 달겠는가. 콕핏? 콕핏 복잡하면 누워있어야 하는 파일럿들이 싫어한다. 이 시절의 경험은 훗날 NASA 뿐만 아니라 여러 항공전자, 체계공학, 컴퓨터공학 분야에서 본보기 내지 반면교사가 되었지만, 씐나게 전국민적 지지를 받으며 아폴로 만들던 엔지니어들이 적은 예산으로 이걸 만들면서는 답답해서 속터진다(...)

하지만 이런 시시콜콜한 문제들도 목숨보다 중할 수는 없는 법.

2.2.2 발사 중단에 대처하는 셔틀의 자세

위에서도 소개된 우주왕복선의 부스터 부착 아이디어. 이 셔틀의 뒤에 부스터를 단다는 복안은 미션 중단 절차를 용이하게 하려는 아이디어였지만 재활용 난이도가 너무도 높아지고 연료 탱크까지 셔틀에 쑤셔넣기도 곤란했기에 폐기되었다. 아니 그러니까 재활용에 왜 그리 목을 매냐고! 그러라고 만드는 거니까...

셔틀도 발사 도중 문제가 생길 경우 탈출 방법을 모색해야 했다. 머큐리와 아폴로는 로켓 꼭대기에 고체 로켓을 달아서 필요하면 발사대로부터 탈출을 시킬 수 있었고 제미니도 좀 많이 날림이고 실효성도 꽝이긴 했지만 사출좌석을 갖고 있었는데, 그건 이런 로켓들이 셔틀과는 달리 직선형이었기때문에 가능했다. 즉, 힘세고 강한 로켓 1단이 추진중일 때 우주인이 탑승하는 캡슐은 로켓엔진에서 가장 먼 곳에 있으며, 충분한 거리가 확보되어 있으므로 잽싸게 분리해서 탈출용 로켓을 작동시키면 안전거리까지 도망가는게 가능했다. 하지만 셔틀은 알다시피 괴상한 형태를 하고 있고, 승무원 탑숭구역과 로켓엔진의 위치가 가까운데다가, 고체로켓은 비상상황에서 끌 수도 없다. 일반 액체로켓은 연료 밸브 잠그면 되지만 고체는 통째로 고체가 타는 것이라서 이걸 잘라내지 않는 한 끌 수가 없는 것이다. 떄문에 잘못하면 탈출하자마자 고체부스터의 초월적인 화력에 직격당해 분자단위로 분해당할 판. 그렇다고 고체로켓이 전소된 이후에 캡슐로 탈출하자니 그때는 이미 우주로 반 이상 나간 다음이라 정식 재돌입 캡슐만큼의 내열성을 갖춰야 하는데, 그러느니 셔틀 오비터 자체로 착륙하고 말지...

결국 셔틀은 로켓의 역사상 유례가 없는 괴이한 절차, 이름하야 Return To Launch Site, RTLS를 만들어냈다. 간단히 말하면, 고체 로켓 부스터를 끌 수가 없으니 날아가던 도중에 기수를 180도 돌려서 거꾸로 날아가면서 앞으로 로켓을 분사해서 감속한다는 엽기적인 발상이다. 척 예거나 스캇 크로스필드 같은 레전드들이 조종한 5~60년대 X 실험기 시리즈의 일환이자 셔틀 연구의 기반이 된 X-20 다이너소어 프로그램의 탈출 절차 연구에서 비롯된 것이다. 그나마도 고체부스터가 아직 작동중일 때에 분리했다간 고체부스터와 우주왕복선이 충돌해서 박ㅋ살ㅋ날 것이 뻔하므로, 고체부스터가 전소되어 출력을 잃을 때까지는 탈출하지도 못하고 계속 상승해야 한다. 찰스 볼든에 따르면, "초장부터 10분 이상을 뒤집혀 올라가는데 부스터 떨어지고 탱크 짊어진 비행기로 날다가 탱크 떨어진 다음에야 활주로에 글라이더 착륙을 하라니, 컴퓨터 에러라도 나면 어쩌라고? 연습하면서도 정말정말정말 싫었어요"라고.

실현 가능성은 논외로 하더라도 셔틀의 탈출 시나리오. 위에 소개된 발사 영상에서 캡콤이 Press to ATO(궤도 진입 중단), Press to MECO(메인 엔진 끄기), Negative Return(RTLS 실행 불가) 따위의 이상한 말을 계속 하는게 들리는데 그것이 RTLS 단계에서 시시각각 탈출 필요하면 이런이런 버튼 누르라는 지침을 변경하는 것이다.

간단히 소개하자면, ATO는 예정보다 좀 낮은 고도까지만 올라가는 것이고, AOA(!)는 지구 한바퀴 돌고 케네디 우주센터로 돌아오기, TAL은 대서양 건너서 유럽 공군기지에 착륙, 그리고 RTLS가 상승하던 중에 되돌아서 케네디 우주센터에 착륙하기. 이 중 최악최흉의 절차가 바로 부스터 분리 직후, 발사 초기의 RTLS다. 미션 스페셜리스트 마이크 멀레인은 이를 두고 물리 법칙 ㅈ까네라 평가했고, 어지간한 파일럿들도 치를 떨었다. STS-1에서는 일부 항알못(...)들이 일부러 RTLS를 해보자고 했다가 존 영에게 러시안 룰렛 지랄이라 까이고 데꿀멍했다고. 6.25 직후 시절부터 테스트 파일럿으로 잔뼈가 굵은 NASA 내 최고의 항잘알 백전노장 존 영이 못할 짓이라고 했으니 다른 이들에 대해서는 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.

무서운 사실은, 고체부스터 분리 전에는 탈출절차 자체가 없다. 애초에 그 시점에선 탈출이란게 무의미하다.

챌린저 사고 바로 다음 미션인 STS-26 팀의 SSME 이상을 가정한 탈출 훈련과 그 훈련을 오비터 플라이트 시뮬레이터로 재구성한 영상. 부스터가 고체 로켓이다보니 결국은 부스터 떨어뜨리기 전까지는 아무 것도 못하고, 자기보다 큰 탱크를 달고서 탱크에게서 연료를 뽑아먹으며 상식적으로 불가능한 방법으로 뒤집은 끝에 케네디 우주센터까지 가야 한다. 그냥 우주로 뿜어내는 데만 써먹도록 설계된 SSME를 OMS처럼 써야 한다는 말인데, 이건 포크레인으로 밥 떠서 먹으라는거랑 비슷하다. 저런 지랄을 실제 했더라면 SSME의 이상이 얼마나 심한지에 따라 케네디 우주센터 접근 이전에 탱크 때문에 폭발, 아니면 오비터 자체가 심한 스트레스를 받아 공중분해되었을지도 모른다. 저 무시무시한 급강하 각도가 참... 그리고 이 훈련에선 중간에 SSME 하나가 또 나가버려서 결국 활주로에 내리지 못하고 디스커버리도 포기한채 바다로 뛰어들어야 한다. 지못미. 이런 짓거리를 보면 셔틀 파일럿들이 미국 최고의 파일럿들이라 하는게 빈말이 아닌 것 같다.

STS-26 시뮬레이터 영상이 콕핏 관점에서 보여지니 어떻게 뒤집는지 헷갈린다면, KSP 영상과 이 개요도를 보자.

KSP 버전. 커벌들도 RTLS 싫어하는 것 같다(...)

왜 다들 물리 법칙을 X깐다고 하는지 이해가 될 것이다. 비행기는 후진을 못한다구요? 제가 로켓으로 후진해보겠습니다 비유가 다소 억지스러운 감은 있지만 아폴로 13호 달 착륙선이 전원 싹 꺼버린 사령/기계선을 짊어진채 궤도를 수정하는 꼴보다 어렵다고 보면 된다. 무중력 우주공간과 지구 상공이라는 차이는 있지만 아폴로의 쬐끄만한 사이즈와 저 어마어마한 탱크와 오비터의 사이즈를 비교하면... 아폴로 13호보다 더한 짓거리를 셔틀에서 해야 했던 그래서 빡쳐서 그만둔 프레드 헤이즈, 영과 매팅리도 지못미. 몇 분만에 시속 수천 km에 달하는 감속을 단행하여 골골대는 로켓비행기와 파일럿들이 이제는 뒤돌면서 직각에 가까운 급강하 글라이딩을 해야 한다. 파일럿들이 좋아할리가 없다.

또한, 이런 미친 짓을 가능케 하려면 인프라에도 얼마나 많은 돈을 퍼부어야겠는가? 탈출 가능성에 대해 정말이지 강박적이다 싶을 정도의 신경을 썼던 2005년의 리턴 투 플라이트 미션 STS-114의 NASA 발사 당일 중계방송을 보자.

케네디 우주센터 일대가 크고 아름다운 레이더와 장거리 추적 망원경으로 도배되고, 부스터 회수선에도 레이더를 달아놓는다. 발사를 감독하기 위해 T-38이나 F-16 따위가 아니라 U-2급 초고고도 항공기 WB-57에다 우주복 입힌 파일럿을 태워 발사 두시간 반 전부터 띄워놓고 일대를 점검한다. TAL을 위해 유럽의 사라고사, 모론, 이스트리스 공군기지를 섭외하고 기상팀, 의료지원팀, 엔지니어와 테크니션들을 보내놓는다. 거기에 평소보다 훨씬 살떨리는 오버홀을 진행한건 인지상정. 솔직히 이 정도면 의원들이 돈 많이 든다고 빡칠만도 하다(...)

어쨌든 RTLS를 비롯한 이런 돈지랄은 팰컨 9 등의 후세대 재사용 발사체들에게 큰 영향을 끼친, 그리고 한 시대를 풍미한 시행착오(...)이기는 하다. NASA에서 우주왕복선과 아폴로의 경험을 기억하고 있는 많은 베테랑들이 스페이스X의 팰컨 헤비에 주목하는 이유이기도 하다. 팰컨 재활용 컨셉을 보면 알겠지만 탱크 짊어진 여객기(...) 형태가 아니었다면 셔틀 RTLS도 어떻게든 해볼만 했을 것이다. 극단적으로는 팰컨처럼 NASA 전용 항공모함(?) 같은 것을 만들어서 해상 착함을 시도할 수도 있었을 것.

3 활공 시험

엔터프라이즈 참조

작성중

4 비행

4.1 STS-1

유리 가가린의 우주비행 20주년, 30년 하고도 석 달의 역사가 시작하였다.

4.2 STS-2

셔틀판 아폴로 13호가 될 뻔했던 아찔한 미션

4.3 STS-3

뉴멕시코 화이트 샌즈에의 오토파일럿 착륙 시도

4.4 STS-4

펜타곤만을 위한 마지막 테스트 미션

작성중

5 퇴역한 이유

5.1 경제적 문제

5.1.1 유지비 파이터

흔히들 우주왕복선은 소유즈와의 가격경쟁에서 패해 도태되었다고 알고 있는데, 사실 우주왕복선은 애초에 소유즈와 경쟁하도록 만들어진 발사체가 아니었다. 일단 우주왕복선의 궤도선을 보자. 궤도선이 비행기처럼 생겼기 때문에 그냥 그런가보다 하지만, 연료탱크와 부스터 다 떼고 궤도선 하나만 비교해도 웬만한 로켓들에 비해 작지 않다. 문제는 이 커다란 비행기 자체를 우주에 올렸다가 다시 지구로 내려야 한다는 점이다.

다른 로켓들의 경우, 2톤짜리 위성을 발사한다고 치면, 위성을 제외한 다른 모든 부분은 발사과정에서 단분리해서 폐기하고 위성만 궤도에 올리면 되지만, 우주왕복선은 2톤짜리 위성에 더해서 109톤짜리 궤도선까지 우주에 올려야 하는데, 우주왕복선의 최대 페이로드인 24톤을 꽉꽉 채울 경우 사실상 130여톤을 궤도에 올리는 꼴이 된다. 이쯤 되면 쬐끄만한 우주선을 달나라로 보낸다고 일부러 힘세고 강하게 만든 새턴 V와 비교해도 큰 차이가 없다. 위성 하나 쏘고 우주정거장에 사람 한 번 보낼 때마다 새턴 V를 쏘는 거나 마찬가지라는 뜻이다! 반면 소유즈는 5톤이며, 이 5톤이 전부 궤도에 올라가야 하는 최종 페이로드이다. 다 사용하고 나면 궤도모듈과 서비스모듈은 버리고 재진입모듈만 돌아오면 된다. 우주발사체는 최종페이로드의 제곱에 비례하는 만큼, 체급상으로는 거의 자전거와 덤프트럭만큼의 차이가 있다. 덤프트럭이 자전거와 가격경쟁을 하려 하니 버틸 수가 있나.

그렇다면 우주왕복선은 왜 그런 비효율적인 방법을 택했을까? 사실 우주왕복선의 당초 목적은 초대형 우주정거장을 만들기 위한 초중량급 발사체였다. 24톤의 최대 페이로드부터가 현존하는 어떤 우주발사체와 비교해도 1~2위를 다투고, 페이로드를 실을 수 있는 카고베이의 크기는 비교할 상대조차 찾기 힘들다. 우주왕복선의 궤도선까지 페이로드로 계산할 경우, 우주왕복선급의 수송능력을 갖춘 우주발사체를 다시 보기 위해선 2020년대 중반에 계획된 SLS 블록 2의 취역까지 기다려야 한다. 즉, 반세기를 앞선 수송능력을 가진 물건이니 설계시점에서도 당연히 비쌀 수밖에 없었고, 따라서 재활용 가능하게 만들어 최대한 많이 발사해서 규모의 경제를 실현해 비용을 현실화하려고 했던 것이다. (물론 체급을 고려할 때 1회용 경량 발사체보다 값싸게 만드는 건 애초에 가능하지도 않았다. 그저 현실적으로 운용해서 이득을 볼 수 있을 정도까지 비용을 낮춘다는 이야기다.) 그러나 이런 시도는 여러 부분에서 한계에 부딪힌다.

일단, 재사용을 염두에 두고 설계된 부스터와 궤도선도 한번 사용할 때마다 대규모의 정비 및 보수를 시행해야 했다. 낙하산을 이용해 바다에 착수하는 부스터의 경우, 아무리 낙하산을 사용한다 한들 그만한 크기와 질량을 가진 물체가 바다에 착수할 때의 충격은 결코 작지 않다. 게다가 해수에 머리끝까지 잠기는만큼 아무리 방염처리를 했다 해도 부식을 피할 수는 없으며, 낙하산을 다시 검사하고 장착하는 데에 필요한 인력도 엄청나다. 하다못해 저거 건지자고 바다에 뛰어드는 잠수부들도 빨리빨리 건지지 못하면 영영 잃어버린다는 강박감 때문인지 우주인들 못지 않은 스트레스에 시달렸다. 깜깜한 밤에도, 풍랑 때문에 도저히 잠수 못할 날씨에도, 까라면 까야 하기에 잠수사들은 바닷속에 뛰어들어 복잡한 작업을, 그리고 비상시에 대비한 우주인 구조 대비까지 실시했다. 그 결과 135회의 미션 중 테스트 비행이었던 STS-4와 부스터 자체가 터져버린(...) STS-51-L 외에는 전부 어떻게든 회수에 성공했으니 오오 근성 오오. 한편 궤도선의 경우, 우주왕복선의 메인엔진인 RS-25는 새턴 V의 F-1에 비견될만큼 강력한 엔진이며, 따라서 매번 우주에 다녀올 때마다 정밀한 검사를 해야만 했고, 좀 미심쩍다 싶은 부분이 있으면 통째로 갈아버려야 했다. 이는 궤도선 바닥의 방열타일도 마찬가지였는데, 한 번 발사시마다 최소 수백개씩은 깨졌다. STS-1부터 그래와꼬 아패로도 개속(...) 다른 우주발사체의 경우 재진입 모듈을 종 모양으로 만들어 방열타일의 면적을 최소화할 수 있지만, 궤도선의 경우 날개를 가진 비행체 형상이라 그마저도 불가능. 그렇다고 이런 유지보수를 조금이라도 소홀히 하는 순간 챌린저와 컬럼비아의 비극이 벌어진다.

또한 미국의 정치가들도 비용문제에 주요 원인 중 하나이다. 그들은 케이프 커내브럴 인근에서 셔틀의 부품이 조립, 점검이 이루어지지 않고 미국 전역에서 조립되어 발사대로 이송해 운송비 부담을 높였다. 또한, 셔틀의 업그레이드(5 세그먼트 SRB, 액체연료부스터, 항전장비, 타일 신소재 등)를 대부분 취소시켜, 최약점이 개선되지 못하고, 정비비용이 시간이 지날수록 증가되었다.

게다가 착륙 장소도 골때리는 문제. 보통의 셔틀 활주로 착륙은 케이프 커내버럴 공군기지 케네디 우주센터와 서부의 에드워즈 공군기지에서 이뤄졌는데, 문제는 에드워즈에 내릴 경우 전용 수송기를 반드시 써먹어야 했다는 것. 그런데 이것도 셔틀을 어부바하는 작업이 보통 과업이 아니었다. 그걸 집어올릴 거중기만 해도 충격과 공포의 스케일이었다. 그렇게 공기역학적으로 위태로운 상태로 마하 0.7씩이나 찍어 주면서 북미 횡단비행에 나서는(그나마도 재급유를 위해 중부지역에서 한번 착륙했다가 다시 뜨는) 것도 엄청 힘들었다. 그런데 가끔씩 보통의 정비장소인 케네디 우주센터가 아닌 드라이든 비행시험센터(現 암스트롱 비행시험센터) 등에서의 작업이 필요해서 셔틀이 무조건 에드워즈 기지에 내려야만 하는 경우가 있었다. 아니면 착륙 예정일은 다가오고 우주에서 더 버틸 수도 없는데 플로리다주 날씨가 워낙 구리구리해서 별 필요도 없는데 에드워즈에 내려야 한다면? 지못미. 그렇게 셔틀을 서부에서 동부로 한 번 옮길 때마다 백만불 이상이 깨져나갔다.

결국 셔틀 시대 초창기에처럼 최대한 많이 자주 발사해서 규모의 경제를 실현한다는 로망은 산산조각났다. 우주왕복선 취역 이후 NASA는 다른 모든 우주발사체를 폐기하고 오직 우주왕복선만 운영했으며, 심지어 군사위성까지 우주왕복선으로 전담할테니 미 공군의 신규발사체 개발계획을 취소하라고 요구하기까지 했다. 이는 당초 우주왕복선은 1년에도 몇 번씩 발사하기로 계획되어 있었으며, 그런 계획 하에서만 고정비 지출을 최소화하고 비용을 현실화할 수 있었기 때문이다. 그러나 위에서 서술한 바와 같이 재활용 과정에서의 검사가 복잡하고 방대해서 도저히 그런 스케줄을 맞출 수 없었으며, 설상가상으로 우주왕복선의 설계목적이었던 초대규모 우주정거장 건설계획이 국제우주정거장으로 통폐합되기에 이른다. 결국 미 공군은 90년대 초반부터 Evolved Expendable Launch Vehicle, 일명 EELV 프로그램으로 별도의 일회용 발사체를 개발하며 NASA와의 노선 분리를 선언했다. 덕분에 우주왕복선의 가성비는 더욱...

결론적으로, 우주왕복선은 누구도 넘볼 수 없는 힘세고 강한 우주발사체를 꿈꾸었고, 터무니없는 유지비용을 현실화할 여러 방법을 준비했지만, 그 방법들은 모두 망했어요.

5.1.2 꿈은 높은데 현실은 시궁창

그러나 그러한 비용들을 고려하더라도 전부 버리는 것과 다름없는 다른 로켓들에 비하면 우주왕복선은 개념상으로는 충분히 경제적이라고 할 수 있었다. 문제는 우주왕복선의 개발 목적 그 자체에 있었다. 우주왕복선은 기본적으로 우주정거장 건설 및 운용을 전제로, 우주정거장을 건설하기 위한 부품을 실어나르거나 우주정거장에 물품과 사람을 실어나르는 임무를 목적으로 개발된 기체이며, 이러한 목적으로는 우주왕복선은 최고의 가격 경쟁력을 자랑한다. 또한 이러한 임무에서 대용량의 화물칸은 무시할 수 없는 장점이며, 궤도상에서 조립하기에 무리가 있는 대형 물체인 허블 우주 망원경 같은 크고 아름다운 물건들을 전개하고 그 뒤로도 몇 번씩 우주비행사를 보내서 수리하는 등의 무지막지한 일들은, 정말로 우주왕복선이 없으면 불가능했을 과업이었다.

예컨대 흔히 우주왕복선보다 싸다고 칭찬받는 소유즈의 경우 저궤도에 6,450kg을 올릴 수 있고 정지 트랜스퍼 궤도에는 도달할 수 없다. 더구나 그 6,450kg은 소유즈 우주선 자체의 무게인 5,600kg도 포함한 수치이므로, 소유즈 우주선에 실을 수 있는 무게는 850kg 정도에 불과하다. 반면 우주왕복선은 저궤도에 24,400kg을 올릴 수 있고 정지 트랜스퍼 궤도에도 3,810kg을 올릴 수 있다. 당연히 그 24,400kg은 우주왕복선 궤도선 자체의 무게인 109,000kg은 제외한 수치이다. (109,000 > 24,400)

우주정거장에 대규모 화물을 수송하는 상황이라면 850kg을 수송하는 소유즈가 24,400kg을 수송하는 우주왕복선의 1회 발사비용 자체를 직접 비교해서 소유즈가 싸다며 우주왕복선을 비난하는 것은 타당한 비교라고 할 수 없을 것이다. 더구나 우주왕복선은 우주에서 인공위성이나 대규모 화물을 수납해서 지상으로 돌아오는 것도 가능하지만 소유즈에서는 불가능하다. 따라서 대규모 우주정거장이 실현되었다면 이러한 수송능력은 분명한 장점이 될 수 있었다. 또한, 허블 우주 망원경의 발사 및 수리 미션과 같이 우주정거장이 아니더라도 일반 우주선으로 발사가 곤란한 대형 구조물 및 수리 작업 등에는 요긴하게 사용되었다.

하지만 문제는 우주왕복선 개발 당시에 전제로 했던 크고 아름다운 우주정거장 건설은 끝끝내 실현되지 않았다는 것이다. 우주왕복선이 실제로 임무를 수행한 우주정거장은 소련의 미르나 후에 건설된 국제우주정거장 등으로, 우주왕복선 개발 당시에 구상했던 것보다 터무니없이 소규모ISS가 소규모라면 미국은 대체 무엇을 구상한거야! 뭐긴 뭐야 스타워즈지였기 때문에 우주왕복선의 잠재력을 충분히 살릴 수 없었다. 다시말해 지나치게 시대를 앞서간 컨셉으로 우주선을 만들었고, 냉전이 끝나버리며 NASA에의 예산 지원이 점점 줄어들자 괴리는 커져만 갔다. 실제로 존재하는 우주정거장은 쬐끄만한 현실에서, 인공위성을 제외하고 허블 우주 망원경과 같은 대형 위성의 발사가 없는 만큼 실질적으로 소수의 사람과 소규모의 화물을 올려보내는 정도가 주요한 목적이 된 상황에서는 우주왕복선의 규모와 기능은 오히려 비용 상승을 낳는 요소가 될 수밖에 없었던 것이다. 결국 우주왕복선은 많은 짐을 실어나를 수 있다는 찬사를 듣는 대신 짐칸이 텅텅 빈 채로 우주정거장에 왔다갔다한다는 비판을 받게 되었다. 소유즈: '헤헿'

게다가 그나마도 우주왕복선의 135번의 임무 중에서 우주정거장 관련 임무는 40회 정도에 불과했다. 우주왕복선이 NASA의 유일한 발사체가 됨에 따라서 우주왕복선은 인공위성 발사와 같은 임무에서 다른 발사체들과 경쟁해야 했는데, 이러한 임무 중 상당수는 굳이 유인 우주선으로 발사할 필요가 없는 것이었고 무인 우주선은 기본적으로 유인 우주선보다 저렴하므로 가격 경쟁에서 우위를 차지하기는 어려웠던 것이다.

이런 탈냉전기 셔틀의 주요 떡밥 중 하나가 ESA와 공동으로 진행한 스페이스 랩 프로젝트로, 셔틀에 태워서 우주에 들락거리는 실험실을 만든다는 아이디어였다. 우주정거장 프로젝트가 꼬이면서 그냥 그때그때 실험장비 적절히 띄워서 써먹자는 의도였다. 뭐 취지는 좋았지만, 챌린저 참사 이전까지의 소규모 위성 설치와 마찬가지로 스페이스 랩 역시 셔틀의 재능낭비 사례로 꼽힐만한 프로그램임을 반박하기는 힘들다.

결론적으로, 가뜩이나 비싼 발사비용을 퍼부어서 궤도에 올려봤자 이에 걸맞는 일거리가 없었다.

5.1.3 막대한 인명손실

거기다가 이런 우주왕복선은 사고로 인한 사망율도 낮지 않았다. 인류 전체의 우주비행 도중 총 18명의 우주비행사가 사망했는데, 그 중 14명이 우주왕복선의 사고로 인해 발생하였다. 나머지 4명은 소유즈 우주선의 사고로 인한 사망자. 우주왕복선 임무 중 STS-51-L 임무에서 발사 도중 공중폭발, STS-107 임무 에서는 재돌입 도중 공중분해되는 사고로 인해 각각 7명씩 총 14명이 사망한 것.

놀랍게도, 우주왕복선의 사고 빈도 자체는 소유즈에 비해 우월하다. 우주왕복선은 총 135번의 임무 도중 2건의 인명사고가 발생한 데 비해, 소유즈는 2015년 12월 초 기준 총 127번의 임무 도중 2건의 인명사고가 발생했기 때문. 분명 수치 자체로 따지면 우주왕복선이 소유즈보다 안전하다(...)

그럼에도 우주왕복선으로 인한 인명 피해가 큰 것은 비교 대상인 소유즈에 비해 두 배가 넘는 탑승 인원 때문이다. 소유즈는 3명이 정원인 데 반해 우주왕복선은 7명이 정원이었고, 게다가 소유즈의 첫 사고는 한 명만 탑승했을 때 벌어졌기 때문에 14:4라는 사망자 비율이 발생한 것. 다른 우주선은 기껏해야 3명까지만 탑승할 수 있으므로 최악의 경우라 하더라도 3명의 사망자에 그친다(?)는 점에 비추어 보면 우주 왕복선에서의 인명 손실이 주는 충격은 큰 것이다.

결국 NASA에서는 2011년 7월 8일(미국 동부기준시간)에 발사된 STS-135 아틀란티스 미션을 마지막으로 우주왕복선 계획을 종료했으며, 차기 유인우주선은 아폴로 우주선과 같은 개념의 1회용 캡슐형 우주선 오리온으로 회귀한다고 밝혔다. 현재의 우주왕복선의 후계기종으로 새로운 기종의 우주왕복선을 개발하는 계획이 한때 추진되었지만 이러한 계획도 모두 취소하기로 결정한 것이다. 이는 NASA가 결국 '스페이스 셔틀'의 개념을 당분간 포기한 것을 의미한다.

5.2 위험성

우주왕복선의 위험성 역시 상당했다.

첫 번째로 우주왕복선은 비상탈출이 사실상 불가능했다. 우주왕복선은 발사 도중에 문제가 생기면 기본적으로 부스터와 연료탱크를 분리한 뒤 활공해 착륙하는 것이 우선시되었고(이런 짓을 너무도 고집한 절차가 바로 RTLS), 그러지 못할 긴급 상황에서야 우주선을 버리고 승무원이 비상 탈출하는 것이 원칙이었다. 우주왕복선의 머리부분 사진을 보면 화살표로 가리켜진 해치 같은 것이 있는데, 이것이 우주왕복선 승무원들이 발사 앞두고 들어가고 돌아와서 나오는 출구. 비상탈출만을 위해 만들어진 장치는 원래 없었다. 상상하는 보통 우주선의 사출 발사형 비상탈출과는 달리, 건물 비상구의 고공낙하 버전이다(...).

  
이런 식의 비상탈출은 순식간에 벌어지는 사고상황에서 결국 탑승자중 한 명도 살리지 못했다.

과거 미국의 제미니나 소련의 보스토크 같은 우주선에는 개별 승무원용 사출 좌석이 있었고, 미국의 머큐리나 아폴로, 소련의 소유즈 같은 우주선에는 비상탈출용 고체 로켓이 있었던 데 비해 우주왕복선은 놀라울만큼이나 비상 탈출에 대비한 고려가 없었다. 이는 계획 단계에서 존재했던 비상탈출 장비(즉 캡슐)를 예산상의 이유로 삭제했기 때문에 벌어진 참사인 것. 일단 개발 초기에는 소련의 부란 처럼 대기권 비행용 제트엔진을 장착하는 것도 고려했으나 중량 등 여러 문제로 취소되었고, 첫 비행인 컬럼비아의 STS-1부터 STS-4까지 시험비행 기간에는 사출좌석이 장착되었다. 그러나 정규 미션인 STS-5부터 사출좌석이 제거되고 일반 좌석으로 변경되었다.

사실 사출좌석이라는 것도 딱히 실효성은 없었다. 말이야 바로하지, 여객기에서 좌석마다 사출좌석 단다고 탈출시켜봤자 살겠냐? 기본적으로 셔틀의 좌석배치를 보자. 셔틀은 수송기나 폭격기마냥 조종실에만 4명이 사각형으로 타는게 아니라 스페이스 카우보이 같은 영화에서 알 수 있듯이 여객기마냥 조종실에 4명, 조종실 아래층에 3명이 타도록 좌석이 구분되어 있다. 물론 이런 경우에도 B-52 스트라토포트리스마냥 사출이란 것이 아주 불가능하진 않겠으나, 셔틀은 공기 빵빵한(?) 데만 돌아다니는 B-52와 달리 우주에 가까운 초고고도에서 탈출해야 할 비행기다. 거기서 사출한다고 뻥 쐈다간 뭔 꼴이 날까? 즉, 발사 중 탈출해봤자 SRB 퐈이야 때문에 타 죽겠지? 용케 안 죽어도 낙하산은 안 타겠냐? 그리고 부스터 떨어지면 사실상 우주나 다름없는데 거기서 뛰어내리면 안 타 죽겠냐? 돌아올 때 탈출하면 안 죽고? 있어봤자 짐덩이만 되고 아이고 의미없다는게 승무원들의 평가였다. 특히 STS-1의 존 영 같은 경우는 제미니-타이탄을 타던 시절부터 사출좌석의 무의미함을 체험했던 사람이라 더욱 싫어했다. 참고로 SRB가 분리되는 높이가 40km 이상이고, 분리 후에도 조금 남아있는 연료를 마저 태우며 최고로 상승하는 높이가 65km 이상이며, STS-107 컬럼비아가 공중분해된 높이도 60km 정도다. 펠릭스 바움가르트너의 온갖 최신 기술로 떡칠한 우주복을 착용하고 세운 초고고도 낙하 기록이 꼴랑(?) 39km 정도임을 생각하면 정말 사출좌석을 써도 생존 가능성은 매우 낮다 할 수 있다. 문제는 그것이라도 없으면 탈출 시도조차도 불가능했다는 것. 첫 실무 미션인 STS-5부터는 승무원들에게 여압복도 안주고 비행복과 헬멧만 주고 우주비행을 시켰다. 그러다가 STS-51-L 미션 참사 이후 탈출 절차가 개발되며 탈출시 생존에 필요한 여압복을 다시 지급했다.

또한 캡슐을 달아야 했다는 주장도 말만 쉽지 굉장히 어렵다. 원리상으로 아주 못할 것은 아니었지만, 그것을 하느니 차라리 우주선 버리고 새로 만드는게 싸다. 캡슐이 필연적으로 수반하는 크고 아름다운 탈출용 로켓, 그리고 착지/착수용 낙하산과 에어백 등을 덕지덕지 붙이다보면 셔틀의 자체 페이로드를 싹 잡아먹는다. 이러면 셔틀을 쏠 이유가 없잖아? 또한 사람들은 발사 중 탈출만 주로 생각하곤 하는데, 귀환 중의 글라이딩에서 탈출하는 경우도 생각해보자. XB-70, F-111 등 캡슐로 탈출하도록 설계된 일반 고정익 항공기가 없진 않았으나 성공적으로 살아남았다는 사례가 드물다.

STS-118 엔데버의 타일.

또한, 우주왕복선은 기체의 구조와 형상 때문에 귀환 시에 생명줄과도 다름없는 열방패(heat shield) 역할의 방열타일을 이륙순간부터 노출시킨 채 운용하게 된다. 하지만 STS-107 사고에서도 드러났듯이, 가장 격렬하고 파손위험이 큰 발사과정에서 이렇게 노출되어 있는 방열타일이 손상을 입어버리면 재진입 시에 돌이킬 수 없는 결과를 초래하게 된다. 특히나 우주왕복선에 사용된 방열 타일은 당시 기술적 한계 때문에 가볍고 단열성능이 우수한 대신 매우 강도가 약한 재질로 만들어졌는데, 얼마나 약한지 보통 사람 손으로도 부서뜨릴 수 있는 수준이었다. 이러한 문제점 때문에 STS-107 재진입 당시 컬럼비아는 발사 시에 연료 탱크의 조각이 떨어져나가면서 왼쪽 날개의 영 좋지 않은 곳을 후려쳤고, 이것을 심각한 문제로 인식하지 않고 대기권 진입을 실시하다 이 손상된 구멍으로 대기권과의 마찰로 인한 고열의 공기가 유입되어 날개의 구조재를 녹여버렸으며, 이렇게 약해진 날개구조는 재진입 시 발생하는 공력을 버틸 수가 없어 결국 날개가 붕괴된 뒤 동체가 분해되고 말았다. 물론 2003년의 컬럼비아 참사 이후 우주왕복선 운용방법에도 변화가 생겨서 STS-114 디스커버리 미션부터는 국제우주정거장으로부터 분리하여 재진입 하기 전에 선체에 손상이 없는지 선체회전을 시켜 국제우주정거장 측으로부터 육안으로 점검을 받는 과정이 추가되었다. 하지만 근본적인 해결이 아닌 점검절차만 추가된 꼴. 그 문제는 당장 사고 다음 임무인 STS-114부터 재발했다가 EVA로 급히 수리했다.

사실 우주왕복선의 귀환 방식 자체는 기존의 캡슐형 우주선보다 훨씬 진보한 방식이다. 자유낙하로 떨어지는 캡슐형 우주선에 비해 귀환 도중 조종을 할 수 있어 임무유연성과 안전성이 훨씬 증가하기 때문. 물론 캡슐형 우주선도 귀환시에는 사전에 철저한 계산을 하고 계산된 대기권 진입 도중에도 캡슐의 자세회전으로 어느 정도 제어가 가능하지만, 분명히 한계가 있으며 그나마도 어느 정도 감속이 이뤄진 후에는 제어가 불가능한 채 자유낙하하게 된다. 감속 역시 낙하산으로만 이뤄지며 경우에 따라 착지 직전에 역추진 로켓을 쓰는 정도가 다이다. 이런 점들로 인해 실제로 소련의 캡슐형 우주선 소유즈 1의 귀환 도중에 문제가 발생한 적도 있다. 주 낙하산이 오작동한데다 이를 대비한 예비 낙하산마저 기존 낙하산과 엉키면서 지면과 그대로 격돌했고, 탑승한 블라드미르 코마로프가 즉사하는 참사가 일어난 것. 이런 심각한 인명 피해 외에도 예정된 낙하 지점에서 동떨어진 곳에 낙하해 수색대에 발견될 때 까지 고립되거나, 낙하시 충격으로 승무원이 크고 작은 부상을 입는 등의 자잘한 문제는 자주 발생했다. 어디 떨어질지 모르는 우주선을 포착 추적하고 우주인과 우주선을 회수하기 위해 상당한 규모의 수색 팀이 필요한것은 덤이다. 반면 우주왕복선은 재진입 중에도 그 조종성이 캡슐형 우주선을 상회하며, 활공시에는 우주선을 직접 몰아 정해진 활주로에 정확히 착륙하는 캡슐형 우주선으로는 상상도 못하던 일을 해낼 수 있다. 방향이 어긋나면 기수를 틀면 되고, 감속이 필요하다면 활공 도중에 S자로 선회하면서 속도를 줄이면 된다. 캡슐형 우주선은 fail-safe를 위해서는 같은 시스템을 2중 3중으로 다는 등의 방식을 써야 하지먼, 우주왕복선은 그 자체만으로도 이미 상당한 fail-safe 수준을 가진다. 다만 착륙 과정이 무동력이라는 점은 아쉬운 부분이며, 우주왕복선 개발 당시에도 이를 알고 있었기 때문에 제트엔진을 탑재한 안이 제시되기도 했지만 비용 등의 이유로 실현되지 못했다.

문제는 방식 자체는 진보했지만 대형 궤도선의 요구사항과 특유의 병렬 구조, 기타 기술적 한계로 인해 장점을 덮을 만큼 큰 단점이 발생했다는 것. 만약 우주왕복선이 그리 크지 않아 노출되는 단열 타일 면적이 작았거나, 병렬 구조가 아닌 상단부에 탑재되는 형태여서 단열타일이 손상되기 힘든 구조였다거나, 또는 충격에 견딜 정도로 충분한 강도의 단열 타일을 제조할 기술이 있었다면 우주왕복선의 안전성은 상당한 수준이었을 것이다. 만약 비상탈출 캡슐이나 제트엔진을 달 충분한 돈이 있었다면 우주왕복선은 기존 캡슐형 우주선보다 확실하게 우월한 안전성을 자랑했을 것이다. 그러나 현실에서는 요구사항은 과대했고 기술은 부족했으며 예산은 불충분했기 때문에, 결국 안전성은 후순위로 밀려 뒤떨어질 수밖에 없었다.

5.2.1 관료주의-보신주의 문화? 우주 탐험의 로망?

NASA는, 기본적으로 제미니, 아폴로, 새턴을 만들면서 전국민적인 지지, 전폭적인 예산 지원을 받던 조직이다. 그러다보니 엄청나게 많은 공돌이들이 개떼같이 달려들어 우주탐사에 투신했다. 그러다보니 NASA의 주요 지출 중에는 인건비 역시 징그럽게 큰 비중을 차지했다. NASA는 70년대 초반부터 우주탐사의 중단은 전혀 상상치도 못한채 전국의 우주센터, 연구소에서 60년대에 뽑은 인력을 최대한으로 활용하려 했다. 그렇게 많은 공돌이들을 고스란히 갈아넣은 결과가 우주왕복선이며, 장차 화성, 그리고 저 너머의 탐사에 쓰일 우주정거장인 것이다. 그러다보니 우주왕복선은 그 자체로 엄청난 인력을 갈아넣었기에 어쩔 수 없이 집착의 대상이 되었다.

하지만, 정치권은 우주탐사에서 소련에 이긴 뒤라 이런 순수한 로망의 실현엔 관심이 없었다. 흔히 챌린저 참사 등 NASA의 관료주의, 보신주의 등 찌든 문화에 대한 비판이 오늘날에는 많이 인식되지만, 그것이 오로지 NASA의 책임이라 할 것은 못 된다. 까놓고 말해 위험성이나 비상탈출, 부스터, 탱크, 델타윙, 수송능력, 방열타일, 이것들 정치인들이 (실제 쏴줄 능력이 있는지와는 별개로) 아폴로 때마냥 무한으로 예산을 쏴줬으면 전부 전혀 못 손댈 문제는 아니었다. 공돌이들이 자기들 기술력을 최대한 뽐내려 했지만 그걸 막은 것은 정치인들이었다. NASA의 이 시절 관계자들이 회고록에서 자주 하는 표현이, 의회들에게 영업을 한다는 말이다. 당장 돈을 쥐고 있는 의원들에게 잘 보여야 당장의 예산이 떨어지기 때문에 미래의 유지비용을 줄일 방법 대신 당장의 제작비를 낮춰야 했고 이것이 훗날 부메랑으로 돌아왔다는 말인데, 이러한 현실과 이상의 괴리는 비단 챌린저 참사나 컬럼비아 참사 뿐만 아니라 말년에도 꾸준히 제기되었다. 정치인들이 이 엄청난 시스템 운영비용을 감당하지 못했을 뿐, 투자한 결실을 일단 보기 시작하면 NASA는 2010년대에도 규모의 경제를 통해 1회당 발사비용도 줄이고 안전성도 좀더 높일 수 있었으며, 이후에는 더 많은 사항을 보정한 새 오비터를 취역시키며 ISS를 넘어설 대규모 궤도정거장 건설, 더 나아가 인류의 화성 진출이 더 앞당겨질 수도 있을 것이었다. 제미니-아폴로 시절 관제실장으로 활동하고 셔틀 개발기에 존슨 우주센터장을 역임했던 크리스 크래프트, 아폴로 시절의 경험 또한 갖고 있는 프레드 헤이즈, 조 엥글, 존 영, 켄 매팅리 등 셔틀 시대 원로 우주인들은 마지막 셔틀 발사가 이뤄진 2011년에도 계속 쏴야한다!고 주장했다.

6 우주왕복선 목록

6.1 미국

• 제작연도 순.

제식번호	명칭	상세
OV-098	Pathfinder	지상시험용. 현재는 앨라배마 주 헌츠빌 우주센터에 전시중.
OV-099	Challenger	첫 미션은 STS-6. 초대 사령관은 스카이랩 출신의 폴 비츠. 마지막 사령관은 딕 스코비. 셔틀 시대 최초의 EVA, NASA 최초의 여성 우주비행사, 최초의 동양계 미국인, 최초의 아프리카계 미국인, 최초의 야간 발사, 최초의 어보트 등 화려한 기록을 남긴 궤도선. 10번째 미션 STS-51-L을 위해 발사 도중 부스터 O-링 불량으로 발사 73초만에 오른쪽 고체 연료 추진기(SRB)가 외부 연료탱크(ET)에 충돌하면서 상공에서 폭발,승무원 전원 사망.
OV-100	Independence	내부인테리어 시험용. 원래 이름은 'Explorer'로 시험 종료 후 케네디 우주센터에 전시했으나 2012년 아틀란티스호가 케네디 우주센터에 전시되자 현재는 텍사스 주 휴스턴 존슨 우주센터에 전시중.
OV-101	Enterprise	대기권 활강시험용. 챌린저 사고 후 원래 정규 왕복선으로 개조예정이었으나 아틀란티스의 예비부품이 남아서 그걸로 엔데버를 만들기로 결정, 뉴욕 인트리피드 항공우주박물관 전시중.
OV-102	Columbia	처음으로 우주에 나갈 수 있게 제작된 우주왕복선. 그러다 보니 오비터 중 가장 무거워 OV-103에 비해서 약 3.1톤, 새로 제작된 OV-105보다 3.6톤 정도 무겁다. 첫 비행은 STS-1. 초대 사령관은 제미니 2회, 아폴로 달 탐사 2회에 빛나는 존 영. 마지막 사령관은 릭 허즈번드. NASA 역사상 최초로 여성 사령관이 지휘한 STS-93 미션에서 찬드라 X선 우주망원경을 전개한 궤도선. 2003년 1월 STS-107 미션을 시작하는 과정에서 발사 중 연료 탱크의 단열재중 일부가 왼날개와 부딪혀 단열재의 일부분이 떨어져 나가 구멍이 생겼고, 2월 1일 대기권 진입 도중 공중분해되어 승무원 전원 사망.
OV-103	Discovery	첫 미션 STS-41-D 사령관은 MOL 출신으로 STS-4 파일럿을 역임한 행크 하츠필드. 마지막 STS-133 미션 사령관은 스티븐 린지. 2011년 3월 9일 퇴역. 스미소니언 항공우주박물관 우드바-하지 센터 전시중. 최초의 국방부 기밀 미션 STS-51-C에 투입된 이래 캘리포니아주 반덴버그 공군기지에서 1986년 7월 15일 발사하기로 했던 STS-62-A 미션을 시작으로 SDI와 미국공군우주사령부를 위한 군사용 셔틀로 쓰일 예정이었으나 STS-51-L 챌린저 사고 이후 취소. STS-31 미션에서 허블 우주 망원경을 전개하고 이후에도 허블 서비스 미션을 2번 수행. NASA의 양대 참사에 이은 두 번의 비행 재개 미션에 투입된 궤도선. 허블 우주 망원경을 궤도에 전개하고 최초의 러시아인 Astronaut가 탑승했고 최초의 여성 조종사 아일린 콜린스가 탑승한 궤도선. 우주에 갔다온 가장 오래된 궤도선.
OV-104	Atlantis	첫 미션은 국방부 기밀 미션인 STS-51-J. 초대 사령관은 MOL 출신의 보 밥코. 마지막 STS-135 미션 사령관은 크리스토퍼 퍼거슨. 국방부 기밀 미션 STS-27에서 공중분해될 뻔 했으나 무사히 귀환. STS-30과 STS-34에서 마젤란과 갈릴레오를 발사하고미르와의 합작 프로그램에서 9번의 도킹 중 7번을 혼자 하는 등 크게 활약했으며 허블 우주 망원경 최후의 서비스 미션을 수행. 2011년 7월 8일 오전 11시 29분(현지시간)에 STS-135 미션을 위해 마지막 비행을 시작, 2011년 7월 21일 오전 5시 56분(현지시간) 성공적으로 귀환하고 퇴역. 플로리다 주 케네디 우주센터 전시중.
OV-105	Endeavour	챌린저 사고 후 새롭게 제작된 우주왕복선. 첫 미션은 STS-49. 초대 사령관은 STS-8 챌린저 미션에서 셔틀 최초의 야간 발사에 참여했던 대니얼 브랜든스타인, 마지막 STS-134 미션 사령관은 역대 유이한 쌍둥이 형제 우주인 중 하나인 마크 켈리. STS-88에서 ISS 자르야-유니티 모듈의 도킹과 함께 ISS에 최초의 승무원을 탑승시킨 바 있는 ISS 전용 셔틀. 2011년 6월 1일 퇴역. 2012년 9월 22일 보잉 747에 업혀 캘리포니아 주를 4시간 반동안 돌며 시민들의 박수와 환호를 받으며 캘리포니아 과학박물관으로 옮겨짐.

형식번호는 맨 앞자리 숫자가 0이면 실제 우주비행용이 아닌 기체, 1이면 우주비행용 기체이다. 그런데 왜 실제 우주비행을 했던 챌린저가 099인가 하면, 챌린저는 원래 셔틀의 기체강성 실험을 위해 제작된 기체였는데 당초 계획과 달리 나중에 정규 왕복선으로 개조되었기 때문이다.

그럼 실제 우주비행을 한번도 안한 엔터프라이즈는 왜 101인가 하면, 이쪽은 대기권 내에서 셔틀의 비행시험을 하기 위해 제작된 기체이기도 하지만 애당초 정규 왕복선으로 개조할 기체로서 만들어졌기 때문이다.

그러나 뜻밖에도 엔터프라이즈보다 챌린저를 개조하는 것이 더 싸게 먹힌다는 사실이 밝혀져, 챌린저는 컬럼비아에 이은 두번째 정규 왕복선으로 완성되었고, 엔터프라이즈의 경우 챌린저 다음으로 개조계획이 밀린 뒤 나중에는 아예 개조 자체가 취소되는 바람에 계속 지상근무(?)만 하는 신세가 되었다. 개조비용이 더 싼 이유 중 하나는 엔터프라이즈가 안그래도 무거운 컬럼비아의 원형기라 더 무겁다고;

한편, 실제 우주 미션에 투입되었던 다섯 셔틀을 모두 타본 우주비행사는 딱 한 명 있다. NASA 우주비행사들 중 역대 최다 학위 보유 기록의 소유자인 스토리 머즈그레이브(Story Musgrave)인데, 1967년 뽑혀서 STS-6, STS-51-F(이상 챌린저), STS-33(디스커버리), STS-44(아틀란티스), STS-61(엔데버), STS-80(컬럼비아)에서 미션을 수행했다. 챌린저 사고 이후의 우주비행사 중에는 수잔 헴스 등이 챌린저를 제외한 모든 오비터에 탑승했다.

1990년에 앰베서더라는 풀 사이즈 오비터 레플리카가 제작되어 세계 각국을 돌며 전시되었다,
해당 목업은 1993년 서울 올림픽 공원에 전시된 바 있다.

6.2 소련

구 소련에는 부란이라는 이름을 붙인 우주왕복선을 만들었었다. 미국보다 늦게 만든 덕분에 최신 기술이 들어가 바람이 많이 부는 악조건에서도 무리없이 발사될 수 있고 무인비행까지 가능했다.

미국 우주왕복선과의 결정적인 차이점은 로켓엔진이 어디 달렸냐인데, 미국 우주왕복선은 로켓엔진은 왕복선 본체에 있고 로켓용 연료탱크는 전투기 외부연료탱크처럼 외부에 두는 복잡한 방식이지만 부란은 왕복선 본체에는 자세제어용 소형 로켓만 달려있고 미국 우주왕복선 연료탱크와 부스터 부분을 에네르기아라는 초대형 로켓 시스템으로 대신하여 시스템이 간단하고 안전하다. 엔진의 위치 차이때문에 발사시 우주왕복선은 연료탱크쪽으로, 부란은 오비터쪽으로 밀리는걸 볼 수 있다.

그러나 단 1차례 무인비행후 소련이 붕괴하면서 프로젝트가 중단되었다. 후에 컬럼비아가 공중폭발한 뒤에 재취역 예정으로 지정되었는데, 그 이유는 당장 국제우주정거장 ISS에 보급물자 나르는데 애로사항이 생겼기 때문. 하지만 오버홀 도중 셀터가 무너지면서 대파되어 현실상 사용이 불가능해지자 그대로 폐기처분당했다. 이 사고에 대해서는 국가 수준의 중요물품을 그렇게 허술한 셀터에 보관할 리가 없다는 점에서 기술유출을 우려한 러시아가 사고를 빙자해서 자폭시켰다는 소문도 있다. 그나마 현재 대기권 비행 시험용 기체 세 대는 무사히 남아있어, 지상 구조 시험기 OK-TVA는 모스크바 고리키 공원에서, 한대는 바이코누르 우주기지에서, 한대는 독일에서 박물관 전시용으로 사용된다. 위 사진이 바로 독일 슈파이어 항공박물관에 전시된 대기권 비행 시험용 기체 OK-GLI로, 미국의 엔터프라이즈가 엔진이 없는 순수 활공기로 셔틀 수송용 보잉 747기 등에 업혀서 하늘로 올라간 뒤 분리하고 활공시험을 했던 대 반해, 이 기체는 사진에 나오듯 제트엔진 4기를 장착하여 단독으로 대기권 내 비행과 활공시험이 가능했다.

6.3 유럽

유럽의 우주왕복선은 Hermes라는 이름의 우주왕복선 계획으로 원래 1975년에 프랑스의 국립 우주연구센터에서 연구중이었던 프로젝트로 시작되었으나 유럽우주기구가 출범한 뒤에 미국의 X-20 실험기에 영향을 받은 디자인으로 시작됐다. 이는 유럽우주기구의 유인 우주계획중 일부였다.

발사체는 아리안-5 로켓을 이용해 발사할 계획이었으며, 3명의 우주비행사와 3,000kg의 페이로드를 가진 여압실을 포함 총 발사중량 21,000kg의 무게를 가질 계획이었다.

귀환시 착륙지는 4개의 후보 착륙지를 선정했다.

• 프랑스령 기아나 우주센터
• 버뮤다
• 포트 드 프랑스의 마르티니크 국제공항
• 이스트레스 프랑스 공군기지

임무는 적도 상공 800km의 지구궤도를 선회하거나 ESA가 계획하던 유인우주 정거장인 콜럼버스, 혹은 NASA의 우주정거장 프리덤(나중에 국제 우주정거장 ISS로 변경)등에 도킹하여 보급등을 계획하였고, 무인 자동조종 비행능력을 이용한 지구관측용 플랫폼으로도 제안되었다.

원래 계획상은 6명의 우주비행사와 4,550kg의 페이로드를 계획했지만...챌린저가 터져버리는 참사를 보고나서 ESA는 탑승자 수와 페이로드를 줄여서까지 탈출 캡슐등을 장착하여 위험성을 낮추려고 했다. 그리고 원래 계획상 헤르메스는 미국의 스페이스 셔틀처럼 전 부분을 완전히 재사용할 예정이었지만, 일반 인공위성을 발사하는 발사체인 아리안5를 사용하는지라 로켓 첨단부에 올라서는 구조상 이는 불가능해, 엔진부분은 재진입시 분리해버리는 일회용으로 계획이 변경되었다.
원래 탐색연구단계는 1991년에 완료 될 예정이었으나..냉전이 끝나고 소련이 망해버렸다. 그리곤 물주를 찾던 ESA에 돈이 궁한 러시아가 눈에 들어오게 되고...새로운 파트너로 러시아를 맞이한다.

그리곤 1992년부터 실용개발 단계를 러시아의 우주개발기구인 RKA와 공동으로 시작했는데…이는 시작부터 삐걱댔다. 이는 RKA와 공동개발을 합의한 시점에서 미르 우주정거장을 대체할 새로운 우주정거장까지 공동으로 연구하기로 했는데… 이때 ESA는 다시 소유즈처럼 캡슐형으로 할까...하고 방향을 선회하던 시점이기 때문이다.

그리고 러시아와 ESA가 모두 미국의 ISS에 참가하기로 하면서 이 계획은 때려 친다… 먼저 완성되어 있던 우주정거장 콜럼버스는 ISS에 도킹하여 ISS의 모듈로 기능 중이다.

헤르메스는 실기체는 커녕 목업만 완성되어 있었고, 풀스케일 목업이 프랑스 르부르제 공항에, 그리고 1/7 목업이 보르도-메리냑 공항에 있다.

ESA는 2000년대에 Hopper라는 무인 우주왕복선도 계획하였으나 이것도 역시 나가리… 이후 ESA는 IXV라는 X-38과 비슷한 뚱땡이 리프팅 바디를 채용한 기술실증용 무인기를 제작하여 2015년 2월 베가 로켓에 실어 100분 가량의 준궤도비행을 실시한 후 태평양 망망대해에 떨궈 회수하였다. 2018년 내지는 2019년경 더 개선된 버전으로 궤도비행, 활주로 착륙을 시도할 예정.

7 후계자

7.1 X-37

STS 계획에 사용되었던 것과 같은 대형 왕복선은 당분간 보기 힘들지 모르나, 왕복선 개념자체는 계속 살아남을 것으로 보인다. 미 공군이 채용한 X-37 무인 우주왕복선이 그것이다.

2010년 4월 22일에 X 실험기 시리즈의 일환으로 첫 무인 우주왕복선인 X-37B의 발사가 이루어졌다. 7개월 10일 동안 지구 궤도를 돈 후 12월 3일 귀환했는데, 궤도를 추적해보니 미국의 적대국인 북한, 이란, 중국 등의 상공이어서 모종의 비밀 군사임무를 띤 것이라고 추정하고 있다.

우주왕복선은 죽었어! 이제 없어! 하지만 미 공군안에서 계속 살아가!!!!

한편 X-37B 무인왕복선의 유인화 계획(X-37C)이 진행되고 있는 것으로 알려졌는데, 이는 "군사용도로 활용 가능한 우주왕복선의 대안"을 준비하기 위한 작업이라고 보잉과 미 공군에서 밝히고 있다. X-37B보다 1.8배 정도 확대된 형상으로, 화물칸은 포기하고 사람만 태울 경우 6명의 우주비행사를 태울 수 있다고 한다. NASA에서 포기한 우주왕복선의 개념이 이젠 공군에서 부활하게 된 것이다. 

X-37C의 승무원 배치 예상도.

현재 오리온 우주선은 개발에 계속 난항을 겪고 있는데, 특히 지구 귀환시 낙하산으로 내려와 바다에 착수하는 시스템은 마지막 아폴로 우주선이 귀환한 1975년 이후 40년 가까이 미국에서 사용되지 않아 그 노하우가 까맣게 잊혀져 버린 상황(로스트 테크놀로지)이라, 오리온 우주선을 위해 다시 바다 착수 시스템을 개발하는 것이 상당히 까다로운 반면에, X-37C는 과거 우주왕복선처럼 활공하여 활주로에 착륙하는, 나사 우주비행사들에게 매우 익숙한 시스템이기 때문이다. 보잉에서는 오리온 우주선 개발을 취소하고 X-37C를 채용해 줄것을 미 정부에 계속 요청하고 있다. 물론 우주왕복선 사고로 14명이나 희생된 NASA 입장에서는 개풀 뜯어먹는 소리(...)

여기에 더해서 우주왕복선의 포기로 NASA에서 숙련된 우주비행사를 현재와 같은 규모로 유지하기 어려울 것이라는 우려가 일고 있다. 우주왕복선은 대개 한 번에 7명을 태우고 (작정하고 사람 쑤셔넣으면 최대 11명까지 가능) 각 우주왕복선은 대개 2년에 3번꼴로 발사되었지만, 차기 오리온 우주선에서는 이 정도의 인원을 우주에 내보내기는 어려울 것으로 예상되기 때문이다. 오리온 우주선은 원래 우주왕복선보다 단 1명 적은 6인승으로 개발이 시작되었으나, 개발에 난항이 심해 4인승으로 축소되었기 때문이다. 참고로 소유즈의 경우 3명까지 태울 수 있지만 조종은 결국 러시아인이 해야 하고, 스페이스X와 보잉이 만드는 드래곤 V2와 CST-100, 그리고 장기적으로 유인화를 도모하고 있는 드림 체이서 등의 상용 우주선들 역시 기본적으로 우주관광산업에도 쓰일 예정이라 NASA가 빌릴 수 있는 자리 역시 한정되어 있다. 그래서인지 2000년대 말부터 셔틀 우주인들이 대거 퇴직한 뒤 빈 자리가 꽤 있음에도 NASA의 우주인 선발 인원은 확 줄었다.

7.2 드림 체이서

계획되로만 된다면 우주왕복선을 이은 두번째 유인 우주비행기가 될 것이다. 해당 항목 참조.

7.3 SSTO(Single Stage to Orbit)

구체적으로 개발중인 모델은 없지만, 개념적으로 보아 우주왕복선의 최종단계에 해당하는 것이다. 이름 약자풀이에서 알 수 있듯이 단분리 없이 발사된 형태 그대로 궤도에 도달하는 우주선인데, SF에서는 밥먹듯이 나오는 종류의 우주선이지만 물론 현실에서는 시궁창. 개념만 들어봐도 굉장히 어려우리라는 것을 짐작할 수 있지만 이것을 더욱 어렵게 만드는 요소들이 많다.

1. 일반적인 로켓 추진방식으로는 필요한 연료와 산화제의 양이 어마어마하다. 따라서 빈 연료탱크를 분리하지 않으면 그 엄청난 부피가 다 항력덩어리가 된다.
2. 일반적인 로켓은 대기중과 진공중에서 가장 높은 효율을 내는 노즐 모양이 서로 다르다. 따라서 효율을 포기하거나 대기중과 진공중 엔진을 두 종류씩 실어야 하는데, 둘 중 어느 것을 택해도 가뜩이나 어려운 SSTO 설계에 더 큰 부담을 준다.
3. 대기중에서는 제트엔진을 사용해서 필요한 산화제 양을 줄이자고 할 수도 있는데, 일반적인 제트엔진은 극초음속 이상의 속도에서는 작동하지 못하며, 극초음속 이상에서 작동하는 스크램제트 엔진이라고 해도 속도가 너무 높아지면 흡입되는 공기의 온도가 높아서 제대로 작동하지 못한다.

이상의 기술적인 어려움에도 불구하고 실현된다면 100% 재사용 가능한 우주선으로, 우주정거장에 우주인을 왕복시킨다든가 화물을 운송한다든가 하는 문제에 있어서 획기적인 비용 절감이 예상된다. 물론 실제로는 우주왕복선처럼 돈먹는 하마가 될 지도 모르지만.

한동안 그저 SF의 영역일 뿐이었으나, 대기중에서는 제트엔진처럼 공기중의 산소를 이용하고 우주에서는 로켓엔진처럼 탑재된 산화제를 이용하는 SABER 엔진이 영국에서 개발중이며, 이 엔진을 탑재할 Skylon 우주선은 예상대로 개발된다면 역사상 최초의 지구궤도 SSTO가 될 수 있으리라고 기대된다. 영국에서는 이 사업을 위해 그 춥고 날씨 구린 고위도 섬나라에다 로켓 발사장도 만들어주겠다고 야심찬 행보를 보이고 있다. 스코틀랜드 독립운동의 영향으로 스코틀랜드 지역 후보지들이 간택에서 빠지는 등 혼란이 심하기는 하다만... 아주 그냥 세인트헬레나 어센션 트리스탄다쿠냐에 지어보지 그래?

8 대중문화 속의 우주왕복선

실제 활약은 좀 애매하지만 어쨌건 우주선 주제에 비행기처럼 생겼고 상당히 멋지기 때문에 대중 매체에서는 여러 모로 인기가 좋다. 우주간지만큼은 정말 시대를 앞서간 우주선이라 할 수 있다. 심지어 SF 작품에서도 우주왕복선과 비슷하지만 좀 더 미래적으로 생긴 우주선이 거대한 연료탱크를 밑에 달고 발사되는 장면이 자주 나온다.

• 미국의 우주왕복선 중 엔터프라이즈의 원래 이름은 컨스티튜션(Constitution)이었으나 트레키들의 빗발과 같은 성화에 나사가 바꿔버렸다.

8.1 애니메이션

• 용자 시리즈
  • 태양의 용자 파이버드 - 그랑버드
  • 전설의 용자 다간 - 셔틀 세이버
  • 용자지령 다그온 - 선더 셔틀

• 트랜스포머 시리즈
  • 트랜스포머 G1,헤드마스터즈 - 아스트로트레인,블레스트 오프
  • 트랜스포머 V - 갤럭시 셔틀,디셉티콘의 스페이스 셔틀
  • 트랜스포머 카로봇 - 셔틀러
  • 트랜스포머 아마다 - 제트 파이어

• 카우보이 비밥 19화. -이 시대에는 구닥다리 고철이던 걸 두한과 마일즈가 고쳐 우주로 날아가! 스파이크를 구해주며 맹활약한다.

8.2 게임

• 체인지 에어 블레이드 - F/A-6Ω 오메가 애로/F/A-6Σ 시그마 랜서, 보스 모드 시, 우주왕복선과 합체한다.

• Kerbal Space Program - 우주선을 만들어 우주개발을 하는 게임 특성상 우주왕복선 관련 모드가 수도 없이 쏟아져나왔다. 결국 정식 버전에서도 Mk 3 파트라는 이름으로 우주왕복선 오비터의 부품이 추가되어 꽤 비슷하게 만들어볼 수 있게 되었다. 단 연료탱크와 고체로켓부스터는 마땅한 크기의 부품이 없어 여전히 모드의 힘을 빌려야 한다.

8.3 영화

• 007 문레이커 - 신세계의 신을 노리는 악당이 신인류 후보자들을 모아둔 우주정거장까지의 왕복수단으로 우주왕복선을 사용하고, 이를 제압하러 오는 미합중국 해병대도 우주왕복선을 타고 온다. 영화 제작 시점은 아직 컬럼비아가 최초로 발사되기도 전인 1979년이지만, NASA의 협조를 얻어 우주왕복선의 외형은 정확하게 나온다.

 * 라이프 포스(뱀파이어) - 1985년작 미국 영화. 영국제 우주왕복선인 "처칠"호가 등장하는데, 컬럼비아와 꼭같이 생겼고 다만 기수 부근에 카나드(작은 날개)가 붙어 있다. 궤도 활동중에 전력생산을 위해 화물칸을 열고 거대한 태양전지판을 전개하는 점도 실제와 다른 부분.
 * 스페이스 카우보이 - 우주왕복선의 발사, 궤도진입, EVA, 귀환, 심지어는 귀환시 비상탈출 시퀀스까지 잘 묘사되어 있다.

• 아마겟돈 - 비슷한 시기에 개봉한 같은 주제의 영화 딥 임팩트가 전용 우주선 메시아를 사용하는것과 다르게 여기서는 우주왕복선 2대로 혜성까지 간다. 
• 그래비티 - 실제로는 없는 익스플로러라는 이름이고 임무번호도 현실의 임무번호와는 한참 뒤인 STS-157(157번째 발사, 현실은 135에서 끝났다.). 작중에서는 허블 우주 망원경의 통신패널 수리 임무를 수행중이었다. 이후 우주쓰레기들에게 흠씬 두들겨맞아 파손됐기 때문에 버려졌다.
• 코어 - 초반부에 엔데버 호가 궤도를 이탈해 로스앤젤레스 시내에 추락할 뻔한 것을 겨우 방향을 틀어 가까스로 강에 불시착했다. 나중에 지구 자기장의 오류 때문이란 것이 밝혀진다. 보잉, 에드워즈 공군기지 근무자들이 이 영화를 싫어합니다 사실 영화 속 난장판을 보면 엔데버 건져올릴 겨를은 없을 것 같다?

8.4 소설

• 배명훈의 SF 소설 신의 궤도-2권의 부제 '하얀 비행기'가 우주왕복선의 궤도선을 뜻한다. 무대가 되는 행성(시간상으론 먼 미래)을 구하기 위해 우주선의 조종을 행성에서 유일하게 할 수 있던 주인공과 이에 필요한 장치를 감지하는 능력을 가진 등장인물이 데이터에서 재현된 기체를 타고 궤도에 있는 장치를 찾으러 간다. 근데 하필이면 보관된 데이터가 챌린저랑 컬럼비아...

8.5 설명

매체에서의 취급은 물론 대학교 전공서적에서도 우주왕복선 발사의 간지폭풍은 표지 디자인에서 신물나게 우려먹힌다. 거칠게 말해서, 이공계 대학생이라면 전공서적에서 우주왕복선 발사를 한 번도 못 본 사람은 없을 것이다. 다들 1학년 때부터 한번쯤은 보잖아? 공대생들은 셔틀 발사장면 표지 쓰는 책만 과목별로 모아도 전공기초 라인업 정도는 완성된다 카더라 심지어 2010년대의 중고교 과학 교과서에서도 동체 아래에 막대기 3개를 단 비행기가 지구 연직 상방을 향하는 개요도가 목격되는데, 사실 2010년대 중반의 중고교생이라면 어지간한 모태 우주덕이 아니고서는 우주왕복선 발사를 방송에서 본 적이 없을 가능성도 높다! 우주왕복선의 시대가 인류 우주개발사에 남긴 흔적은 이토록 강렬하다.