우주를 향한 누리호
2206 김미래
우리나라의 발사체, “누리호”를 알고 계신가요?
한국형 발사체 누리호, 누리집 이미지지난 2021년 10월 21일 대한민국에서 우리 기술로 만든 한국형 발사체인 누리호가 발사되었다.
이 명칭은 공모전을 통해 선정한 것이며 “우주까지 새 세상을 개척한다.”라는 의미를 담고 있다. 누리호는 고흥 나로 우주 센터에서 발사되었다.
이 누리호란 발사체는 우리나라에서 우리만의 기술로 개발한 3단 액체로켓이다. 이번 누리호 발사가 담고 있는 의미에는 어떤 것들이 있을까?
과거에 우리는 다른 나라의 장비와 시설에 의존해야 발사체를 만들 수 있었다.
다들 ‘나로호’라는 발사체의 이름은 여러 번 들어봤을 것이다. 우리에게 많이 알려지기도 한 우리나라 최초의 우주 발사체인 ‘나로호’는 우리나라와 러시아의 공동 작품이다. 러시아가 발사체를 우주로 날리는 데 가장 중요한 1단 로켓을 만들고, 우리나라가 나머지 상단 로켓을 만들었었다.
반면 누리호는 순수 우리 기술로 개발한 엔진으로 우주로 향하는 최초의 발사체다. 가장 큰 차이는 엔진이다. 2단 로켓인 나로호 1단은 170톤의 러시아가 개발하고 2단만 우리가 개발했다. 반면 누리호는 2010년 사업 시작부터 지금까지 12년간 발사체의 모든 구성품을 독자 개발했다.
과거와 달리, 우리는 이제 우리가 원할 때 인공위성을 자유롭게 발사 할 수 있게 될 미래를 가지게 되었다.
우리는 한미 미사일 사거리 지침으로 인하여 우리나라의 우주 발사체 개발에 많은 제한이 있었다. 한미 미사일 사거리 지침은 1979년 한미 미사일 양해각서를 통해 채택되었다. 전 박정희 대통령 시절, 우리나라가 미사일 부품과 기술을 제공받는 대가로 미사일 개발을 제한한다는 각서를 약속한 것이다. 1979년 처음 지침이 작성된 후 4차례의 지침 합의를 통해 개정되었다.
이 지침이 폐지되기 전 우린, 사거리 800㎞를 초과하는 고체 로켓 개발이 금지되었다. 하지만 이 지침은 2021년 5월에 폐지되었고, 우리는 이제 자유롭게 발사체를 만들 수 있게 되었다.
한국형 발사체 누리호, 누리집 이미지누리호의 구조는 간단하게 보면 위 사진과 같다. 누리호는 1, 2, 3단 모두 액체추진제(케로신, 액체산소)가 사용되었으며, 총 길이는 47.2m, 중량은 200t에 이른다.
일단 1단에는 75톤급 액체 엔진 4기와 연로ㆍ산화제 탱크 등이 포함되어 있다.
2단은 75톤급 액체 엔진 1개와 1단과 동일한 연료ㆍ산화제 탱크 등이 들어있다.
3단에는 7톤급 액체 엔진 1개와 위성 모사체, 그리고 연료ㆍ산화제 탱크 등이 들어있다.
누리호의 꿈
누리호의 초기 목표는 크게 두 가지가 있었다.
첫 번째는 1단, 2단, 3단 엔진 모두가 정상적으로 분리되는 것.
두 번째는 3단의 액체 엔진이 521초 동안 연소하며 위성 모사체가 7.5km/s의 속도로 지구 저궤도에 안착하는 것이었다. 결과를 간단하게 말하자면 첫 번째 목표는 성공하였고, 두 번째는 실패하였다.
누리호의 1단, 2단, 3단 로켓들은 모두 성공적으로 분리, 점화되었다.
한국형 발사체 누리호, 누리집 이미지2021년 10월 21일 오후 5시 누리호의 발사가 시작되었다.
5시 2분에는 1단 로켓이 성공적으로 분리되었고. 5시 5분엔 2단 로켓도 분리되었다.
이후 5시 15분경 위성 모사체까지 고도 700km에 도달하였으나, 위성 모사체가 지구 저궤도에 안착하지 못했다. 3단에 장착한 엔진이 조기 연소되며 목표였던 521초 동안 연소하지 못하고 457초에 조기 종료되었다.
그로 인해 위성 모사체가 7.5km/s의 속도에 미치지 못하였고, 결국 지구 저궤도에 안착하지 못한 것이다.
조사위에 따르면 누리호 이상징후는 이륙 36초 후 나타났다. 3단 탱크 연결트러스와 위성어댑터 등에서 특이 진동이 계측됐다. 또한 헬륨탱크에서 헬륨이 누설되기 시작하였고 산화제 탱크 기체의 압력이 상승하였다. 67.6초가 지난 시점에서는 산화제 탱크 기체의 압력이 하강하기 시작하였고 산화제 탱크 상부 표면온도가 급격히 하강하였다. 115.5초가 지난 시점에서는 헬륨탱크의 압력이 하강되고 3단산화제탱크의 기체 압력이 상승하였다.
이 결과, 최종적으로 다음과 같은 원인에 의해 3단엔진이 조기종료 되었다고 한다. 누리호의 3단 산화제탱크 내부에 장착되어 있는 헬륨탱크의 고정장치 설계시 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡하였다. 이로 인해 실제 비행 시 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승할 때 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정된다. 이후 이탈된 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되기 시작했으며, 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설되었다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 조기에 종료되는 결과를 낳았다.
성공 확률을 이겨낸 실패
위성 모사체가 궤도에 안착되지 못했기 때문에 누리호 발사는 결국 ‘실패’가 되어버렸다. 실제로 전 세계적인 우주 선진국들도 자체 개발한 첫 우주 발사체의 성공 비율은 27%에 불과한 것으로 알려져 있다. 하지만 우리는 이 적은 확률을 뚫고 성공을 이뤄냈다. 3단 분리에 성공했기 때문이다.
이 성과들을 통하여 우리의 힘으로 위성이나 우주탐사선과 같은 우주 탐사 목적의 물체를 보낼 수 있다는 기대감을 가질 수 있었다.
비록 실패였음에도 이번 누리호 발사를 통하여 우리나라 우주 산업의 미래에 대한 기대를 많이 얻을 수 있었다. 누리호의 부품 중 광검출기를 제외한 거의 모든 제품이 ‘made in Korea’라는 점을 보면 우리나라의 과학 기술이 얼마나 많은 발전을 이뤄냈는지 알 수 있을 것이다.
2022년 5월 19일에는 누리호 2차 발사가 예정되어있다. 이 발사가 성공하게 된다면 1t 이상 실용 급 위성 발사기술을 보유한 우리나라는 앞으로 7대 우주 강국에 속할 수 있게 될 것이다. (현재 우주 강국에 속해 있는 국가는 미국, 러시아, 중국, 유럽, 일본, 인도이다.)
앞으로 우리나라 발사체의 전망은 어떻게 될까?
2022년도에는 누리호 2차, 3차&아리랑 6, 7호&한국형 달 탐사선&차세대 중형 위성 2호&차세대 소형 위성 2호의 발사가 예정되어있다. 2023년도에는 차세대 중형 위성 3호도 발사된다고 한다. 2022년부터 4년간 1,427억 원을 투입하여 2025년 공간홍수예보, 가뭄 및 녹조&적조 등을 감시하는 한국형 차세대 중형 위성인 수자원 위성을 발사 예정이라 한다. 또한, 한미 미사일 사거리 지침 폐지로 인해 고체연료의 로켓 개발이 가능해져 2024년도에는 고체연료 로켓 1차 발사가 예정되어있다.
나는 이번 누리호 발사를 통해 우리나라의 우주 발사체 개발에 관심을 갖게 되었다. 누리호는 결국 실패라는 결과를 가져왔다. “실패”라는 표현에 아쉽고 안타까웠던 분들이 있다면 발상을 전환하여 “경험과 기회”라고 생각해보면 어떨까?
1차 발사의 경험이 2022년의 2차 발사 그리고 후에 추가적인 네 번의 발사를 진행하는 것에 토대가 되어 우주 강국이라는 미래를 만들 수 있다고 생각된다. 우리나라가 우주 강국에 다다르고 있는 모습에 설레는 마음이 든다. 이 글을 통해 누리호에 관한 이야기를 처음 접하신 분들도 계실 것 같다. 지금 시점으로는 우주 산업에 대한 단기적인 관심보다는 지속적인 관심과 지지가 필요한 때이다. 따라서 글을 통해 많은 사람들이 우리나라의 우주 산업에 관심을 가지게 되었으면 좋겠다. 나도 우리나라가 우주 7대 강국에 속하게 되는 그날까지 항상 기다리고 응원할 것이다.
<출처>
- 임혜숙 과학기술정보통신부 장관, “한국형 발사체 도전은 계속되어야 한다.”, 동아뉴스, 2021.10.28.
- 한국형 발사체 누리호 홈페이지, www.kari.re.kr/nuri
- 누리호 홈페이지 보도자료, "누리호 발사조사위원회 최종 조사결과 발표", 2021.12.29.
