[지금은 우주] 누리호 성공의 조건…초속 1.8→4.3→7.5km에 달렸다

[아이뉴스24 정종오 기자] 10월이 시작되면서 고흥나로우주센터 제2 발사대에 눈길이 쏠린다. 오는 21일 오후 4시 한국형발사체 ‘누리호’가 발사되기 때문이다. 이날 누리호가 발사에 성공하면 우리나라는 자체 기술로 만든 ‘우주 수송수단’을 갖는다. 1.5톤급 위성체를 우주로 보낼 수 있는 7개 나라에 이름을 올린다.

누리호의 성공을 결정짓는 요소는 무척 많다. 발사 당일 날씨와 여러 돌발 요소로 발사가 중단될 수 있다. 수십만 개의 부품이 한 치의 오차도 없이 작동해야 하는 것은 물론이다.

누리호는 발사 10분 전부터 자동운용을 시작한다. 발사체 이륙 직전까지 1단과 2단의 발사 관제 시스템에 의해 자동으로 이뤄지는 준비 작업이다. 이때도 예측 불가능한 상황을 맞을 수 있다. 컴퓨터가 이상을 감지하면 카운트다운은 바로 중단된다.

무엇보다 누리호 성공 여부는 1, 2, 3단이 분리될 때 제대로 된 속도가 나오느냐에 달렸다. 누리호는 총 3단으로 만들었다. 1단에는 75톤급 액체엔진 4기가 달렸다. 2단은 75톤급 액체엔진 1기, 3단은 7톤 액체엔진 1기 등으로 구성됐다.

누리호가 고도 700km까지 진출하기 위해서는 각 단이 분리될 때 적정한 속도에 도달해야 한다. 1단이 분리될 때는 초속 1.8km에 이르러야 한다. 시속으로 따지면 6천480km에 이르는 속도이다.

이어 2단이 분리될 때는 초속 4.3km에 도달해야 한다. 이어 마지막으로 3단 연소가 종료될 때는 초속 7.5km를 뚫어야 한다. 시속 2만7천km에 이르는 속도이다. 이 조건을 맞추지 못하면 누리호는 실패할 가능성이 크다.

누리호가 제 속도를 내기 위해서는 엔진 역할이 매우 중요하다. 이 때문에 항우연 등은 그동안 엔진에 대한 연소시험을 수차례 진행했다.

75톤급 액체엔진에 대해 누리호 발사 전까지 모두 33기의 엔진을 시험한다. 지상과 고공 모사 환경에서 총 184회, 누적 연소시간은 1만8천290초에 달한다. 7톤급 액체엔진에 대해서도 지금까지 모두 12기의 엔진 시험, 총 93회에 누적 연소시험 1만6천925초를 수행했다.

연소시험을 오랫동안 하는 이유는 엔진 클러스터링 기술과 관련 있다. 클러스터링 기술은 엔진 4기의 정확한 정렬과 균일한 추진력을 내는 것이 관건이다. 클러스터링 기술 개발을 위해서는 엔진 4기의 정확한 정렬과 균형 잡힌 추진력을 내는 것이 중요하기 때문이다.

러시아와 합작으로 개발한 나로호의 경우 페어링(위성 보호 덮개)이 제때 벗겨지지 않았고 이 때문에 제 속도를 못 내면서 실패한 바 있다.

조광래 전 한국항공우주연구원장은 “발사체는 각 단이 분리될 때마다 적정한 속도에 이르러야 한다”며 “발사체는 지구 중력과 싸우면서 고도 700km 공간에 도착하기 위해서는 단계마다 제 속도에 도달해야 다음 단계로 나아갈 수 있다”고 설명했다.

누리호가 성공하면 우리나라는 1.5톤급 실용위성 발사 가능한 7개국에 이름을 올린다. 전 세계적으로 현재 자력 발사 능력을 갖추고 있는 나라는 9개(러시아, 미국, 프랑스, 중국, 일본, 인도, 이스라엘, 이란, 북한)이다.

자력 발사 가능한 9개국 중 이스라엘, 이란, 북한은 300kg 이하 위성 자력 발사 능력이다. 무게 1t 이상 위성 발사가 가능한 국가는 현재 6개국이다.

◆누리호의 모든 것을 알아본다(https://youtu.be/nU_Dy_Ge0UE)