開發부터 成功까지 12年 걸린 ‘누리號’, 過程 살펴보니…

東亞日報
入力 2022年 6月 21日 17時 16分

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순수 국내 기술로 설계 및 제작된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 21일 전남 고흥군 나로우주센터 발사대에서 화염을 내뿜으며 우주로 날아오르고 있다. 실제 기능이 없는 모사체(더미) 위성만 실렸던 1차 발사와 달리 이번 2차 발사 누리호에는 성능검증위성과 4기의 큐브위성이 탑재됐다. 2022.6.21 고흥=사진공동취재단 — 純粹國內技術로 設計 및 製作된 韓國型發射體 누리號(KSLV-Ⅱ)가 21日全南高興郡羅老宇宙센터 發射臺에서 火焰을 내뿜으며 宇宙로 날아오르고 있다. 實際機能이 없는 某死體(더미) 위성만 실렸던 1次發射와 달리 이番 2次發射 누리號에는 性能檢證衛星과 4基의 큐브衛星이 搭載됐다. 2022.6.21 高興=寫眞共同取材團

21日發射에 成功한 韓國型發射體 누리號는 國內專門家들이 讀者技術로 設計부터 核心部品開發, 製作, 組立까지 지난 11年 7個月 동안 쌓아온 結實이다. 누리號는 中型自動車 무게인 1.5t級實用衛星을 高度 600~800km 地球低軌道에 投入할 수 있는 3段型發射體다. 液體燃料와 酸化劑를 推進劑로 쓰는 液體엔진을 活用한다. 2010年 3月부터 1兆9572億 원을 들여 開發했다.

누리號의 길이는 47.2m로 아파트 15層 높이 程度다. 지름은 가장 두꺼운 1段이 3.5m로 成人 2名이 팔을 벌린 크기다. 燃料인 燈油(케로신)과 酸化劑를 실은 總 무게는 200t으로 燃料價 56.5t, 酸化劑가 126t 들어간다. 氣體의 무게는 17.5t에 不過하다. 1段은 75t級液體엔진 4基를 하나로 묶는 클러스터링 方式으로 300t의 推力을 낸다. 2段은 75t級液體엔진 1期가 裝着됐고 3段에는 7t級液體엔진 1期가 裝着됐다.

누리號開發은 누리號前韓國型發射體羅老號 2次發射를 앞두고 있던 2010年 3月始作됐다. 韓國型發射體槪念設計를 完了한 後 2011年 4月韓國型發射體事業을 事業團形態로 推進하기 始作했다. 그해 12月 열린 第4回國家宇宙委員會에서 開發計劃이 確定됐다.

2014年 한국항공우주산업(KAI)이 韓國型發射體總組立企業으로 選定되며 本格的開發이 始作됐다. 그해 3月에는 3段에 쓰일 7t級液體엔진 燃燒器의 地上燃燒試驗이 230秒 동안 成功했다. 7月에는 75t級液體엔진 開發과 엔진의 性能을 檢證하기 위한 主要試驗設備들을 構築하기 始作했다.

누리號의 心臟格인 75t 液體엔진 開發은 쉽지 않았다. 2014年 10月燃燒器 첫 地上燃燒試驗을 始作했으나 짧은 閃光만 내고 失敗했다. 莫大한 量의 推進劑가 年少할 때 燃燒狀態가 不安定해지는 現象이 나타난 것이다. 年少不安定은 解決方法이 明確치 않아 中大型液體엔진 開發者들에게는 가장 큰 技術的難題로 꼽힌다. 開發陣은 設計를 12番 바꾼 끝에 10個月 만에 燃燒不安定을 克服했다.

2018年 11月 28日에는 75t 엔진을 檢證하기 위해 누리號의 2端部까지만 만든 試驗發射體發射에 成功하며 中大型發射體龍 엔진을 宇宙에서 檢證한 國家가 됐다. 試驗發射體의 燃燒時間은 151秒였다. 以後 누리號引證모델(QM) 檢證을 마치고 2021年 2月 첫 發射豫定이었지만 75t 엔진 4基를 묶는 클러스터링 技術檢證과 部品問題로 8個月 미뤄져 그해 10月에야 첫 發射가 進行됐다.

첫 發射에서는 目標 고도인 700km에 위聖母死體를 投入하는 데는 成功했으나 目標速度인 秒速 7.5km에는 到達하지 못해 任務에는 失敗했다. 原因分析結果 3段酸化劑탱크 내 헬륨탱크가 浮力을 이기지 못하고 솟아오르며 탱크에 龜裂을 일으켜 酸化劑가 漏出돼 目標燃燒時間人 521秒보다 不足했던 것으로 나타났다. 이番 2次發射에 쓰인 누리號는 1次發射의 問題를 改善하기 위해 酸化第탱크 內部補强作業等技術的措置가 追加로 取해졌다.

조승한 동아사이언스 記者 shinjsh@donga.co
金玟秀 동아사이언스 記者 reborn@donga.com