국내 독자 기술로 개발된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 우주를 향해 다시 한번 날아오른다.

21일 과학기술정보통신부(과기정통부)와 한국항공우주연구원(항우연)은 이날 누리호 2차 발사에 나선다.

목표는 인공위성을 고도 700㎞의 궤도에 올려 초당 7.5km의 속력(시속으로는 2만7천km)으로 지구 주변을 안정적으로 돌도록 하는 것이다. 지난해 10월 1차 발사에서는 목표가 이뤄지지 않았다.

이번 2차 발사는 한국이 독자 개발한 발사체에 실제 기능을 지닌 독자 개발 인공위성을 실어서 쏘는 첫 사례다.

1차 발사에서는 실제 기능이 없는 1.5t짜리 위성 모사체(더미 위성)만 실렸으나, 2차 발사에서는 1.3t짜리 위성 모사체와 함께 우주기술 시험 등 실제 기능을 지닌 성능검증위성(질량 162.5kg)이 실린다.

성능검증위성은 조선대, KAIST, 서울대, 연세대 학생팀이 각각 하나씩 제작한 초소형 '큐브위성' 4개도 품고 있다. 각 큐브위성은 궤도 안착 후 약 1주째부터 성능검증위성으로부터 순차적으로 분리돼 독자적 임무를 수행한다.

이날 누리호 2차 발사에 성공하면 우리나라는 자력으로 실용급 위성을 발사하는 능력을 입증하는 7번째 국가가 된다.

외국의 발사체를 이용하지 않더라도 우리 힘으로 위성을 쏘아올릴 능력을 갖춰, 주도적으로 다양한 우주 개발사업에 나설 수 있다는 의미다.

◇ 12년 3개월간 독자 개발한 누리호

누리호는 총 길이 47.2ｍ, 중량 200t 규모의 발사체다. 2010년 3월부터 개발돼 온 누리호는 1.5t급 실용위성을 지구 저궤도(600∼800km)에 투입할 능력을 갖추도록 설계됐다.

12년 3개월 동안 250여명의 연구개발 인력이 수많은 시행착오를 거치며 누리호의 설계, 제작, 시험, 발사 운용 등 전 과정을 국내 기술로 진행했다. 이를 위해 투입된 예산은 약 1조9천572억원이다.

우주 발사체 기술은 미사일 기술 통제체제(MTCR) 등 국제 규범에 따라 국가 간 기술 이전이 엄격히 금지된 분야다. 대륙간탄도미사일(ICBM) 기술과 대동소이해 군사적 목적으로 전용(轉用)될 우려가 있기 때문이다.

따라서 우주발사체 기술은 자력으로 개발하는 것 외에는 보유할 방법이 없다.

누리호의 가장 핵심적인 부품은 '발사체의 심장'이라고도 불리는 75t급 액체 엔진이다. 1단에서 75t급 액체 엔진은 4개가 한데 묶여 1개의 300t급 엔진처럼 동시에 점화하며, 2단에도 1개가 달려있다.

우리나라는 이 엔진 개발을 통해 세계 7번째로 중대형 액체로켓엔진 기술을 확보했다.

이 밖에도 대형추진제 탱크, 초고온 가스 등이 흐르는 배관, 발사대 등 모든 주요 부품이 우리 기업과 연구진의 기술력으로 만들어졌다.

연구진은 아울러 지난해 10월 1차 발사의 실패 요인이었던 3단 엔진 조기연소 문제를 해결하기 위해 3단 산화제탱크 내부의 고압헬륨탱크가 움직이지 않도록 하부 고정부를 보강하고 산화제 탱크 맨홀 덮개 두께를 강화했다.

2013년 1월 3차 발사에서야 성공한 나로호(한국형발사체 KSLV-Ⅰ)를 개발할 때만 해도, 1단 엔진은 러시아에 의존했고 한국은 2단 고체 모터(킥모터)만 만들었다.

◇ 발사 10분 전 자동운용

발사 수행기관인 항우연은 이날 발사 시간 범위를 오후 3∼7시로 잡고, 오후 4시를 가장 유력한 시간으로 보고 발사를 준비하고 있다. 정확한 발사 시각은 이날 오후 열리는 발사관리위원회에서 결정된다.

항우연은 우선 오전 10시부터 발사통제지휘소를 통해 발사운용최종점검 등 준비 작업에 착수한다.

오전 11시부터는 육상과 해상 등의 안전통제를 시작한다.

발사 경계구역은 지상에서는 발사대 중심으로 3㎞ 이내에서 인원과 차량, 해상에서는 비행 방향 폭 24㎞, 길이 78㎞ 해상 범위 안의 인원과 선박이 각각 통제된다.

공역에서는 비행 방향 폭 44㎞, 길이 95㎞를 통제 공역으로 설정해 항공기의 안전을 확보한다.

발사 시각이 확정되면 발사 약 4시간 전부터 연료(케로신)와 산화제(액체산소) 주입을 위한 절차를 시작한다.

연료탱크와 산화제 탱크를 순서대로 채운 뒤, 발사체를 지탱하는 기립 장치를 철수하는 작업이 이뤄진다.

발사 10분 전에는 발사자동운용(PLO)이 가동되며 본격적인 카운트다운에 돌입한다.

PLO는 한번 가동되면 수동으로 중지시킬 수 없으며, 시스템에 문제가 포착될 때는 발사 시퀀스가 자동으로 중단된다.

PLO가 누리호의 정상 상태를 확인하면 1단 엔진이 자동 점화된다.

1단이 300t 추력에 도달하면 누리호를 붙잡고 있던 4개의 지상고정장치(VHD)가 풀리면서 누리호의 비행이 시작된다.

1단 분리는 이륙 개시 127초(2분 7초) 후 고도 59㎞에서 이뤄진다. 233초(3분 53초) 후에는 고도 191㎞에서 페어링(위성 등 발사체 탑재물을 보호하는 역할을 하는 덮개)이 분리된다.

발사 후 274초(4분 34초)가 지나면 고도 258㎞에서 2단이 분리되고, 발사 후 897초(14분 57초)가 지나면 최종 목표 고도 700㎞에 도달한다.

이때 3단의 추력이 종료되고, 이로부터 대략 100초(1분 40초)가 더 지난 다음에 탑재된 성능검증위성이 분리돼, 초속 7.5km의 속력으로 지구 주변을 돌게 된다.

성능검증위성과 지상국이 최초로 교신하는 시점은 발사 후 약 42분 23초쯤이다.

과기부와 항우연은 이날 늦은 오후 비행 궤도 데이터 등을 분석해 종합적인 판단을 토대로 브리핑을 열어 성공 여부를 발표할 계획이다. 브리핑은 발사 후 약 1시간 10분만에 열릴 것으로 전망된다.

◇ 날씨 따른 지장은 없을 듯

장마 기간이 다가오면서 누리호 발사에 가장 큰 변수로 꼽혀온 날씨로 인한 지장은 없을 것으로 보인다.

기상청이 21일 오전 5시에 업데이트한 단기예보에 따르면 발사가 유력한 이날 오후 3∼7시 전남 고흥군 나로우주센터의 강수 확률은 30% 이하이며, 바람은 초속 7ｍ 안팎이나 그 이하로 예상된다. 비나 낙뢰 등은 예보되지 않았다.

누리호가 발사되려면 지상풍은 10분 평균풍속과 순간최대풍속이 각각 초속 15ｍ와 21ｍ 미만이어야 하며, 근처에 낙뢰가 없어야 한다.