누리號 2次發射成功…背景은 12年忍苦의 歲月

東亞닷컴
入力 2022年 6月 21日 19時 20分

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宇宙强國을 向한 꿈을 담은 韓國型發射體 ‘누리號’가 21日午後 4時全南高興郡羅老宇宙센터에서 날아올랐다. 지난해 1次發射當時 3段 로켓 엔진이 早期燃燒終了되면서 失敗의 아픔을 經驗했지만, 12年間抛棄하지 않고 忍苦의 歲月을 보낸 끝에 7大宇宙强國으로 跳躍하는 成果를 達成했다.

21일 나로우주센터에서 화염을 내뿜으며 우주로 날아오르는 누리호. 출처=사진공동취재단 — 21日羅老宇宙센터에서 火焰을 내뿜으며 宇宙로 날아오르는 누리號. 出處=寫眞共同取材團

이종호 科學技術情報通信部長官은 21日午後 5時 12分쯤 누리號 2次發射成功을 公式化했다. 李長官은 “大韓民國歷史의 紀念碑的인 瞬間을 맞이했다"며 "2022年 6月 21日午後 4時에 發射한 누리號가 目標軌道에 投入돼 性能檢證衛星을 成功的으로 分離하고 軌道에 安着시켰다”고 말했다.

午後 4時全南高興羅老宇宙센터에서 地球低軌道 700km 地點을 向해 날아오른 누리號는 4時13分께 目標軌道 700㎞에 到達, 4時14分께 性能檢證衛星을 分離했으며, 4時16分께는 위聖母死體를 分離했다. 以後 4時 42分께 南極세종기지와의 交信에 成功하며 正常的으로 地球低軌道를 돌고 있다는 것을 確認했다.

12年間 2兆원 豫算投入…自力으로 實用級衛星發射하는 7番째 國家

누리號發射成功을 達成하기까지 12年이라는 忍苦의 歲月이 있었다. 누리號開發은 2010年 3月부터 始作됐으며, 250餘名의 硏究開發人力이 總길이 47.2ｍ, 重量 200톤 規模의 누리號設計와 製作에 邁進했다. 이 過程에서 投入된 豫算은 總 1兆9572億원에 達한다.

긴 忍耐와 努力을 기울인 끝에 우리나라는 自力으로 實用級衛星을 發射하는 7番째 國家가 됐다. 中大型液體로켓엔진과 大型推進體 탱크, 發射臺等核心部品을 모두 우리 硏究陣과 企業이 만든 것으로, 外國發射體에 依存하지 않고 獨自的으로 宇宙開發事業에 나설 수 있다는 意味다.

누리호 발사를 준비하는 연구진의 모습. 출처=한국항공우주연구원 — 누리號發射를 準備하는 硏究陣의 모습. 出處=韓國航空宇宙硏究院

1次發射와 무엇이 다른가

이番 누리號 2次發射成功의 背景에는 1次發射失敗라는 아픔이 있다. 지난해 10月 21日 첫 發射當時, 누리號는 目標高度 700km 到達에는 成功했으나 3段 로켓 엔진의 速度가 6.5km(以下秒速)로, 目標軌道速度人 7.5km에 못 미쳤다.

硏究陣은 "3段 엔진의 酸化劑 탱크 內部에 있는 高壓헬륨탱크의 固定裝置가 풀리면서, 엔진이 일찍 꺼지는 바람에 目標軌道速度에 到達하지 못했다"고 밝혔다. 이에 硏究陣은 3段酸化劑탱크 內部의 高壓헬륨탱크가 움직이지 않도록 固定部를 補强하고 酸化第 탱크 덮개의 두께를 强化했다.

또 1次發射當時 누리號에는 眞짜 衛星이 아닌 위聖母死體(衛星과 같은 重量의 金屬)만 搭載돼 있었지만, 2次發射 때는 性能檢證衛星(큐브衛星4期包含)을 위聖母死體와 함께 搭載했다. 누리號發射成功을 確認해 준 南極세종기지와의 交信도 性能檢證衛星을 통해 確認됐다.

누리號가 3段推進체인 理由

누리號는 1.5톤에 達하는 人工衛星을 地球低軌道人 700km에 실어 나르는 것을 目標로 開發된 3段宇宙發射體다. 1段은 75톤級 로켓엔진 4個, 2段은 75톤級 로켓엔진 1個, 3段은 7톤級 로켓엔진 1個로 構成돼 있다.

앞서 누리號가 1次發射當時目標軌道速度人 7.5km에 到達하지 못해 失敗했다고 言及했는데, 이는 3段의 7톤 엔진이 豫想時間보다 일찍 燃燒를 終了했기 때문이다. 當時 누리號에 搭載했던 위聖母死體를 軌道에 올려놓기 위해서 3段 엔진은 521秒 동안 燃燒해야 했는데, 427秒만 燃燒했다. 이 때문에 目標 고도인 700km까지 上昇하고도 위聖母死體의 目標速度인 7.5km까지 밀어붙일 수 없었다. 人工衛星이 地球重力을 이기면서 地球低軌道를 安定的으로 돌기 위해 必要한 速度가 7.5km인데, 이에 到達하지 못했던 當時 누리號 위聖母死體는 地球大氣圈으로 再進入해 타버렸을 것으로 推定된다.

지구 저궤도를 도는 위성 이미지. 출처=한국항공우주연구원 — 地球低軌道를 도는 衛星 이미지. 出處=韓國航空宇宙硏究院

宇宙發射體를 2~4段內外로 만드는 理由는 最終速度를 높이기 위해서다. 1段에서는 地上離陸과 함께 重力을 이겨내고 大氣圈을 脫出하는 힘이 必要하기 때문에 가장 많은 燃料와 酸化劑가 들어간다. 2段과 3段도 發射體를 繼續 움직일 수 있는 動力을 提供한다.

韓國航空宇宙硏究院은 宇宙發射體를 여러 段으로 構成하는 理由를 에베레스트山을 오르는 것에 比喩한다. 登山家들이 처음 出發할 때 食糧과 텐트 等 모든 짐을 메고 出發하다가 中間中間 베이스캠프에 不必要한 짐을 내려놓고 몸을 가볍게 하듯, 누리號度 같은 過程을 거치는 셈이다.

航空宇宙硏究員은 “발사체가 各段에서 推進速度를 내지 못하면 발사체가 分離할 人工衛星이 目標軌道에 進入하지 못한다”며 “各段은 燃料와 酸化劑를 가득 실은 推進劑 탱크라고 볼 수 있다. 地球를 아예 벗어나 다른 行星이나 더 먼 宇宙로 가기 위해서는 秒速 11.1km 以上의 速度가 必要하다”고 밝혔다.

누리號發射 때 떨어지는 흰 가루는 무엇일까

누리號離陸場面을 살펴보면, 하얀色 가루가 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이는 外壁에 두껍게 쌓인 얼음層이 發射와 함께 離脫하는 것이다.

지난해 하얀색 가루를 이탈시키며 날아오르는 누리호 모습. 출처=한국항공우주연구원 — 지난해 하얀色 가루를 離脫시키며 날아오르는 누리號 모습. 出處=韓國航空宇宙硏究院

얼음層이 形成되는 理由는 앞서 言及한 角段 로켓의 酸化劑와 關聯이 있다. 航空宇宙硏究院에 따르면 酸化劑 탱크는 누리號 1, 2, 3段에 各各 하나씩 들어 있고 이 酸化劑, 燃料 탱크를 모두 합치면 누리號 부피의 80%를 차지한다. 여기에 零下 183度의 液體酸素를 充電하면 누리號外壁의 溫度가 낮아지면서 空氣中水分과 만나 성에가 끼는 現象이 發生한다. 이같은 얼음層은 酸化劑 탱크 溫度를 올라가지 않도록 하는 斷熱材役割을 하는데, 3400度에 達하는 불을 내뿜으며 發射되는 누리號에서 얼음層이 離脫하면서 하얀 가루가 떨어지는 모습을 演出하는 것이다.

누리號와 12年間同苦同樂硏究員들…"뼈아픈 1次發射失敗…2次發射成功 다짐"

누리號 2次發射를 앞둔 지난 15日, 韓國航空宇宙硏究院은 누리號와 同苦同樂한 硏究員들과 인터뷰를 進行해 公開했다.

한국항공우주연구원 조기주, 강선일, 김주년, 하성업 연구원(왼쪽 위부터 시계방향). 출처=한국항공우주연구원 — 韓國航空宇宙硏究院 조기주, 강선일, 김주년, 하성업 硏究員(왼쪽 위부터 時計方向). 出處=韓國航空宇宙硏究院

이에 따르면 硏究員들은 “뼈아픈 1次發射失敗後 2次發射는 반드시 成功한다는 覺悟를 다졌왔다. 發射體에 約 70餘個의 電子裝備가 있는데 그 裝置 하나하나에 말을 건다는 心情으로 準備해왔다”며 “羅老號 때는 100% 우리 技術이 아니어서 마음의 짐이 있었는데 누리號는 純粹 우리 技術이기 때문에 成功한다면 기쁨이 더 클 것”이라고 말했다.

21日 누리號 2次發射가 成功하면서 軌道에 安着한 性能檢證衛星은 8日 뒤인 29日부터 다음 달 5日까지 이틀 間隔으로 國內大學(造船臺, 서울대, 연세대, KAIST)에서 만든 큐브衛星 4個를 宇宙에 査出한다. 以後 누리號가 宇宙軌道에 1.5톤 무게의 衛星을 올릴 수 있는지 檢證하는 役割을 맡는다. 누리號開發事業의 當初目標價 1.5톤級實用衛星의 地球低軌道(600~800km) 投入이기 때문이다. 航宇硏은 누리號高度化를 위해 次世代小型衛星 2號를 실은 누리號 3次發射를 來年前半期施行하고, 2027年까지 4番의 누리號追加發射를 통해 性能高度化와 技術信賴度를 높일 計劃이다.

東亞닷컴 IT專門 김동진 記者 (kdj@itdonga.com)