내달 한국형 발사체 '누리호' 시험모델 시험대…"180~220㎞ 도달 관건"

항우연 "시험발사 실패 시 내년 재차 도전…누리호 발사 시점도 늦어질 듯"

[프라임경제] 오는 2021년 우주로 떠날 예정인 한국형 발사체 '누리호'의 시험모델이 공개됐다. 이 모델은 다음달 말께 시험대에 오를 전망이다. 성공 결과에 따라 누리호의 발사 시점이 결정되는만큼 업계 이목이 집중되고 있다.

과학기술정보통신부(장관 유영민·이하 과기정통부)는 6일 한국항공우주연구원(원장 임철호·이하 항우연)과 함께 전남 고흥에 위치한 나로우주센터에서 '시험발사체 비행모델(FM)'을 공개했다.

시험발사체 비행모델은 오는 2021년 발사될 예정인 한국형 발사체 '누리호'의 테스트 모델로, 길이 25.8m, 무게 52.1톤, 지름은 2.6m이다. 75톤급 액체엔진(1단) 1기와 중량 시뮬레이터(2단)로 구성됐다.

최종 목표인 누리호(길이 47.2m, 무게 200톤, 지름 3.5m)의 절반 수준 크기다. 누리호는 1.5톤급 실용위성을 지구 저궤도(600㎞~800㎞)까지 쏘아올릴 수 있도록 3단형으로 구성될 예정이다.

발사대에 기립한 시험발사체 인증모델. ⓒ 과학기술정보통신부

항우연은 시험발사체를 개발 중 △연소 불안정 △밸브 개발 △추진제탱크 개발 등 다양한 기술적 난제를 극복했다.

연소불안정은 막대한 양의 추진제가 급속하게 연소하는 과정에서 발생하는 주파수와 연소실의 고유한 음향장이 공진을 일으켜 불안정한 연소가 나타나는 현상이다. 이럴 경우 액체엔진 개발 과정에서 폭발현상이 발생할 수 있다.

항우연은 지난 2014년 10월 처음으로 이 현상을 발견, 16개월 동안 20차례 이상의 설계변경·재제작·반복시험을 통해 2016년 2월 안정적인 연소시험 결과를 확인할 수 있었다.

발사체에 필수적인 역할을 하는 '밸브' 개발도 난관을 겪었다. 극저온, 고압, 고온 등 극한 상황에서도 약간의 변형 없이 견딜 수 있어야 하기 때문. 밸브는 시험발사체에 약 100개, 한국형 발사체 누리호에 무려 450개가 사용된다.

발사체의 대부분을 차지하는 추진제탱크의 경우 무게 절감 이슈에 골머리를 앓았다. 추진제탱크는 발사체 전체 부피의 80% 정도를 차지할 정도로 크지만, 성능을 결정짓는 무게를 절감하기 위해 두께는 2~3㎜ 정도로 맞춰야 하기 때문.

특히 가벼우면서도 튼튼하고, 발사 시 하중과 탱크 내부의 압력을 견디기 위해서는 알루미늄 소재를 사용해야 하지만, 용접 과정이 매우 어려워 '용접 불량·공정개선·용접 불량'이 반복됐다.

항우연은 밤샘, 휴일 작업 등을 통해 수많은 실패와 시행착오를 겪으면서 2단 추진제탱크 개발공정을 안정화했고, 이렇게 축적한 기술과 경험을 활용해 1, 3단 추진제탱크 개발에 매진하고 있다.

내달 말 진행될 예정인 시험발사체 발사 시퀀스(안). ⓒ 프라임경제

이렇게 탄생한 시험발사체는 다음달 25일 나로우주센터에서 발사될 예정이다.

시험발사체는 발사 후 143.5초만에 1단 연소를 종료한 뒤 313초가량 흐른 시점에 최대고도에 도달할 것으로 보고 있다. 이륙 후 약 11분(643초)이 흐른 시점에는 제주 남단 해상에 낙하할 예정이다.

과기정통부와 항우연은 이번 시험발사를 통해 △75톤급 액체엔진 비행성능 △발사체 서브시스템 성능 △임무제어 시스템 등 비행소프트웨어 및 전자탑재체 성능 △발사체 추적 시스템 등 지상시스템 성능 등을 검증한다는 방침이다.

항우연 관계자는 "시험발사일 기상상황 등 변수를 고려해 발사체가 180~220㎞ 지점에 도달했을 경우 성공으로 보고 있다"며 "이 같은 내용을 담은 발사계획서를 과기정통부에 제출한 상태"라고 말했다.

한편, 항우연은 이번 시험발사가 실패로 끝날 경우 재차 시험발사를 준비한다는 방침이다. 이 경우 한국형 발사체 누리호 발사 계획은 1년 가량 연기될 것으로 보인다.