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[이슈진단]-누리호 2차 발사

누리호 발사 D-1… ‘세계 7대 우주강국’ 기로에 선 한국

1차 발사서 헬륨탱크 고정 풀려 산화제 누출… 연소 조기 종료로 실패

누리호에 고정부와 산화제 탱크 보강… 실제 성능검사 위성도 투입해

성공 시 미·러·EU·중·일·인 이어 실용급 위성 발사 가능 7번째 국가 돼

기사입력 2022-06-15 00:07:00

▲ 총조립을 마친 누리호의 모습. [사진제공=한국항공우주연구원]
    
우주로 향하는 한국형발사체(KSLV-Ⅱ) ‘누리호’가 16일 다시 한 번 지구 밖 여행을 떠난다. 2차 발사를 앞두고 지난해 10월21일 1차 발사 실패를 거울삼아 만반의 준비도 갖췄다. 9일에는 총조립 작업을 마친데 이어 최종 점검까지도 완료했다. 이번 발사에 성공하게 되면 우리나라는 자체 발사체 기술을 가진 7번째 우주 선진국으로 발돋움하게 된다. 
 
대한민국 우주 개발의 새 역사를 쓸 순간까지 하루밖에 남지 않았다. 1차 실패를 바탕으로 부족한 부분을 개선해 이번에는 한국 최초의 자력 발사체가 우주로 날아갈 수 있을지 온 국민의 관심이 쏠리고 있다.
 
‘절반의 성공’… 누리호 1차 발사, 목표속도 도달 못하고 추락
 
2010년 3월부터 시작된 한국형 발사체 ‘누리호’ 사업은 12년 동안 모두 1조9572억원의 예산이 투입된 초대형 항공우주 프로젝트다. 한국항공우주연구원(항우연)에 따르면 2014년에는 ‘누리호의 심장’이라 불리는 75톤(t) 액체엔진을 개발하는데 성공했지만 첫 번째 연소기 시험에서 짧은 섬광이 터지며 실패로 돌아섰다. 프로젝트의 첫 번째 실패였다.
 
이후 국내 연구진은 12번이나 설계를 변경하며 10개월 만에 연소불안정 문제를 해결해냈다. 그로부터 5년 후 75t급 액체엔진 시험에 처음으로 성공한데 이어, 2018년 시험발사체 발사에 성공했다. 시험발사체는 75t 엔진의 성능을 실제 비행을 통해 확인하기 위한 1단형 발사체다. 시험발사체는 비행 목표 시간인 140초를 넘어 151초간 연소하면서 성공적으로 마쳤다.
 
액체엔진의 활용성을 검증하는데 성공한 국내 연구진은 지난해 3월 비록 하늘로 날지는 못했지만 실제와 동일하게 수행하는 종합연소시험도 성공했다. 같은해 8월에는 최종 리허설을 완료했고 마침내 지난해 10월21일 1차 발사를 진행했다.
 
이날 오후 5시 누리호는 화염을 뿜으며 지상을 박차고 우주로 떠올랐다. 누리호는 300t급의 추력으로 이륙한 뒤, 2만7000km/h의 속도로 우주를 향해 날아갔다. 고도 59km에서 1단 로켓을 분리하고 2단 로켓을 점화하는데 성공했다. 이어 페어링(위성 모사체를 보호하는 덮개)을 분리하고 고도 258km에서 2단 로켓을 분리했다. 이후 마지막 단계인 3단 로켓이 불을 내뿜었지만, 문제를 일으키며 지구저궤도에 안착하는데 실패했다. 결국 누리호는 궤도 유지를 하지 못한 채 약 45분 만에 호주 남부 해상에 추락했다.
     
▲ 누리호의 1차 발사 당시 모습. [사진=공동취재단]
    
실패한 이유는 3단 로켓의 연소가 연구진의 계획(521초)과 달리 조기에 종료(475초)됐기 때문이다. 당시 위성모사체가 목표고도 700km에 도달하는 것은 성공했지만 조기 종료로 목표속도인 7.5km/s에 도달하지 못했다.
 
누리호 3단은 아래서부터 ‘엔진-연료 탱크-산화제 탱크’ 순으로 구성돼 있다. 상단부인 산화제 탱크에서 산화제를 연료탱크로 내려 보내면 연료와 산화제가 섞이면서 폭발해 엔진이 추진력을 얻게 되는 구조다. 산화제 탱크 내부에는 고압의 헬륨 탱크가 있다.
 
누리호발사조사위원회에 따르면 이 헬륨 탱크가 문제를 일으킨 것으로 분석됐다. 누리호 3단의 엄청난 가속력(약 7.5km/s)에 따라 헬륨 탱크에 가해지는 부력도 강해졌고 탱크 내부의 지지구조물이 이를 견뎌내지 못하고 고정이 풀렸다. 이에 헬륨 탱크가 산화제 탱크 내부를 휘젓고 다니면서 탱크에 균열을 발생시켰고, 산화제가 외부로 누설됐다. 결과적으로 산화제가 부족해 3단 엔진의 연소가 조기에 종료된 것이다.
 
“더 이상의 실패는 없다”… 발사 성공시 세계 7대 우주강국’으로 우뚝
 
누리호는 16일 두 번째 도전에 나선다. 당초 예정된 발사일과 시각은 15일 오후 4시였으나 강풍이 부는 탓에 하루 미뤄졌다. 과학기술정보통신부(과기정통부)와 항우연은 14일 오전 6시경 비행시험위원회를 개최하면서 “발사 예정지인 나로우주센터에 강한 바람이 불고 있고 향후 더 강해질 가능성이 있어 발사대 기술진의 완전한 안전확보가 어려울 수 있다고 판단했다”고 밝혔다.
 
발사 하루 전인 15일 오전 7시20분부터 8시30분까지 나로우주센터 종합조립동에서 발사대로 이송하고, 발사체를 기립하는 작업이 시행된다. 이 작업도 14일에 예정돼 있었으나 발사가 연기되면서 하루 뒤 같은 시간으로 미뤄졌다. 발사 당일에는 발사체를 통제하는 전자장비 시스템인 ‘에비오닉스’에 전원을 공급하고, 액체연료, 산화제, 헬륨 등연료를 충전하게 된다.
 
항우연에 따르면 누리호는 12일 기준 전라남도 고흥군 봉래면 나로우주센터에서 모든 조립과 1·2·3단 결합을 마치고 마무리 점검을 진행하고 있는 것으로 전해졌다. 발사관리위원회에 따르면 발사 1주 전, 24시간 전, 8시간 전에 우주환경 조건을 분석하고, 마지막으로 측정한 결과를 토대로 최종 발사 시각을 정하기 때문에 발사 시각은 달라질 수도 있다.
    
▲ 지난해 1차 발사 당시 나로우주센터의 제2발사대에 기립 중인 누리호의 모습. [사진제공=한국항공우주연구원]
 
같은 실수를 반복하지 않기 위해 누리호는 보강 절차를 거쳤다. 3단 산화제탱크 내부의 고압헬륨탱크가 움직이지 않도록 하부 고정부를 보강하고 산화제 탱크 맨홀 덮개 두께를 강화한 것이다. 따라서 9kg가량 무게가 늘었으나 발사 성능에는 영향이 없는 것으로 전해졌다.
 
또한 위성 더미가 실려있던 1차 발사와 달리 2차 발사에는 ‘성능검증위성’이 탑재되는 차이가 있다. 성능검증위성은 가로·세로·높이가 약 90cm 수준의 육면체 모양으로, 누리호의 위성 투입 성능을 검증하고, 국내에서 개발된 발열전지(우주에서의 전력원), 제어모멘트자이로(자세제어장치) 등의 탑재체의 성능을 확인하는 임무를 수행할 예정이다.
 
성능검증위성 내부에는 조선대, 연세대, 서울대, 카이스트(KAIST) 등 4개 대학이 만든 ‘큐브위성’ 4대가 탑재돼 있다. 큐브위성은 가로·세로가 10cm 정도의 초소형 위성으로 위성이 궤도에 오르게 되는 만 7일째에 돌입하는 날(23일)부터 이틀에 하나씩 순서대로 분리된다.
 
실제로 성능을 검증하기 위한 장치들이 투입돼 있는 만큼 누리호의 2차 발사에는 더욱 더 책임감이 실린다. 만약 2차 발사에 성공하게 된다면 한국은 러시아와 미국, 유럽, 중국, 일본, 인도 등 6개국에 이어 실용급 위성 발사가 가능한 7번째 국가가 된다. ‘세계 7대 우주강국’이 되는 셈이다.
 
주목할 대목은 엔진, 본체 , 연료탱크, 발사대 등 설계부터 제작까지 전 과정을 우리나라의 독자적인 기술로 완성해냈다는 점이다. 항우연에 따르면 누리호 개발에는 300여개 기업이 참여해 독자 개발에 필요한 핵심부품 개발과 제작을 수행하고 있는 것으로 나타났다. 아울러 주력 참여 30여개 기업을 대상으로 조사한 결과 약 500명 인력이 참여하는 것으로 나타났다.
 
누리호를 발사하는 한국형 발사체 개발사업은 2차 발사를 끝으로 마무리 수순을 밟는다. 이후 한국형 발사체 고도화 사업으로 이어지는데 만약 2차 발사에 실패하게 된다면 해당 사업에서 3차 발사에 대한 논의도 이뤄질 것으로 관측된다. 한국형 발사체 고도화 사업은 2027년까지 누리호를 4회 이상 반복적으로 발사하면서 위성을 10개 이상 투입시켜 기술 신뢰성을 제고하는 것이 목적이다.
 
오태석 과학기술정보통신부 제1차관은 “누리호 1차 발사 이후 누리호의 개선 사항을 도출하고 기술적으로 보완하는데 국내 연구진과 산업체 관계자들이 전력을 다해왔다”며 “이번에는 누리호에 성능검증위성을 탑재해 우리 위성을 처음으로 독자 발사하게 되므로 정부도 마지막까지 최선을 다해 지원하겠다”고 다짐했다. 

 [김기찬 기자 / gckim@skyedaily.com]
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