지난달 28일, 누리호 시험발사체(이하 ‘누리호’)의 시험 발사가 성공적으로 마무리되었다. 오후 4시에 발사된 누리호는 나로우주센터에서 발사되어 75km 고도까지 솟아오르고 이후 관성비행(로켓 추진이 더 이상 작용하지 않을 때 타성에 의해 비행하는 것)으로 최대고도인 209km에 도달한 후 429km 떨어진 제주도 남동쪽 해상에 안전하게 낙하했다. 게다가 시험발사체의 엔진은 약 151초 동안 연소된 후 정지되었다. 이는 목표시간인 140초를 무려 11초 넘어선 대기록이었다. 이번 누리호 시험 발사 성공으로 우리나라는 독자적으로 75t급 이상의 액체엔진을 개발한 7번째 국가가 되었다.

하늘로 솟아오를 준비를 마친 누리호

     시험 발사, 쉽지 않았던 과정

 한국형 발사체의 75t급 액체엔진 개발이 성공리에 마무리 되었지만 그 과정은 결코 순조롭지 않았다. 우주 발사체를 먼저 개발한 선진국들이 핵심기술을 공개하지 않았기에 우리나라가 스스로 기술을 개발해야했기 때문이다.

 엔진을 개발하는데 있어 가장 큰 고난은 엔진의 연소 불안정이었다. 엔진의 내부에서 연료와 액체산소가 만나 연소하는 과정이 지속적으로 불균일하였기 때문이다. 이를 해결하기 위해 한국항공우주연구진은 엔진 설계를 수십 차례 변경하고, 지상 연소 실험을 100차례 이상 진행하며 연소 불안정 문제를 해결하였다. 연소 불안정 문제 이외에도 연구진들은 연료 탱크와 산화제 탱크를 용접하는 기술을 개발하는데도 어려움을 겪었다.

 고정환 항공우주연구원 본부장은 한 매체와의 인터뷰에서 “문제가 생겼을 때 우리가 스스로 해결해야 한다는 것이 가장 큰 어려움 이었다.”며 “해외 선진국에 물어볼 수도 없어 모든 것을 우리 손으로 다해야한다는 점에서 많은 고비가 있었다.”고 말했다.

 

      2021년 한국형 발사체의 성공을 위하여

 누리호 시험 발사는 2021년에 완성될 예정인 한국형 발사체를 쏘아 올리기 위함이다. 한국형 발사체는 1.5t급의 실용위성을 600km에서 800km의 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체로 2021년 2월과 10월에 발사될 예정이다. 이 발사가 성공하게 되면 2022년에 본격적으로 차세대 중형위성을, 2024년에는 차세대 소형위성을 한국형 발사체에 실어 발사할 계획이다.

 이번 엔진은 2021년 한국형 발사체의 발사에 있어 가장 큰 성과이다. 이번에 개발된 75t급 엔진이 한국형 발사체에 들어갈 엔진 중 가장 중심이 되어 다른 엔진들의 성공에 발판이 되기 때문이다. 발사체의 엔진은 크게 3단으로 구성된다. 1단은 75t급 엔진 4기를 클러스터 방식으로 묶은 300t급 엔진이며, 2단은 75t급 엔진 1기, 3단은 7t급 엔진 1기로 구성되어 있다. 1단 발사체에 쓰이는 클러스터 방식은 조그만 로켓엔진 노즐을 여러 개를 다발로 묶어서 큰 엔진 하나만큼의 효과를 내는 기법을 의미한다. 누리호의 엔진 중 가장 무거운 75t급 엔진의 시험 발사를 성공함으로써 누리호의 3단부 중 2단부와 3단부의 7t급 엔진도 사실상 검증했다고 볼 수 있게 된 것이다.

 

            한국형 발사체 앞으로의 과제

 누리호가 성공적인 발사를 마쳤지만 2021년 누리호 최종 발사까지는 아직 많은 과제가 남아있다. 우선 클러스터 방식에 대한 기술을 개발해야한다. 75t급의 엔진 4기를 묶어 제대로 성능이 나오는지 점검해야 한다. 이는 엔진 4기의 작동시간과 온도 등이 모두 맞아야하기 때문에 매우 까다롭다. 클러스터 방식이 성공하면 엔진의 1단과 2단 3단을 모두 맞춰야 한다. 이 또한 작동시간과 온도 등이 모두 맞아야 하기 때문에 수많은 점검과 시험이 필요하다.

 고정환 한국형발사체개발본부장은 한 매체와의 인터뷰에서 “앞으로 3단형 발사체를 개발하려면 1단 엔진 클러스터링 체계개발과 시험, 3단 엔진체계 개발과 시험 등이 필요하다.”며 “내년 초부터 테스트에 돌입할 예정”이라고 밝혔다.

 

 이번 누리호 시험 발사 성공의 가장 큰 의미는 한국형 발사체 엔진의 설계부터 시험, 발사까지 모두 국내기술로 이뤄냈다는 것이다. 이는 우리나라도 곧 독자적으로 우주 탐사를 진행 할 수 있는 날이 더욱 가까워졌다는 것이다. 우리나라가 독자적으로 위성을 쏘아올리고 나아가 우주 탐사까지 할 수 있는 날이 오기를 기대한다.

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