우리나라가 자체 기술로 2031년 달 표면에 우주선을 보내 착륙시킨다는 계획을 추진함에 따라 이를 위한 차세대 발사체 개발 사업에 관심이 쏠린다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 최근 이 사업의 예비타당성 조사에 착수했다.

11일 과기정통부와 전문가 등의 설명을 종합하면 2030년에 차세대 발사체 성능 검증을 위한 발사가, 2031년에 달 착륙선을 보내기 위한 발사가 각각 예정돼 있다.

차세대 발사체 개발이 완료되면 우리나라는 지구궤도 위성뿐만 아니라 달이나 화성 등에 대한 독자적 우주탐사 능력까지 확보할 수 있게 된다.

다만 차세대 발사체를 개발하려면 누리호에 쓰이는 '한국형발사체 KSLV-Ⅱ'보다 훨씬 높은 기술 수준을 달성해야 한다. 누리호는 작년 10월 1차 발사에 이어 올해 6월 2차 발사가 예정돼 있다.

차세대 발사체는 2단으로 개발될 예정으로, 3단이던 누리호 발사체보다 단수가 줄었다.

2단형 발사체는 발사 시 연결단 분리를 한 번만 하면 되기 때문에 3단형보다 실패할 확률이 낮아지고, 조립해야 할 단이 줄어드는 만큼 사용하는 부품 수도 줄기 때문에 경제성이 높아진다는 장점이 있다.

다만 더욱 강력한 추력이 요구되기 때문에 엔진에 변화가 생겼다. 똑같은 조건일 경우 이론적으로는 단 분리를 많이 할수록 추진에 유리하지만, 까다로운 조정이 많이 필요하다.

과기정통부 관계자는 "(2단으로 줄어든) 차세대 발사체는 효율적으로 추진력을 높이려고 했다"고 밝혔다.

이를 위해 수치로 표현되는 추력 자체를 높일 뿐만 아니라, 다단연소 방식으로 전환해 효율성도 높이기로 했다.

차세대 발사체는 1단에 다단연소 방식의 추력 100t급 액체 엔진 5기, 2단에 같은 방식의 10t급 액체 엔진 2기가 각각 클러스터링 방식으로 묶인다. 연료는 액체산소-케로신(등유)을 기반으로 한다는 점에서 누리호와 대동소이하다.

노태성 인하대 항공우주공학과 교수는 "다단연소를 하게 되면 발사체 연소실의 압력이 높아지면서 (누리호에 쓰인 가스발생기 방식보다) 추력을 더 얻을 수 있어 효율이 높다"며 "전체적으로 발사체의 무게를 줄이고 오래 작동할 수 있어 인공위성 등의 궤도를 제대로 맞추기 용이하다"고 했다.

누리호 발사체는 1단과 2단에 터보펌프 방식 추력 75톤급 엔진을 각각 4기와 1기 장착했고, 3단에는 가스발생기 사이클방식의 추력 7톤급 엔진 1기를 달았다.

과기정통부는 산업체를 중심으로 재점화와 추력 조절 등 재사용 기반 기술 개발도 병행해 선진국과의 기술 간극을 좁히는 전략도 함께 추진한다.

아울러 이런 발사체 구성으로 수송 능력도 대폭 확대해 우주 관광과 대형 화물 수송도 가능하도록 한다는 구상을 세웠다.

누리호 발사체는 1.5t급 저궤도 위성과 700㎏ 경량급 달착륙선 투입 정도만 가능해 대형위성이나 달착륙선을 자력으로 발사하거나 행성이나 심우주 탐사에 나서는 것은 무리다.

페이로드(탑재물)를 지구 저궤도에 투입한다는 가정을 할 때 누리호 발사체는 3.3t까지 수송할 수 있지만, 차세대 발사체는 10.0t까지 가능하다. 또 7.0t 규모 다목적 실용위성과 1.8t 규모의 달 탐사선도 쏘아 올릴 수 있다.

즉 차세대 발사체로는 행성과 심우주 탐사까지도 가능해진다.

정부는 이같은 계획이 실현될 수 있도록 경험과 기술 기반을 쌓아나가고 있다.

누리호 2차 발사가 올해 6월로 예정돼 있고, 8월에는 한국 역사 최초의 달 궤도선이 미국 플로리다에서 스페이스X가 제작한 팰컨-9에 실려 발사된다.

이어 2027년까지는 누리호 4기를 추가로 발사하는 한국형발사체 고도화 사업이 진행된다.