이제는 액체연료 로켓이다

나로호 3차발사… 카운터다운(3)

온 국민의 관심이 집중되고 있는 가운데 나로호 3차 발사가 눈 앞으로 다가오고 있다. 이번 발사는 한국이 로켓 발사국으로 세계 10번째 이름을 올리는 것 외에, 선진국 대비 50~60년간 뒤진 우주개발의 역사를 다시 쓸 수 있는 기회가 되고 있다는 점에서 매우 중요한 의미를 담고 있다. 사이언스타임즈가 발사 상황을 현장 취재했다.

이달 들어 고흥 나로호우주센터에서는 분주한 작업이 진행되고 있다. 나로호(KSLV-1)의 상·하단을 완전 조립하는 일 때문이다. 

상단 부분에는 한국에서 제작한 고체연료 발사체와 나로과학위성이 결합돼 있다. 하단은 러시아에서 가져온 액체연료 발사체를 말하는데, 이 하단 부분과 상단 부분을 조립하는 일이 지금 진행되고 있는 것이다.

▲ 고흥 나로호우주센터 발사체 조립동에서 세 번째 발사를 기다리고 있는 나로호(KSLV-1). 4일까지 일정으로 액체추진체인 하단과 고체추진체인 상단 조립작업을 진행하고 있다. ⓒ연합뉴스


박정주 발사체 기술연구소 추진기획실장은 “조립동으로 이동시킨 상단부(2단)를 하단부(1단)와 최소 10㎝간격을 두고 결합한 후 각종 케이블 연결 작업을 진행 중에 있다”고 말했다. 이 연결작업이 끝나면 발사와 관련된 연계시험, 전기점검, 탑재 배터리 충전 등 여러 가지 변수를 가정한 상황점검이 이어진다. 

나로호 속에 들어 있는 한국 로켓개발사

현재 진행 중인 나로호 상·하단 연결 작업을 세심하게 들여다보면 그 안에 한국 로켓개발사가 들어 있다는 것을 알 수 있다. 러시아에서 제작한 하단부 발사체는 액체추진 로켓이다. 반면 한국에서 제작한 상단부 발사체는 고체추진 로켓이다.

고체추진 로켓이란, 산화제와 연료를 하나의 화합물로 섞은 고체연료 로켓을 말한다. 고체추진기관을 쓰는 로켓은 액체추진기관 로켓에 비해 간단하지만, 일단 점화하면 속도 조절이 불가능하다는 단점이 있다.

▲ 고체연료 로켓인 KSR-1 발사 장면. ⓒ한국항공우주연구원

고체추진체 쪽에서 보면 한국은 다소 긴 발사경험을 축적하고 있다. 1993년 6월 3일 당시 한국항공우주연구소(현 한국항공우주연구원)에서는 서해안 안흥시험장에서 ‘과학 1호(KSR-1)’를 쏘아 올리는데 성공했다.

66.6°로 발사된 이 로켓은 96.3초 후 39km 고도에 도달했으며, 188초 동안 낙하거리 77.1km를 비행하면서 한반도 상공의 대기상태, 오존 농도, 로켓 자체의 온도 등을 측정해 지상으로 송신했다. 당시 이 로켓은 1단형 고체추진체 로켓이었다.

항공우주연구원은 ‘과학 1호’의 성공 경험을 바탕으로 성능을 보완한 로켓 ‘과학 2호’를 1993년 9월 1일 동일한 발사장에서 발사했다. 이 로켓 역시 고도 49km, 낙하거리 101km를 비행하면서 오존 측정, 로켓성능 측정임무 등을 성공적으로 수행했다.

2단형 고체추진 과학로켓인 ‘KSR-II’가 발사된 것은 1997년 7월 9일이다. 이 로켓의 임무는 중량 150kg짜리 과학 탑재물을 싣고 150km 고도에 도달해 한반도 상공 이온층 환경과 오존층 분포 등을 측정하는 일이었다.

이 역시 서해안 안흥시험장에서 발사가 이뤄졌는데, 발사에는 성공했으나 실험 관측에는 실패했다. 그러나 1998년 6월 11일 두 번째 발사에서는 실험관측에 성공했다. 그리고 이 경험은 향후 고체추진체 제작에 대한 자신감을 갖는 계기가 됐다.

추력 75톤 액체로켓, 자력으로 개발해야

한국이 액체추진 로켓 개발에 본격적으로 착수한 것은 2000년대 들어서다. 액체추진체는 구조가 매우 복잡해 개발 과정이 매우 어렵다. 반면 추진력이 매우 강하고, 점화 뒤 연료 주입량을 정확히 조절할 수 있어 로켓을 원하는 궤도에 정확히 진입시키기 위해 꼭 필요한 부분이다.

항공우주연구원에서는 지난 2002년 11월 28일 서해안 안흥시험장에서 우리 기술로 만든 액체추진 로켓 ‘KSR-III’ 발사에 성공했다. 이 액체로켓은 도달 고도 42.7km, 비행거리 79.5km, 비행시간 231초라는 기록을 남겼다.

그리고 지금 발사하고 있는 ‘나로호(KSLV-1)’는 한국의 첫 우주발사체다. 그 안에는 러시아에서 만든 액체추진체와 한국에서 만든 고체추진체가 함께 들어 있다.

발사 시 우주상공 약 170km까지는 1단 액체추진체를 사용하게 되며, 1단이 분리되면 한국에서 만든 2단 로켓이 또 다시 점화돼 탑재한 100kg급 인공위성(나로과학위성)을 원하는 궤도에 올려놓게 된다.

이번 나로호 발사는 한국의 로켓 개발사에 있어 연장선상에 있다고 할 수 있다. 안타까운 것은 지난 2009년 8월 25일 1차 발사 이후 두 번의 실패 과정을 통해 벌써 3년여의 세월이 흘렀다는 점이다. 그동안 나로호는 100kg급 나로과학위성을 올리는데 머물러왔다.

그러나 로켓 사업이 수익성을 갖추기 위해서는 이보다 훨씬 무거운 위성 등을 싣고 갈 수 있어야 한다. 지난 5월 우주궤도 진입에 성공한 아리랑 3호의 경우 무게가 980kg이었다. 나로과학위성과 비교해 약 10배에 이르지만 이 역시 작은 위성에 속한다.

5톤이 넘는 무거운 위성, 더 나아가 우주화물선까지 우주궤도에 올릴 수 있는 로켓기술을 확보해야 하는 일이 장기 과제로 남아 있다. 항공우주연구원에서 추력 75톤급 추진체를 개발하려는 이유가 여기에 있다. (계속)

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