국내 독자 개발 '누리호', 21일 오늘…대한민국 ‘우주 역사’ 새로 쓰나

 

 

 

한국형발사체 누리호가 발사대에 우뚝 서 있다. '하늘로, 우주로, 미래로' 솟구칠 준비를

끝내고 발사만을 앞두고 있다. [사진=항우연]

 

 

 

 

(고흥=연합뉴스) 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)의 2차 발사일인 21일 전남 고흥군

나로우주센터 발사대에 거치된 누리호에 연료와 산화제가 주입되고 있다.

2022.6.21 [사진공동취재단] photo@yna.co.kr

 

 

 

 

 

21일 오늘…대한민국 ‘우주 역사’ 새로 쓰나

 

 

 

 

[아이뉴스24 정종오 기자] 우리나라가 2022년 6월 21일을 우주역사의 새로운 이정표로 만들 수 있을까.

누리호 발사당일인 21일 현재 고흥 나로우주센터 날씨는 구름만 조금 있을 뿐 좋은 상황이다.

바람도 잔잔하다. 고층풍이 문제가 될 수 있는데 20일 측정한 결과 안정적이었다고 보고됐다.'

이날 4차례 더 고층풍을 측정한다.

 

한국형발사체 누리호가 21일 오후 4시 발사될 것으로 보인다.

최종 발사 시각은 21일 오후 열리는 발사관리위원회에서 결정한다.

지금까지 모든 과정이 정상이고 변수가 없다면 이날 오후 4시 발사가 유력하다.

 

누리호 2차 발사가 성공하면 우리나라는 우주역사의 한 획을 긋는다.

자체 우주수송수단을 갖는 7대 우주강국에 이름을 올린다. 발사체 기술력을 갖는다는 것은 우주개발의 시작점이다.

순수 국내 기술로 만든 누리호의 성공은 대한민국의 우주개발에 속도를 더해준다.

 

우주공간으로 위성이든, 우주선이든, 탐사선이든, 그 어떤 것을 보내기 위해서는 발사체는 기본이다.

우리나라가 자체 발사체를 가지면서 이제 대한민국의 우주개발은 끝없이 나아갈 수 있는 셈이다.

누리호는 이후 고도화 사업에 뛰어든다.

초소형위성 등을 탑재하고 정기적으로 우주공간으로 내보낸다.

 

 

 

 

 

 

 

 

누리호 발사당일인 21일 고흥 나로우주센터 날씨는 구름이 조금 있을 뿐 대체로

좋은 편이다. [사진=정종오 기자]

 

 

 

 

 

누리호의 성공 여부는 발사이후 16분 7초가 지나면 확인할 수 있다.

오후 4시 정각에 발사한 이후 127초에 1단이 분리된다.

1단은 75톤 엔진 4개가 달려있다.

이때 고도는 59km이다.

이어 233초 뒤에 고도 191km에서 위성을 보호하고 있는 페어링을 분리한다.

 

고도 258km에 도달하는 발사 274초에 2단이 분리된다.

2단은 75톤 엔진 1기가 장착돼 있다.

발사이후 897초에 고도 700km에 이르고 성능검증위성이 분리된다.

마지막으로 발사 967초 뒤에 위성모사체가 떨어져 나온다.

 

누리호가 비상하면서 대한민국의 우주역사를 새로 쓸 수 있을지 모든 이들의 눈길이 고흥 나로우주센터로 쏠리고 있다.

 

 

 

 

 

 

/나로우주센터(고흥)=정종오 기자(ikokid@inews24.com)

 

 

 

 

 

 

 

 

한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 발사를 하루 앞둔 지난 20일 오후 전남 고흥

나로우주센터 발사장에 기립해 있는 누리호 주변으로 짙은 해무가 드리워져 있다.

ⓒ뉴시스

 

 

 

 

 

 

누리호 2차 발사 'D-DAY'…오후 4시 하늘문 연다

 

 

 

 

국내 독자 기술로 개발된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 21일 2차 발사에 나선다.

지난해 10월 21일 미완의 성공으로 그친 1차 발사 때 가짜 인공위성을 싣고 하늘로 향한 것과 달리 이번에 실제 작동하는 인공위성을 띄운다.

 

21일 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원에 따르면 항우연 연구진은 전일 누리호를 전남 고흥 나로우주센터의 발사장으로 이송해 발사대에 기립·설치 작업을 마무리하고 이날 현재 발사 당일 준비에 한창이다.

 

항우연은 이날 발사 시간 범위를 오후 3∼7시로 잡고, 오후 4시를 가장 유력한 시간으로 보고 발사를 준비하고 있다.

정확한 발사 시각은 이날 오후 열리는 발사관리위원회에서 결정된다.

 

누리호가 발사되려면 지상풍은 10분 평균풍속과 순간최대풍속이 각각 초속 15ｍ와 21ｍ 미만이어야 하며, 근처에 낙뢰가 없어야 한다.

 

누리호 2차 발사 목표는 인공위성을 고도 700㎞의 궤도에 올려 초당 7.5km의 속력(시속으로는 2만7000km)으로 지구 주변을 안정적으로 돌도록 하는 것이다.

이번에 성공하면 우리나라는 자력으로 실용급 위성을 발사하는 능력을 입증하는 세계 7번째 국가가 된다.

 

외국의 발사체를 이용하지 않더라도 우리 힘으로 위성을 쏘아올릴 능력을 갖춰 주도적으로 다양한 우주 개발사업에 나설 수 있다는 의미다.

누리호가 온갖 난관과 변수를 뚫고 이날 우주로 향하는 문을 열 수 있을 지 주목된다.

 

앞서 누리호는 강풍과 부품 이상 등 우여곡절을 겪었다.

지난 15일 발사 목표는 기상 악화로, 16일은 발사 목표는 산화제 레벨센서 부품 이상 등으로 2차례 저지된 것이다.

하지만 설계·제조·조립까지 모두 우리 역량으로 개발한 만큼 신속히 조치를 취해 정상화했다.

 

최대 변수로 꼽혔던 기상상황도 긍정적이다.

항우연은 바람도 약하고 비도 내리지 않을 것으로 예보되는 등 날씨로 인해 발사가 지장을 받을 가능성은 낮다고 판단하고 있다.

 

단 총 37만여 개에 이르는 부품으로 구성된 누리호의 기술적 변수는 언제든 나타날 수 있다.

발사 예비일은 오는 23일까지다. 설령 이날 발사가 불발되더라도 이틀간의 여유가 있는 것이다.

 

단 발사예비일 내에 발사를 완료하지 못하면 일정이 흐트러진다.

여름철 태풍과 폭염 등을 감안할 때 가을쯤 발사를 다시 준비해야 할 수도 있다.

 

 

 

 

 

©(주) 데일리안  유준상 기자

 

 

 

 

 

 

 

누리호 2차 비행 시퀀스. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

 

누리호 2차 발사]성공을 위한 결정적 순간들

 

 

 

 

한국형발사체 ‘누리호’의 성공 여부는 발사 후 967초, 16분 7초에 결정된다.

21일 오후 4시로 예정된 발사에서는 지난번 발사와 달리 실제 동작하는 성능검증위성을 우주로 쏘아 올린다.

 

우주발사체의 임무가 인공위성을 원하는 궤도에 투입하는 것인 만큼 위성이 고도 700km에서 정확히 분리되는 시점인 967초가 누리호 발사에 있어 성공과 실패를 가르는 ‘결정적 순간’이 된다.

누리호는 75t 엔진 4기를 장착한 1단 로켓이 127초 연소하면서 고도 59km까지 오른다.

 

이후 1단 로켓은 분리되고 75t 엔진 1기를 단 2단 로켓이 점화한다.

1단이 작동하는 고도 55km에서 시속 6480km 속도를 내줘야 한다.

 

2단 로켓이 점화된 누리호는 고도를 높여 가다 발사 233초 후 고도 191km를 지날 때 위성을 보호하는 덮개인 페어링을 분리한다.

2009년 8월 나로호(KSLV-Ⅰ) 발사 당시 페어링 한 쪽이 분리되지 않으면서 실패한 만큼 긴장을 늦출 수 없는 단계다.

 

발사 274초 후 고도 258km에서는 2단 로켓이 연소를 마치고 분리된다.

2단 로켓은 고도 252km에서 시속 1만5480km 속도를 낼 수 있도록 작동해야 한다.

2단 로켓이 연소하는 시간은 147초 정도다.

이후 7t 엔진 1기를 단 3단 로켓이 연소를 시작한다.

 

3단 엔진이 목표 연소시간인 521초를 채우는지는 이번 발사에서 가장 주목해야 할 요소다.

3단 엔진이 목표 연소시간을 채워야만 목표 고도인 700km 궤도에 위성을 안착시킬 수 있는 시속 2만7000km까지 속도가 높아지기 때문이다.

 

지난해 10월 1차 발사 당시에는 산화제탱크 내 헬륨탱크가 분리되면서 산화제가 누설되는 바람에 521초를 채우지 못하고 475초 만에 연소가 조기 종료됐다.

 

목표 고도에 목표 속도로 도달했는지는 연소 종료 5초 후 3단의 궤도 정보를 판단해 결정할 수 있게 된다. 장영순 한국항공우주연구원 발사체책임개발부장은 “목표 고도 700km에서 5%, 35km 고도 오차 내에 들어오면 성공했다고 판단할 수 있다”고 말했다. 

 

이륙 후 897초 후에는 고도 700km 성능검증위성이 분리된다. 3단 로켓은 고도 700km에 오른 후 속도를 시속 2만7000km까지 높여 줘야 한다.

위성이 지구 중력을 이기고 고도를 유지하도록 하기 위해서다.

 

누리호의 탑재체 중량인 1.5t을 맞추기 위해 함께 우주로 향하는 1.3t 무게 위성모사체는 70초 뒤인 967초에 분리된다.

향후 누리호가 실제 위성을 분리하는 시점이 되는 만큼 누리호 

장영순 한국항공우주연구원 발사체책임개발부장은 “성능검증위성과 위성모사체, 3단이 다 같은 궤도를 도는 만큼 충돌 회피기동을 통해 위험을 없애게 된다”고 말했다.

 

누리호의 성공 여부를 확인하는 데이터를 확인하기까지는 위성 분리 후 약 30분이 소요될 전망이다.

이후 성능검증위성이 지상에 데이터를 보내면 성공 여부가 더 명확해진다.

성능검증위성은 발사 42분 23초 후 남극 세종기지에 첫 신호를 보내게 된다.

 

나로우주센터에서 발사된 누리호는 제주도와 일본 후쿠에지마에서 약 100km 떨어진 곳을 지나 비행한다.

1단은 발사장에서 약 413km 떨어진 해상에 착륙하고 2단은 발사장에서 2800km 떨어진 해상에 떨어진다.

 

페어링 분리는 발사장에서 251km 떨어진 고도 191km에서 이뤄지는데 실제 낙하지역은 발사장에서 1514km 떨어진 해상으로 예측된다.

장 부장은 “실제 사람이 살지 않는 곳에 떨어지도록 발사 시퀀스를 구성했다”고 말했다.

 

 

 

 

 

 

한국형발사체 누리호(KSLV-II). / 그래픽=이지혜 디자인기자

 

 

 

 

 

누리호 성패 967초 만에 판가름....성공까지 3개 고비는

 

 

 

 

우주로 가는 길이 험난하다.

국산 로켓 누리호(KSLV-II)의 2차 발사는 비바람으로 한 차례, 레벨센서 이상으로 또 한 차례 연기됐다.

그럼에도 연구진과 300여개 기업은 난관을 극복하며 오는 21일 발사를 앞두고 있다.

 

막판 최대 고비는 날씨다.

누리호는 예고된 장마 전선을 피해 날아야 한다.

 

지면을 박차고 오른 이후에도 긴장을 늦출 수 없다.

로켓 기술이 시나리오대로 정상 작동할지 여부가 관전 포인트다.

20일 한국항공우주연구원과 과학기술정보통신부는 누리호를 발사대로 이송시켜 점검 작업을 진행하고 있다.

 

이날 전기 계통 연결을 시작으로 추진제(산화제·연료) 주입을 위한 사전 연결 작업 등을 마친 상태다.

발사관리위원회는 발사 당일 두 차례 회의를 통해 추진제 충전 여부와 발사 시각을 확정할 계획이다.

지금으로선 21일 오후 4시쯤이 유력하다.

 

 

①산화제 측정량 계측 센서, 결함 보완했지만 문제 없을까?

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누리호가 지난 15일 발사 하루 전 사전 점검 중 '레벨센서' 이상으로 발사가 취소됐다.

이후 50시간 만에 결함을 보완해 오는 21일 재발사에 도전한다.

/ 그래픽=최헌정 디자인기자

 

 

 

 

누리호는 지난 15일 발사를 하루 앞둔 점검 과정에서 1단 산화제 탱크 내부의 레벨센서 이상이 감지됐다. 레벨센서는 탱크 내부의 산화제 충전 수위를 계측하는 센서다.

산화제는 연료와 함께 로켓을 밀어 오르는 힘(추력)을 낸다.

센서가 고장 나면 정상 비행을 기대할 수 없다.

항우연 연구진은 이상 감지 후 50시간 만에 레벨센서 핵심 부품을 교체했고, 로켓에 있는 모든 전자 장비의 정상 작동을 확인했다.

 

누리호는 발사 전 3~4시간 전부터 산화제를 채운다.

사전 점검과 발사 당일 산화제 충전 과정을 오류없이 넘기면, 누리호는 우주로 날아오를 조건을 충족한다.

 

항우연 핵심 관계자는 "레벨센서는 이륙 직전까지 산화제와 연료량을 계측하고 이륙 순간부턴 아무런 기능을 하지 않는다"며 "발사 전에만 문제가 없으면 비행에는 영향이 없다"고 말했다.

 

 

②10분 전 카운트다운, 문제 없을까? 나로호 땐 7분 전 중단되기도

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누리호는 발사 10분 전부터 자동으로 운용이 시작된다.

/ 그래픽=김현정 디자인기자

 

 

 

 

 

누리호 발사 당일 핵심 작업은 산화제와 연료 충전이다.

누리호는 산화제와 연료로 각각 액체 산소와 케로신을 쓴다.

산소가 액체 상태를 유지하려면 온도를 영하 183℃까지 낮춰야 한다.

 

산화제를 주입하면 누리호 바깥에 얼음덩어리가 만들어지고, 산화제가 대기에서 기화(액체→기체)되면서 되면서 특유의 흰 연기가 피어오른다.

발사가 임박하면 로켓 주변에서 누리호를 잡아주던 기립 장치가 철수된다.

누리호는 발사 10분 전부터 이륙 직전까지 발사 관제 시스템에 의해 자동으로 운영된다.

 

이를 '발사자동운용'(PLO)이라 부른다.

누리호 1단 엔진의 추력 300톤 도달과 고정장치 해제 명령이 떨어지면 누리호가 우주로 날아오른다.

다만 발사 10분 전 가동을 멈춘 사례도 있다.

 

러시아 기술로 개발했던 나로호(KSLV-I)는 2009년 8월 1차 발사 예정이었으나 이륙 7분56초를 앞두고 자동 중단됐다.

 

고압 탱크 압력을 측정하는 소프트웨어 결함 때문이었고, 이를 보완해 엿새 뒤 재발사했지만 결국 실패했다.

 

 

③누리호 2차 발사 성패 16분7초만에 판가름, 어떻게 발사될까?

 

 

 

누리호 2차 발사 시퀀스. / 그래픽=김현정 디자인기자

 

 

 

 

 

누리호 2차 발사 성공 여부는 967초(16분7초)만에 판가름 난다.

누리호는 3단 로켓이다.

중량 200톤을 딛고 날아오르기 위해 최하단부 1단은 추력만 300톤(75톤 액체엔진 4기 클러스터링)에 달한다.

2단과 3단은 각각 75톤 액체엔진 1기와 7톤 액체엔진 1기로 구성된다.

 

지난해 10월 1차 발사된 누리호는 3단 엔진이 조기에 멈췄다.

결국 초속 7.5㎞ 속도를 내지 못하면서 무게 1.5톤의 위성모사체를 목표궤도에 안착시키지 못했다.

항우연 연구진은 발사 이후 2개월간 총 2600여개 텔레메트리 데이터를 분석해 결함을 확인했고, 3단 산화제탱크 내부의 고압헬륨탱크가 이탈하지 않도록 설계를 보강했다.

 

이번에 발사되는 누리호는 127초(2분7초)만에 고도 59㎞에 도달해 1단 로켓을 분리한다.

발사 274초(4분 34초) 후에는 고도 258㎞에서 2단을 분리한다.

이때부터 3단 로켓으로만 비행을 시작한다.

 

발사 897초(14분57초), 967초(16분7초) 뒤에는 고도 700㎞에서 각각 200㎏급 성능검증 위성과 1.3톤급 위성모사체를 분리할 예정이다.

누리호는 발사 약 43분 후 성능검증 위성과 최초 접속이 이뤄질 전망이다.

 

 

 

 

 

 

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr

저작권자 ⓒ '돈이 보이는 리얼타임 뉴스' 머니투데이

 

 

 

 

 

 

 

 

6월 20일 한국형발사체 누리호가 전남 고흥 외나로도 나로우주센터 발사대에

기립했다. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

 

 

[누리호 2차 발사]1차 발사와 무엇이 다른가

 

 

 

 

한국형발사체 누리호(KLSV-Ⅱ)의 2차 발사가 21일 오후 4시 이뤄진다. 

이번 2차 시험발사는 지난해 10월 21일 3단 액체 엔진이 충분한 추력이 나오지 않아 모형위성을 최종 궤도에 진입시키는데 실패한 1차 발사 때의 결함을 보완해 이뤄진다. 

누리호는 첫 시험발사 때 단 분리나 페어링 분리 등을 정상적으로 수행하며 목표 고도인 700km에 도달했다. 하지만 3단 엔진의 조기 연소 종료로 최종 목표 궤도속도인 초속 7.5km에 도달하지 못하며 모형위성을 투입하는데 실패했다.

 

설계 과정에서 실수로 3단 엔진의 산화제 탱크에 들어있는 헬륨 탱크의 고정 장치가 풀리면서 엔진이 예상보다 일찍 꺼진 것이다. 

이번 2차 발사 때는 새로운 설계를 적용한 누리호가 발사된다.

3단 산화제 탱크의 균열 원인을 찾아내 구조를 보강하는 작업을 1차 발사 후 2개월 간 거쳤다.

1단과 2단의 산화제 탱크 고정 지지부와 동일한 방식으로 설계를 변경하고 문제가 없는지 검증했다.

4월에는 3단 산화제 탱크 내부의 해당 부부품을 교체하는 재작업을 마무리했다. 

이번 발사 때는 또 1차 발사때와 달리 성능검증 위성이 탑재된다.

1차 발사 때는 1.5t 짜리 위성 모사체만 실렸다.

2차 발사에서는 큐브위성 4기를 포함한 성능검증 위성을 1.3t 위성모사체와 함께 탑재한다.

약 200km의 성능검증위성은 누리호의 우주궤도 투입 성능을 검증하는데 쓰일 예정이다. 

누리호가 고도 700km, 초속 7.5km의 비행 속도를 달성 후 성능 검증 위성을 분리한다.

그런 다음 위성 모사체가 분리된다.

이 과정이 모두 끝나면 임무에 성공한 것으로 판단한다.

 

남극세종기지에서 발사 약 46분 후 성능검증위성과 최초로 교신하고, 이후 2시간 동안 대전 한국항공우주연구원 지상국과 지속적으로 교신을 이어간다.

발사 4시간 뒤에는 남극세종기지에서 자세 안정화 여부를 확인한다. 

발사 일주일 뒤부터는 성능검증위성에서 큐브위성을 사출한다.

큐브위성은 수십 ㎏에서 작게는 수 ㎏ 크기의 위성을 뜻한다.

이틀 간격으로 큐브위성 4기를 하나씩 사출할 예정이다.

 

누리호에는 박상영 연세대 천문우주학과 교수팀의 큐브위성 ‘미먼’, 방효충 KAIST 항공우주공학과 교수팀의 ‘랑데브’, 오현웅 조선대 스마트이동체융합시스템공학부 교수팀의 큐브위성 ‘스텝큐브-2’, 기창돈 서울대 항공우주공학과 교수팀의 큐브위성 ‘스누글라이트-2’가 실려있다.

누리호는 21일 전남 고흥 나로우주센터 제2발사대로 무사히 이동했다.

발사대에 기립해 연결 작업을 거치는 중이다.

이날 중 추진제 충전 여부와 최종 발사 시각을 결정해 우주로 날아오를 준비를 마치게 된다. 

 

오승협 한국한공우주연구원 발사체추진기관개발부장은 20일 전남 고흥 나로우주센터에서 열린 누리호 발사준비상황 브리핑에서 “한국이 우주로 갈 수 있는 길을 꼭 열겠다”고 말했다. 

 

 

21일 오후 4시로 예정된 발사에서는 지난번 발사와 달리 실제 동작하는 성능검증위성을 우주로 쏘아 올린다.

우주발사체의 임무가 인공위성을 원하는 궤도에 투입하는 것인 만큼 위성이 고도 700km에서 정확히 분리되는 시점인 967초가 누리호 발사에 있어 성공과 실패를 가르는 ‘결정적 순간’이 된다.

누리호는 75t 엔진 4기를 장착한 1단 로켓이 127초 연소하면서 고도 59km까지 오른다.

이후 1단 로켓은 분리되고 75t 엔진 1기를 단 2단 로켓이 점화한다.

1단이 작동하는 고도 55km에서 시속 6480km 속도를 내줘야 한다.

 

2단 로켓이 점화된 누리호는 고도를 높여 가다 발사 233초 후 고도 191km를 지날 때 위성을 보호하는 덮개인 페어링을 분리한다.

2009년 8월 나로호(KSLV-Ⅰ) 발사 당시 페어링 한 쪽이 분리되지 않으면서 실패한 만큼 긴장을 늦출 수 없는 단계다.

 

한국형발사체 ‘누리호’의 성공 여부는 발사 후 967초, 16분 7초에 결정된다.

21일 오후 4시로 예정된 발사에서는 지난번 발사와 달리 실제 동작하는 성능검증위성을 우주로 쏘아 올린다.

 

우주발사체의 임무가 인공위성을 원하는 궤도에 투입하는 것인 만큼 위성이 고도 700km에서 정확히 분리되는 시점인 967초가 누리호 발사에 있어 성공과 실패를 가르는 ‘결정적 순간’이 된다.

발사 274초 후 고도 258km에서는 2단 로켓이 연소를 마치고 분리된다.

2단 로켓은 고도 252km에서 시속 1만5480km 속도를 낼 수 있도록 작동해야 한다.

2단 로켓이 연소하는 시간은 147초 정도다.

이후 7t 엔진 1기를 단 3단 로켓이 연소를 시작한다.

 

3단 엔진이 목표 연소시간인 521초를 채우는지는 이번 발사에서 가장 주목해야 할 요소다.

3단 엔진이 목표 연소시간을 채워야만 목표 고도인 700km 궤도에 위성을 안착시킬 수 있는 시속 2만7000km까지 속도가 높아지기 때문이다.

 

지난해 10월 1차 발사 당시에는 산화제탱크 내 헬륨탱크가 분리되면서 산화제가 누설되는 바람에 521초를 채우지 못하고 475초 만에 연소가 조기 종료됐다.

 

목표 고도에 목표 속도로 도달했는지는 연소 종료 5초 후 3단의 궤도 정보를 판단해 결정할 수 있게 된다. 장영순 한국항공우주연구원 발사체책임개발부장은 “목표 고도 700km에서 5%, 35km 고도 오차 내에 들어오면 성공했다고 판단할 수 있다”고 말했다. 

 

이륙 후 897초 후에는 고도 700km 성능검증위성이 분리된다.

3단 로켓은 고도 700km에 오른 후 속도를 시속 2만7000km까지 높여 줘야 한다.

위성이 지구 중력을 이기고 고도를 유지하도록 하기 위해서다.

 

누리호의 탑재체 중량인 1.5t을 맞추기 위해 함께 우주로 향하는 1.3t 무게 위성모사체는 70초 뒤인 967초에 분리된다.

 

향후 누리호가 실제 위성을 분리하는 시점이 되는 만큼 누리호 장영순 한국항공우주연구원 발사체책임개발부장은 “성능검증위성과 위성모사체, 3단이 다 같은 궤도를 도는 만큼 충돌 회피기동을 통해 위험을 없애게 된다”고 말했다.

 

누리호의 성공 여부를 확인하는 데이터를 확인하기까지는 위성 분리 후 약 30분이 소요될 전망이다.

이후 성능검증위성이 지상에 데이터를 보내면 성공 여부가 더 명확해진다.

성능검증위성은 발사 42분 23초 후 남극 세종기지에 첫 신호를 보내게 된다.

 

나로우주센터에서 발사된 누리호는 제주도와 일본 후쿠에지마에서 약 100km 떨어진 곳을 지나 비행한다.

1단은 발사장에서 약 413km 떨어진 해상에 착륙하고 2단은 발사장에서 2800km 떨어진 해상에 떨어진다.

 

페어링 분리는 발사장에서 251km 떨어진 고도 191km에서 이뤄지는데 실제 낙하지역은 발사장에서 1514km 떨어진 해상으로 예측된다.

장 부장은 “실제 사람이 살지 않는 곳에 떨어지도록 발사 시퀀스를 구성했다”고 말했다.

 

 

 

 

 

 

조승한 기자shinjsh@donga.com

 

 

 

 

 

 

6월 20일 한국형발사체 누리호가 전남 고흥 외나로도 나로우주센터 발사대에 기립했다.

한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

누리호 2차 발사]개발 참여한 300개 기업들,

민간 주도 우주개발 시대로 넘어갈까

 

 

 

이달 21일 두 번의 연기 끝에 재도전에 나서는 한국형 발사체 ‘누리호’의 개발 뒤에는 300여 개의 기업이 있었다.

누리호 독자 개발에 필요한 핵심부품 개발과 제작을 수행한 이 기업들의 자긍심 또한 누리호와 함께 높아졌다.

 

개발에 참여한 기업들은 누리호 발사 성공과 함께 우주에서 제대로 동작하는 부품들을 만들었다는 기술 자산을 갖게 됐다.

기업들은 이러한 강점을 살려 민간이 혁신적인 기술과 도전적 투자로 우주개발을 주도하는 이른바 ‘뉴스페이스’에 다각도로 뛰어든다는 계획이다.

 

한국항공우주연구원에 따르면 누리호 개발에는 2013년 나로호 개발 참여기업인 150여 개의 두 배인 300여 개의 기업이 참여했다.

주력 참여기업 30여 곳에서만 인력 총 500명이 참여했다.

 

누리호는 개발 초기부터 설계단계부터 산연 공동설계센터를 구축하고 산업체의 기술력을 향상시킬 수 있게 했다.

센터에는 지난해까지 10개 기업 40명이 항우연 내에 상주하면서 협업해 왔다.

 

기업들은 여기서 얻은 경험을 바탕으로 최근 우주사업에 속속 뛰어들고 있다.

누리호 27만 개 부품 총조립을 맡은 한국항공우주산업(KAI)과 75t급 액체엔진 개발을 맡은 한화에어로스페이스가 대표적이다.

 

이창한 KAI 우주사업팀장은 “연구소가 지금까지 요소기술을 축적하는 역할을 했다면 이를 안보나 경제 분야에서 상업성을 갖추도록 확장하는 DNA는 산업체가 갖고 있다”고 말했다.

 

KAI는 올해 2월 ‘뉴스페이스 태스크포스’를 구축하고 우주 분야 가치사슬을 구축하겠다고 밝히며 우주산업에 본격 뛰어들 채비를 마쳤다.

특히 6월 예비타당성 조사를 통과한 누리호 후속사업 참여에 기대를 걸고 있다.

 

위성제조에 강점이 있는 KAI는 국내 첫 양산형 위성으로 항우연이 KAI에 기술이전한 차세대중형위성 3호를 누리호에 실어 올리는 ‘종합 솔루션’ 기업으로 도약하겠다는 목표다.

 

이 팀장은 “발주를 내고 구성품을 조립해 발사 서비스하는 것은 당장이라도 가능하다”며 “발사장 운영을 항우연에 맡기거나 운영기술을 이전받아 대체하는 방법도 가능할 것”이라고 말했다.

한화에어로스페이스와 한화가 누리호 개발에 참여한 한화그룹은 누리호 발사를 우주산업 혁신의 신호탄으로 삼고 있다.

 

한화그룹은 올해 3월 계열사에 흩어진 우주산업 기술을 총괄하는 ‘스페이스 허브’를 출범했다.

올해 1월에 인공위성 업체 쎄트렉아이를 인수하며 위성사업에도 뛰어들었다.

8월에는 전세계에 위성인터넷망을 제공하는 군집위성을 구축중인 영국 위성통신기업 원웹의 주식을 3465억 원에 매입하기도 했다.

 

한미 미사일지침이 해제된 것을 계기로 발사체 사업에도 기대를 걸고 있다.

한화에어로스페이스가 액체엔진을 개발하는 동안 한화는 우주발사체용 고체연료 부스터 개발에도 나섰다.

 

김종한 한화에어로스페이스 추진기관생산기술팀 차장은 “전 국민이 유례가 없을 정도로 우주 분야에 주목하는 상황에서 한화도 우주산업에 사명감을 가지고 대표적 기업이 될 것”이라고 말했다.

 

기업들은 최근 급성장하고 있는 해외 우주발사체 부품시장에도 뛰어들겠다는 각오를 비쳤다.

누리호 동체와 위성을 보호하는 덮개인 페어링 개발에 참여한 한국화이바는 경남 밀양이 본사임에도 대전에 설계기술센터를 차려 발사체 부품 수출이 가능하도록 기술을 갖추기 위해 항우연과 협력에 나서고 있다.

 

동승진 부장은 “페어링만 보면 인건비 측면에서 해외보다 오히려 강점이 있다”고 말했다.

자동차 터보엔진 부품업체로 누리호 터보펌프 개발에 참여한 에스엔에이치는 해외 소형 발사체 시장을 겨냥해 터보펌프 부픔을 공급하겠다는 수출 계획을 밝혔다.

 

헬륨 고압탱크 개발에 참여한 이노컴은 “스페이스X가 연락이 와도 요구하는 수준을 맞출수 있을 정도”라며 외국 발사체 업체들과 연락을 진행중이라고 밝혔다.

누리호 개발에서 얻은 기술력은 국내 소형발사체 개발 스타트업인 이노스페이스와 페리지항공우주의 안착에도 도움을 주고 있다.

 

누리호 시험설비 구축에 참여한 한양이엔지는 두 기업의 시험설비 지원에 참여하기도 했다.

 지상연 한양이엔지 EPC(설계·조달·시공)사업부 우주항공팀 부장은 "KAIST나 서울대, 충북대에 필요한 로켓 시험설비 구축에도 도움을 줬다"며 "미래의 좋은 연구가 자리 잡길 바라는 마음으로 이윤은 따지지 않고 있다"고 말했다. 

 

누리호는 21일 오후 4시 2차 발사에 재도전한다.

국내 우주 개발 산업을 가속화하고 기업과 정부출연연구소 사이의 협력이 결실을 맺을 것으로 기대된다. 

 

 

 

 

 

 

 

누리호 개발 참여 주요 산업체 현황. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

고재원 기자jawon1212@donga.com

 

 

 

 

 

 

 

지난해 1월 28일 누리호 1단 인증모델 종합연소시험을 진행했다. 75t급 액체연료

엔진 4기를 묶어 300t의 추력을 냈다. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

 

 

 

[누리호 2차 발사]발사와 관련된 세 가지 과학기술 상식

 

 

 

 

 

우리 손으로 만든 첫 우주로켓인 한국형발사체(KSLV-Ⅱ) 누리호가 21일 오후 4시 전남 고흥 나로우주센터에서 두 번째 재도전에 나선다.

누리호는 한국 과학기술의 집합체라 평가받을 만큼 다양한 분야의 고난도 기술을 총망라했다.

이 가운데 알아둬야할 과학기술 포인트를 짚어봤다.

 

○75t급 액체엔진이란

누리호는 1.5t급 실용위성을 지구 상공 600~800㎞ 궤도에 직접 투입할 수 있는 3단형 발사체다.

1단은 75t급 엔진 4기를 묶어 300t의 추력을 내게 하고, 2단은 75t급 엔진 1기, 3단은 7t급 엔진 1기를 사용한다. 

 

추력은 비행체가 엔진에서 연소된 공기의 분출 방향과 반대 방향으로 얻는 힘이다.

뉴턴의 제2운동법칙과 제3운동법칙으로 설명되는 반작용에 따라 연소된 공기를 뒤쪽으로 가속시켜 그 반동력을 이용해 추력을 발생시킨다.

75t급 엔진은 진공에 가까운 상태에서 75t의 무게를 궤도로 날려 보낼 추력을 갖고 있다는 뜻이다.

 

7t급 엔진과 75t급 엔진은 모두 액체연료 엔진이다. 연료와 산화제 모두 액체상태의 물질을 사용한다.

일반적으로 사용되는 연료는 케로신(등유), 산화제는 플루오린, 질산, 과산화수소 등이 있다.

누리호는 연료로 케로신, 산화제로 액체산소를 사용한다. 

 

액체연료 시스템은 장점은 발사체의 추진을 제어할 수 있다는 점이다.

액체연료와 산화제는 별도의 탱크에 저장됐다가 연소실로 공급된 뒤 연소반응으로 고온고압의 가스를 생성한다.

 

고온고압의 가스는 노즐을 통해 빠져나가 발사체가 추력을 얻는다.

이 과정에서 가스 압력과 분출 조절 장치 등으로 점화와 소화를 반복하며 발사체 추진을 제어할 수 있다.

 

반면 고체연료 시스템은 연소관 안에 채워진 연료를 직접 점화하기 때문에 한번 점화하면 제어할 수 없다.

액체연료는 또 비추력이 높다. 비추력은 연료 1kg을 태웠을 때 초당 얻을 수 있는 추력을 뜻한다.

연료의 무게 대비 성능을 가늠할 수 있는 지표다.

 

단위는 초(s)를 사용하며 값이 클수록 성능이 우수한 연료다.

누리호의 75t급 엔진이 진공에 가까운 상태에서 내는 진공비추력은 약 300초다.

고체 발사체의 진공비추력은 200~270초 정도다. 

 

액체연료 시스템의 단점은 구조가 복잡해 만들기가 어렵다는 것이다.

또 액체연료를 오래 두면 변질돼 연료탱크를 부식시킬 가능성이 크고, 연료와 산화제를 주입하는 시간이 길다.

이 때문에 빠른 연료주입과 신속한 발사가 필요한 군사용 미사일에는 고체연료가 주로 사용된다.

 

지난 2020년 7월 ‘한미 미사일 사거리 지침’ 개정을 통해 국내에서 고체연료를 이용한 우주발사체를 연구·생산할 수 있게 됐다.

올해 3월 국방과학연구소는 고체 추진 우주발사체의 성능 검증을 위한 첫 번째 시험발사에 성공했다.

 

두 연료 시스템의 장단점을 상호보완하기 위해 결합하는 방식도 있다.

2013년 국내에서 발사한 우주발사체 나로호(KSLV-Ⅱ)는 1단에 액체연료, 2단에 고체연료를 사용했다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

한국형발사체 누리호 1단과 산화제탱크의 모습. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

○ 초속 7.5㎞  속도는 왜 도달해야 하나

 

누리호 2차 발사에서 주목해야 할 점은 위성을 목표한 지구 궤도에 올려놓을 수 있는지다.

지난 1차 발사에서 대부분의 발사 과정이 성공적으로 이뤄졌지만 위성모사체가 목표 고도에 도달하지 못해 아쉬움을 남겼다.

당시 3단의 7t급 엔진의 연소시간이 목표했던 521초보다 46초 부족한 것이 문제였다.

 

과학기술정보통신부와 항우연은 지난해 12월 누리호 발사조사위원회를 통해 “3단 산화제 탱크 내부에 장착된 헬륨 탱크의 고정 장치를 설계할 때 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡했다”고 원인을 분석했다. 고정 장치를 지상 기준으로 설계하는 바람에 비행 중 떨어져 나간 것이다.

 

이 과정에서 헬륨 탱크가 산화제 탱크 내부를 돌아다니며 충격을 줬고 결국 연료를 태우는 역할을 하는 산화제가 누설되며 3단 엔진이 일찍 꺼졌다.

 

이 때문에 위성모사체는 본래 예정된 초속 7.5㎞보다 느린 초속 6.8㎞에 그치며 궤도 비행을 하지 못하고 낙하하고 말았다.

항우연은 2차 발사를 앞두고 헬륨 탱크의 고정 장치가 강화되도록 설계를 바꾸는 등 보강 작업을 실시했다. 

 

지구의 물체가 중력을 완전히 벗어나 아주 먼 곳까지 멀어지려면 중력 탈출 속도나 그 이상의 속도가 필요하다.

중력탈출 속도는 중력을 제공하는 천체에서 얼마나 떨어져 있는가에 따라 다른데 지구 700km 상공에서 초속 10.6km로 날아는 우주선은 처음에는 포물선 모양으로 지구 중력을 벗어나 날아간다.

 

하지만 이 고도에서 인공위성은 초속 7.5km 속도에서 지구 중력에 갇혀 원 모양의 궤도를 이루며 돌게 된다.

즉 이보다 훨씬 빠르면 지구 바깥으로 날아가고 그보다 느리면 중력에 이끌려 대기권으로 끌려들어가는 것이다.

 

이번 2차 발사에는 누리호에 1.3t의 위성모사체와 함께 168㎏의 성능검증위성과 4개의 큐브위성이 실린다. 지난 1차 발사에서는 1.5t의 위성모사체만 싣고 발사했다.

성능검증위성에는 서울대, 연세대, KAIST, 조선대에서 제작한 10㎏ 이하의 큐브 위성이 장착됐다.

 

목표 궤도에서 분리된 성능검증위성의 태양전지판이 태양을 바라보는 등 제자리를 찾은 뒤 이틀 간격으로 큐브위성이 분리될 예정이다.

 이번 발사의 성공 여부는 성능검증위성이 발사 42분 23초 후 남극 세종기지 지상국과 교신하는 것으로 확인할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

이달 6일 나로우주센터 위성준비동에서 연구진이 성능검증위성을 누리호에 탑재하기

위해 이동하고 있다. 한국항공우주연구원 제공

 

 

 

 

 

 

○ 엔진 묶는 클러스터링 기술이란 무엇인가

 

한국항공우주연구원은 2010년부터 7t급 액체연료 엔진, 2015년부터 75t급 액체연료 엔진을 국내 기술로 개발했다.

특히 75t급 엔진은 국내 150여개 산업체와 함께 개발했다.

 

누리호 전체 부피의 70~80%를 차지하는 연료와 산화제 탱크는 지름이 3.5m에 달하지만 가장 얇은 부분의 두께가 2~3㎜에 불과해 고난도의 기술력이 필요하다.

75t급 엔진을 실은 누리호 시험발사체가 지난 2018년 11월 시험발사에서 151초간 연소해 최대고도 209㎞에 도달하며 한국은 세계에서 7번째로 중대형 액체연료 엔진 기술 보유국이 됐다.

 

누리호 1단은 75t급 엔진 4기를 묶어 300t의 추력을 내도록 했다.

이처럼 엔진을 묶어 필요한 추력을 내는 방식을 클러스터링이라 한다.

각각의 엔진이 마치 하나의 엔진처럼 같은 추력을 내도록 제어해야 해야 한다.

연료와 산화제 공급량도 동일해야 할 뿐 아니라 온도, 압력, 유량을 유지하는 것이 필수다.

 

또 엔진 4기가 동시에 점화돼 화염을 내뿜을 때 서로 간섭하지 않도록 수평과 균형을 유지해야 한다.

항우연은 클러스터링 기술을 확보해 지난해 1월 누리호 1단에 적재된 300t급 엔진의 연소시험을 30초간 진행했으며, 지난해 10월 1차 발사를 통해 기술을 입증했다.

이를 통해 한국의 중대형 로켓 엔진 제작의 가능성을 크게 높였다.

 

 

 

 

 

 

KT 직원들이 누리호 발사 순간을 전 세계로 원활하게 중계하기 위한 누리호 발사 통신지원

센터를 나로우주센터 광장에 구축하고 방송회선을 점검하고 있다.

 

송금종 기자

 

 

 

 

 

사진은 SKT가 지난해 메타버스 서비스인 이프랜드로 누리호 1차 발사를 중계한 장면.

송금종 기자