우주 시대 개막을 알리는 누리호 발사

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   한국형 발사체 누리호는 12년 3개월간의 긴 개발 과정을 거쳐 21년 10월 21일에 1차 시험 발사되었다. 1차 발사 과정에서 1단 로켓 분리(이륙 후 127초), 페어링(인공위성 보호 덮개) 분리(233초),  2단 로켓 분리(274초)까지 순조롭게 진행되었으나, 3단 엔진의 연소가 조기 종료되면서 정상궤도에 진입하지는 못하였다. 과학기술정보통신부와 항공우주연구원은 조사위원회를 구성하여 3단 엔진 조기연소에 대해 조사하였으며, 조기 연소 종료의 원인으로 3단 산화제 탱크의 압력 저하로 결론지었다. 1차 발사에 사용된 누리호 3단 로켓 산화제 탱크 내부에는 산화제와 함께 고압의 헬륨 탱크 2개가 삽입되어 있다. 조사위원회의 분석 결과, 탱크를 산화제에 고정하는 역할을 하는 장치의 설계 결함이 원인으로 규명되었다. 추가적으로 조사위원회는 “누리호가 우주로 올라가는 과정에서 헬륨 탱크에 가해지는 액체(산화제)의 부력이 상승했고, 고정 장치가 풀려 헬륨 탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정된다”고 설명했다. 고정 장치의 결함으로 인해 제 자리를 이탈한 헬륨 탱크가 산화제 탱크 내부에서 충돌하였고 이 과정에서 헬륨 밸브와 배관이 변형되며 누설된 헬륨이 산화제 탱크의 균열을 유발했다. 문제점을 신속히 파악하고 개선점까지 찾아낼 수 있었던 것은 누리호가 우리 독자 기술로 개발되었기 때문에 가능했다는 평가다. 실제 항공우주연구원에서 신속하게 ‘레벨코어 센서’ 부분에 문제가 있다는 것을 밝혀냈고, 핵심 부품만 교체하며 재실험하는 방식으로 문제 해결 방안을 찾기도 했다.

 

 

그림 1 : 한국형 발사체 누리호의 3단 산화제 탱크(https://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId=156512222)

 

 

 

   헬륨 탱크 고정부와 산화제 탱크의 구조를 강화해 기술적으로 보완된 누리호는 22년 6월 21일 오후 4시 정각 고흥 나로우주센터 발사대에서 카운트다운과 함께 우주를 향해 솟아올랐다. 누리호는 발사 후 정해진 시퀀스에 따라 비행과정이 모두 정상적으로 진행됐다. 1, 2, 3 단 엔진 모두 정상적으로 연소되었으며, 페어링도 정상적으로 분리되어 마지막 단계인 성능검증위성 분리까지 모두 성공했다. 누리호의 상단에 탑재된 위성의 사출관에는 총 4대의 큐브 위성이 삽입되었다. 그 중 KAIST에서 개발한 큐브위성 ‘랑데브(RANDEV)’는 가로 및 세로 10 cm, 높이 30 cm, 무게 3.2 kg의 초소형 위성으로 초분광 카메라로 지구를 관측하는 임무를 맡는다. 또 인공위성의 3축 자세제어 기능 검증과 극초단파(UHF) 및 초단파(VHF) 주파수를 활용한 지상국 통신, S밴드의 고속 영상 전송 등 큐브위성 시스템의 임무와 본체의 정상적 운용을 검증하는 것도 목적이다.

 

 

 

그림 2 : 한국형 발사체 누리호 2차 발사 장면(사진공동취재단)

 

그림 3 : 누리호에 실린 인공위성들(https://www.donga.com/news/Economy/article/all/20220622/114045968/1)

 

 

   과학기술정보통신부와 항공우주연구원은 21일 국내 우주수송 능력을 확보하기 위해 독자 개발된 한국형 발사체 누리호 2차 발사 성공을 공식 발표했다. 이번 성공을 통해 대한민국은 세계 7번째로 1톤 이상의 실용 인공위성을 탑재한 우주 발사체를 자체 기술로 쏘아올릴 수 있는 space power를 갖춘 우주 강국에 진입했다. 러시아의 1단 연소 엔진 기술을 차용하여 하늘로 쏘아올렸던 나로호와 달리 실용위성을 지구저궤도에 투입하기 위해 엔진 설계에서부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모두 국내 독자 기술로 완성한 최초의 발사체라는 점에서 의의가 있다. 완전한 성공을 이루지 못했던 1차 발사과정에서 획득한 데이터로 문제점을 신속히 파악하고 개선점까지 찾아낸 것은 누리호 2차 발사 성공의 토대가 되었을 뿐만 아니라 대한민국의 우주발사체 기술을 심화시키는 계기가 되었다.

 

   과학기술정보통신부는 누리호 기술을 민간에 이양하는 대신, 차세대발사체(KSLV-3)를 개발하는 사업에 대한 예비타당성 조사에 돌입했다. 총예산 1조9330억원이 투입되는 차세대발사체는 국내 독자 기술로 개발되어 2031년 달 착륙선을 실어 보내는 첫 임무를 부여받을 계획이다. 차세대 발사체는 3단형인 누리호와 달리 2단으로 구성될 예정이며, 추력이 25t 늘어난 100t 액체엔진을 주력으로 한다. 1단에 추력 100t 엔진 5개를, 2단에는 10t 엔진 2개를 장착한다. 배기가스를 다시 엔진으로 돌려 넣는 다단연소사이클 방식으로 엔진효율을 10% 향상시키고, 엔진 재점화 기술을 도입해 분사되는 연료의 양을 조절, 추력 변화를 동반할 수 있게 한다. 차세대발사체는 개발 단계부터 국내 우주기업들이 참여시켜 육성하게 된다. 설계부터 최종 발사까지 전 과정을 추후 선정될 체계종합기업이 한국항공우주연구원과 공동 수행할 예정이다.

 

 

 

 

 

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원문         이규진[pos2323@kaist.ac.kr]

편집         이규진[pos2323@kaist.ac.kr]