The Science Times

21일, 누리호 발사의 완전한 성공을 통해 한국은 30년만에 우주독립을 달성하며 세계7대 우주강국의 반열에 들었다. ©한국항공우주연구원

2022년 6월 21일 오후 4시, 많은 이들의 기대와 응원 속에 한국형 발사체 누리호가 힘차게 날아올랐다. 15분 45초의 비행시간동안 누리호는 단분리 및 엔진점화 과정 등 모든 과정을 완벽히 수행했을 뿐 아니라 한국산 위성을 목표 궤도에 훌륭히 안착시키는 데에 성공했다.

누리호의 완전한 대성공을 기점으로 대한민국은 마침내 ‘독자적으로 실용 위성을 우주로 쏘아 올릴 수 있는’ 우주 강국에 이름을 올렸다. 더는 타국의 도움 없이 국가우주개발계획을 독자적으로 수립하고 수행할 수 있는 ‘우주독립’의 원을 마침내 이룬 것이다. 1993년 우주독립을 목표로 쏘아 올린 최초의 과학관측로켓 과학1호 발사 이후로 꼭 30년 만이었다.

우여곡절 누리호, 기다림을 더하다

2일, 고대해 온 누리호가 드디어 발사되었다. ©한국항공우주연구원

본디 15일 예정이었던 누리호 발사는 한 번은 날씨 문제로 16일로 연기되었다. (‘D-2 day, 경험을 통해 강해진 누리호의 두 번째 도전’) 그리고 발사대로 이송해 기립한 15일, 전기부품결함 문제로 불확실한 일정으로 연기되어 총 두 차례의 연기를 겪었다. (‘누리호의 도전 일시정지, 오늘(17일) 윤곽 잡힌다’)

액체산소탱크(산화제탱크)의 양(수위)을 측정하는 센서의 결함으로 1단과 2단의 분리가 필요할 것이라는 점과 장마철이 다가오는 시기가 우려되는 상황이었다. 발사예비일인 23일 전에 점검과 수리를 마치기 어렵다는 예측이 유력해지며, 그렇게 된다면 다시 국제사회와 발사일을 조정해야 하는 절차를 밟아야 하기에 늦가을에 발사할 가능성도 제기되고 있었다.

저녁에 이송되는 만큼 안전문제를 고려해 누리호가 다시 조립동으로 돌아온 것은 16일 밤 10시 30분 경이었다. 그러나 놀랍게도 17일 오후, 항공우주연구원은 누리호 로켓의 분리 없이 센서 부품의 교체와 전체적인 점검을 마쳤다고 발표했다. 짧은 시간 동안에 연구진과 개발진이 마지막까지 총력을 쏟아부었음을 알 수 있는 대목이었다. 그렇게 누리호의 최종발사일이 21일로 정해지며, 긴 기다림을 깨고 마침내 날아올랐다.

국민 모두와 함께 지켜본 누리호의 완전한 성공

누리호 발사는 한국항공우주연구원 뿐 아니라 여러 과학관, 언론사 등의 채널을 통해 생중계되어, 대한민국 역사에 기념비적인 순간을 모든 국민이 함께 지켜볼 수 있었다. 유튜브 채널의 실시간 채팅을 통해서도 많은 응원이 쏟아졌는데, 특히 어린 10대 학생들의 응원이 주를 이뤘다.

21일 오후 2시 누리호 발사관리위원회에서 기술적 준비상황, 기상상황, 우주물체와의 충돌 가능성 등을 종합적으로 검토하여 발사시각을 오후 4시로 최종결정했다. 오후 2시 27분경에 누리호에 케로신 연료 충전이 완료되었고, 3시 10분경에는 액체산소 산화제 충전이 완료되었다. 발사 10분 전 누리호는 발사자동운용상태로 들어갔는데, 자동 운용 중에 이상 현상을 감지하면 자동으로 발사가 중단되는 시스템이다.

역사적인 6월 21일 15시 59분 59초, 누리호는 마침내 하늘로 날아올랐다. 이륙 후 15분 45초간의 비행 동안 1단로켓분리, 페어링분리, 2단분리, 검증위성분리, 위성모사체 분리까지의 모든 과정을 훌륭히 수행했다. 최종적으로 목표 고도 700 km와 목표 속도 초속 7.5 km에 도달함으로써 위성을 궤도에 올리는 데까지 완전한 성공을 거두었다.

단 로켓을 분리해내고 점화를 시작하는 누리호 3단 로켓의 촬영 모습이다. ©한국항공우주연구원 KARI TV

누리호가 성능검증위성을 분리해내는 모습을 페어링에서 촬영한 모습이다. ©한국항공우주연구원 KARI TV

마침내 위성모사체 분리에 성공하는 누리호의 모습을 페어링(좌)과 3단로켓(우)에서 촬영한 모습이다. ©한국항공우주연구원 KARI TV

누리호는 발사 이륙 2분 3초(124초) 후 고도 62 km에서 1단 분리를, 3분 47초(227초) 후 고도 202 km에서 페어링 분리를 했다. 곧이어 발사 4분 29초(269초)만에 2단분리를 했으며, 14분 35초(875초)에 목표고도에 도달한 705 km에서 성능검증위성 분리를, 마지막으로 15분 45초(945초)에 위성모사체분리까지 성공하며 모든 과정을 정상적으로 수행했다. 특히 1차 발사 때 달성하지 못했던 목표속도 초속 7.5 km를 거의 정확하게 달성하는 쾌거를 보였다.

완전한 성공 공식발표, 우주강국을 선언하다

마침내 16시 14분 35초 성능검증위성을 성공적으로 분리하자 발사통제동은 흥분의 도가니에 휩싸였다. 기도하듯 양손을 꼭 붙잡고 초조하게 지켜보던 연구진들은 다함께 박수를 치며 서로를 얼싸안기도 하고, 눈물을 보이는 이도 많았다.

누리호의 발사를 앞두고 초조해하는 연구원들의 모습이다. ⓒ한국항공우주연구원 KARI TV

누리호의 성공에 연구원들이 마음껏 기뻐하고 있다. 기쁨을 온몸으로 표현하기도 하며 눈물을 흘리는 이들도 많았다. ⓒ한국항공우주연구원 KARI TV

30여분 후, 드디어 누리호가 쏘아 올린 인공위성의 신호가 남극세종과학기지 안테나에 들어왔다. 이 날 5시 10분 과학기술정보통신부 이종호 장관은 브리핑에서 “대한민국 우주의 하늘이 활짝 열렸다. 대한민국 과학기술이 위대한 전진을 이루었다”며 누리호의 완전한 성공을 공식 발표했다. 성공 소식을 전하며 만면에 웃음을 띤 모습이 눈에 띄는 모습이었다. 화면에 비친 연구원들의 모습 또한 어두운 눈 밑과 붉은 눈시울을 감추지 못하는 이들이 더러 있었다.

이종호 장관은 또한 “우리 땅에서 우리 손으로 우리가 만든 발사체를 쏘아 올리는 7번째 나라가 되었다”며 대한민국이 7대 우주강국의 반열에 올랐음을 공식화했다. 누리호의 성공에 대해 윤석열 대통령 또한 “공약에서 말씀드린 바와 같이 정부도 항공우주청을 설치해 항공우주산업을 체계적으로 지원하겠다”며 우주산업 확장 및 발전에 대한 기대를 표했다.

세부적인 변수 및 수치에 대한 설명이 이어졌는데, 항공우주연구원에서는 전체적으로 오차범위 이내로 성공이었다 밝혔다. 고도 역시 705 km 달성으로, 목표 고도인 700 km에서 5%범위 이내, 665 km-735 km 범위에 훌륭하게 들었고 속도 또한 목표 속도 초속 7.5 km에 거의 완벽하게 맞췄다는 설명이다. 총 발사과정 시간은 15분 45초로, 기존 보도자료로 알려진 16분 7초보다 22초 더 짧은 시간이었는데, 이 역시 충분한 오차범위 내로 정상적으로 과정이 이루어졌다는 설명이다.

22일 새벽 3시, 위성 쌍방 통신까지 완벽

발사일 21일 누리호 성능검증위성의 신호를 받은 데에 이어, 익일 새벽인 22일 오전 3시 1분경, 성능검증위성은 대전 한국항공우주연구원과 쌍방향 교신에 성공했다. 항공우주연구원은 성능검증위성의 기본적인 상태 정보를 수신했고, 위성에 원격 명령을 처음으로 전달했다. 이로써 누리호의 궤도투입 성능이 완전히 확인된 것이다.

명령어 전송을 통해 위성의 시각과 지상의 시각을 동기화하고 위성에 탑재된 gps 수신기를 활성화시켰으며, 또한 위성의 자세제어에 필요한 궤도 정보를 함께 전송했다. 위성이 보내온 상태정보데이터 분석결과, 배터리도 완충되어 매우 양호한 상태에 모든 기능이 정상적으로 작동됨을 확인할 수 있었다.

항공우주연구원에서 교신담당을 맡은 안상일 연구원은 “세종기지와의 교신은 발사 후 42분 30초로 예상했는데 좀 더 일찍 신호를 수신했다”, “자세가 예측보다 훨씬 안정적이어서 데이터를 받아보고 많이 놀랐다”고 말하며, 위성 자세제어 및 교신과 관련한 뛰어난 성과에 기쁨을 표했다. 또한 위성이 태양을 찾는 단계이자 좋은 자세로 안정적인 궤도에 있음을 입증하는 ‘선포인트(sun point, sun pointing)’ 도달 역시 “예측보다 일찍 도달했다”며 여러 면에서 매우 성공적이었다고 밝혔다.

누리호에 장착된 위성모사체와 성능검증위성의 모식도이다. ©한국항공우주연구원

연구진은 성능검증위성에 국내기술로 개발된 발열전지, 제어모멘트자이로, S밴드(2.2GHz 대역) 안테나가 탑재되어있으며 운용기간 동안 탑재체들이 실제 우주환경에서 성능을 잘 발휘하는지 검증할 계획이라 밝혔다. 성능검증 위성은 앞으로 지구를 하루에 14.6바퀴씩 궤도운동하며(지구태양동기궤도) 2년간 임무를 수행할 예정이다.

위성은 본격적인 임무 수행에 앞서 향후 한 달간은 초기운용과정을 거친다. 특히 앞으로 7일간 자체 상태를 계속 점검하며 자세를 안정시키는 작업에 들어간다. 또한 이틀 간격으로 우리나라 대학생들이 만든 큐브위성을 하나씩 사출한다. 6월 29일에는 조선대, 7월 1일에는 카이스트, 3일에는 서울대, 5일에는 연세대 학생들이 만든 큐브위성이 사출될 예정이며, 위성에 탑재된 카메라를 통해 사출과정 촬영영상이 공개될 예정이다.

이제는 7대 우주강국, 대한민국 우주산업의 미래

과학기술부와 항공우주연구원은 이후 2027년까지 4번의 추가 발사를 통해 누리호의 기술적 신뢰도와 안정성을 높여나갈 계획이라 밝혔다. 누리호의 3차발사는 2023년 전반기로 예상되며, 더욱 고도화된 위성을 쏘아 올릴 계획이다. 또한 8월에는 최초의 한국 달 궤도선 ‘다누리’를 발사할 예정이며, 국제유인우주탐사사업 아르테미스 참여도 함께 언급하며 “대한민국의 우주개발역량을 계속해서 키워나갈 것”이라 밝혔다. 특히 누리호 다음 차세대 발사체에 대해 “한국형 발사체로 달 유인 탐사선을 보내 달 표면착륙을 목표로 하고 있다. 이는 이제껏 미국, 러시아, 중국만이 성공했던 일이다”라며 비전을 말했다.

또한 민간기업에 기술적 이전을 통해 한국 우주산업의 자생적 생태계를 조성하겠다고 밝혔다. 누리호 개발에는 300여개 기업이 참여하였으며, 주력 참여 30개 기업만 해도 500여명의 인력이 참여했다. 누리호는 체계종합기업 발굴 및 육성을 통해 누리호 체계 총조립, 엔진조립, 각종 구성품 제작 등 기술 협력을 강화할 예정이다. 올 하반기에 선정될 체계종합기업은 누리호 3차 발사 때에는 발사운용을, 4차 발사부터는 제작부터 주도할 계획이며, 이 때 항우연은 기술지원 및 품질보증과 관리를 맡을 예정이라 한다. 또한 2027년 이후 체계종합기업이 누리호를 통해 세계시장에 진출할 수 있도록 준비 중이라 밝혔다.

누리호 개발에 참여한 주요 산업체 현황을 나타낸 이미지다. ©한국항공우주연구원

한국항공우주연구원에서는 우주과학 교육과 인재 양성도 함께 강조했다. 이와 관련해 대학생들이 큐브위성을 제작하는 것을 구준히 공모하고 계속해서 장려할 계획이라 밝혔다. “큐브위성 자체는 워낙 소형으로, 기업에서 만드는 수준이 될 수는 없으나 대학생들의 교육 및 우주기술확산과 인재양상에 큰 영향이 있다 보기에 집중적으로 활성화하겠다”고 말했다. 또한 “꿈나무인 어린이들이 과학기술에 관심을 많이 가지고 이바지하는 인재로 자랄 수 있도록 가정에서도 많이 도와주시길 바란다”며 다시 한번 교육 및 우주인재양성의 중요성을 강조했다.

현재 누리호 다음의 차세대발사체개발사업은 예비타당성조사가 진행 중이다. 저궤도 대형위성 발사와 달착륙선 자력발사가 목표이다. 특히 재점화와 추력조절 등 ‘재사용발사체’ 기반 기술이 탑재된 ‘다단연소사이클 엔진’ 개발 목표가 포함되어 있어 한국 우주기술의 도약이 기대된다. 누리호가 연 한국의 우주산업은 무궁무진한 가능성을 향해 이제 막 첫발을 내디뎠다.

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