7부 능선 넘은 한국 첫 독자 개발 우주발사체... "누리호 엔진 4기 결합이 관건"

조선비즈 

고흥=김태환 기자

입력 2020.01.19 12:00

내년 발사 앞두고 75톤급 엔진 엔소시험 공개

#천둥이 치는 듯한 굉음이 귓전을 때리자 새하얀 수증기가 하늘을 메웠다. 지난 15일 전남 고흥 나로우주센터에서 한국형 발사체 ‘누리호’에 탑재되는 75톤급 엔진의 연소시험이 시작되자 자리에 있던 모두가 숨을 죽였다.

과학기술정보통신부(과기정통부)와 한국항공우주연구원(항우연)은 이날 우리 기술로 개발 중인 한국형발사체 누리호의 개발 현장을 언론에 공개하고 12번째 제작된 75톤급 엔진 연소시험을 실시했다.

한국의 우주역사를 새로 쓰는 현장이다. 2013년 1월 30일 전남 고흥 나로우주센터에서 우주발사체인 ‘나로호’가 국내 최초로 우주 진입에 성공하면서 대한민국 우주과학 분야 역사를 새로 썼다. 1단 주엔진을 러시아에서 수입한 나로호와는 달리 누리호는 한국이 독자적으로 개발 중인 첫 우주발사체다.

한영민 항우연 발사체엔진개발 팀장은 "2월 중순까지 앞으로 6번 정도 시험만 거치면 1단 엔진시험은 끝이 난다"며 "누리호 엔진은 연소 시 주변부 온도가 2000도까지 상승하고 초당 100리터의 케로신(연료)과 200리터의 액체산소가 사용된다"라고 설명했다.

지난 15일 실시된 한국형발사체 누리호용 75톤급 엔진 연소시험. /과학기술정보통신부 제공

항우연은 지난 2018년 11월 발사체에서 가장 많은 힘이 필요한 1단과 2단 부분만을 결합해 시험발사체 시험에 성공했다. 당시 발사체는 최대 고도 209km를 기록하고 제주도와 일본 큐슈 사이 남측 공해상을 약 429km를 비행한 후 낙하했다.

남은 과제는 3단으로 구성된 발사체의 각 단을 결합한 비행모델 1호기를 제작하는 일이다. 이를 위해 항우연은 올해 상반기 중 1단 발사체 내 연료 공급과 배출의 정상 작동 여부를 확인하고, 하반기 내 실제 1단 엔진 4기를 묶은 시험인증모델의 종합연소시험을 진행한다.

특히 인증모델의 조립 중 가장 많은 연료를 소비하는 1단 조립은 발사체 개발의 성공 여부를 판가름한다. 동일 사양의 각기 다른 엔진 4기가 조화를 이루도록 하는 ‘클러스터링’ 기술이 발사의 성패를 결정짓기 때문이다.

누리호는 지상 600~800km 저궤도에 위성을 운반하는 것을 목표로 1단에 75톤급 엔진 4기를 결합하는 방식을 채택했다. 동일한 사양이라고 해도 각기 다른 엔진을 결합한 만큼 동일한 힘을 균일하게 내도록 조정해야 한다.

실제 발사체가 하늘로 오르기 위해 내뿜는 추력은 300톤의 무게를 들어올리는 것과 맞먹는다. 남은 과제는 이 추력이 4기의 엔진에서 고르게 나오도록 하는 일이다. 이는 인증모델의 엔진연소시험을 통해 연료의 유량을 조절하는 등의 작업으로 이뤄진다.

전남 고흥 나로우주센터에서 조립 중인 1단 발사체 체계개발모델(EM). /과학기술정보통신부 제공

고정환 항우연 한국형발사체 개발사업본부장은 "하반기에 예정된 1단 클러스터링 지상 연소시험이 가장 중요하다"면서 "엔진의 신뢰성을 확보하기 위한 인증절차가 이제 마지막 단계에 이른 만큼 올 상반기면 1단 개발은 사실상 완료되는 것으로 볼 수 있다"고 말했다.

항우연은 올해 4기 엔진의 클러스터링과 1기의 비행모델 조립을 완료한 뒤 2021년부터 실제 비행모델의 2회 발사를 계획하고 있다. 현재 발사대 공정율은 약 93%로 오는 10월이면 완성될 예정이다.

누리호 발사가 예정된 나로우주센터 제2발사대는 지난 2013년 나로호 발사 시 사용한 발사대와 달리 발사체가 세워진 상태에서 발사 준비작업을 수행할 수 있다. 높이 45.6m의 엄빌리칼 타워가 그 역할을 맡는다.

엄빌리칼 타워와 발사체를 연결하는 ‘암(arm)’ 등 제2발사대가 완공되면 비행모델 이전에 조립된 인증모델 발사체를 사용해 기립 기능 작동과 추진제 공급 등 발사대 기능을 마지막으로 확인하는 절차를 밟는다.

임철호 항우연 원장은 "200여곳 이상의 국내 기업과 우리 연구진들이 순수한 우리 기술 개발을 위해 협력하고 있다"면서 "올해 예정대로 한국형 발사체 개발을 마무리해 내년 발사에 착수할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다. 내년 예정대로 누리호 본 발사에 성공하면 한국은 독자적인 우주 발사체 기술을 보유하게 된다.