영화 속 등장하는 우주선들은 거대한 크기에 엄청난 속도, 그리고 강력한 무기를 탑재한 형태로 많이 등장한다.
때로는 1인용이나 3~4인용의 작은 우주선들이 등장하지만 이 우주선들 역시 우주 속 소행성들 사이나 우주 정거장 기지 곳곳을 빠른 속도로 이리저리 비행하는 것은 거대 우주선과 비슷하다.
이처럼 영화 속 우주선의 특징은 거대한 크기와 빠른 속도, 그리고 자유로운 방향전환인데 과연 이런 우주선의 모습과 현실의 우주선은 어떤 차이가 있을까? 현실 속의 우주선들도 영화 속 우주선들처럼 자유자재로 비행하는 것이 가능할까?
아쉽게도 현실의 우주선들에 있어 속도를 변환하거나 방향을 바꾸는 일은 매우 어려울 뿐만 아니라 고도의 기술력이 있어야 한다.
지구 대기권 내에서의 비행이라면 지구가 잡아당기는 중력과 대기 중의 공기 저항과 흐름을 이용하여 비행기의 속도 및 자세의 변화, 그리고 영화 속 비행기의 모습과 같은 움직임을 낼 수 있다.
하지만 우주에서는 무중력 상태이기 때문에 한번 움직이게 되면 그 움직임을 제어할만한 기체나 압력이 없기 때문에 우주선의 변화를 주기가 어렵다.
이런 우주 공간의 특징은 우주선의 경우 발사 직후 얻은 우주선의 속력을 손실 없이 계속 유지할 수 있다는 장점이 있는 반면 단점으로는 우주 공간에는 마찰력을 일으킬만한 물체나 행성들의 인력이 매우 적기 때문에 속도 조정이나 방향 전환을 하기 위해서는 별도의 추진기관이 있어야만 한다.
이런 추진 기관은 크게 궤도 기동 시스템이라 불리는 OMS(Orbital Maneuvering System)와 반응 제어 시스템이라 불리는 RCS(Reaction Control System)로 나뉘는데 우주선에 따라 RCS만 있는 경우도 있다.
OMS는 우주선 궤도의 변경 및 랑데부를 위한 이동, 궤도 이탈과 같은 비교적 큰 움직임이 필요할 때 사용되는 기관이며 RCS는 주로 우주선의 미세한 자세 제어 및 3차원 상의 각 축에 따른 이동을 해야 할 경우, OMS보다 작은 움직임이 필요할 경우 사용된다.
이처럼 우주선이 앞으로 나아가는 추진 엔진 외 우주선 자세 조정 및 궤도 변경을 위해서는 별도의 추진 기관을 통해 이동하게 된다.
우주 왕복선의 경우에는 우주선의 기수 부분과 동체 양 옆면 그리고 메인 엔진의 노즐 부분에 걸쳐 전체 약 44개의 RCS가 장착되어 있으며 OMS는 우주 왕복선 메인 엔진 끝 부분에 2개가 장착되어 있다.
그러나 이런 OMS와 RCS가 있다고 해서 방향전환이 쉽게 되는 것은 아니다.
우주 공간에서 우주선은 전후좌우, 위, 아래 3차원으로 움직일 수 있기 때문에 안정적인 상태에서 원하는 방향으로 우주선을 조종하기 위해서는 OMS와 RCS를 미세하게 조종해야 한다.
예를 들어 우주 공간에서 마찰력은 없기 때문에 원하는 방향으로 기수를 틀고 싶다고 해서 무작정 해당 방향의 RCS를 가동시킬 수는 없다.
원하는 방향만큼 기수가 돌려졌다면 다시 반대 방향으로 똑같은 힘만큼 RCS를 작동시키지 않으면 우주선은 최초 RCS가 분사된 방향으로 계속 선회를 하게 될 것이다.
원하는 방향과 각도를 얻기 위해 매우 짧은 시간의 분사와 반대 방향으로의 분사, 그리고 이 방향 전환이 단순 2차원이 아니라 3차원적으로 움직이게 된다면 다양한 방향으로의 조종을 위해 한두 개의 RCS가 아니라 수십 개의 RCS를 작동시켜야 할 필요가 있다.
이 때문에 우주 왕복선에서는 5대의 컴퓨터가 이 작업을 담당하며 미세한 조종을 가능하게 해 준다.
이처럼 우주선의 방향전환은 생각보다 몹시 어려운데 설령 컴퓨터의 성능이 월등히 높아져 매우 빨리 우주선을 원하는 방향으로 틀어주는 RCS 네트워크 기술이 발달한다 하더라도 우주선의 방향 전환을 하는데 더 크고 어려운 문제가 존재한다.
그것은 바로 우주선이 가지고 있는 속도다.
우주 공간은 마찰력과 중력이 없기 때문에 우주선이 초기 가졌던 속도를 그대로 유지한다.
우주 왕복선이 궤도