[고흥=뉴스핌] 이경태 기자 = 우리 손으로 직접 하늘문을 열었다.

한국형 발사체 '누리호(KSLV-II)'의 성공적인 발사로 우리나라는 세계에서 7번째로 1t 이상의 실용급 위성을 자력으로 우주로 쏘아올릴 수 있는 국가가 됐다. 이를 위해 한국형발사체 사업은 11년 7개월을 쉼없이 달려왔다.

◆ 경차 300대 쏘아올릴 힘으로 띄운 누리호

누리호는 21일 오후 4시 전남 고흥군 나로우주센터 제2발사대(동경 27.53도, 북위 34.43도)에서 75t급 액체로켓엔진 4기를 동시에 점화시키면서 이륙했다.

이날 오후 카운트다운이 종료되며 1단부 엔진 4기가 동시에 점화되면서 무려 300t 수준의 추력이 누리호를 지상에서 밀어냈다. 이는 경차 300대를 하늘로 쏘아올리는 수준의 힘이다.

[고흥=뉴스핌] 사진공동취재단 = 21일 고흥군 나로우주센터 제2발사대에 거치된 한국형 발사체 누리호(KSLV-ll)가 힘차게 날아오르고 있다. 누리호는 1.5t급 실용위성을 지구저궤도(600~800km)에 투입하기 위해 만들어진 3단 발사체이며 엔진 설계에서부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모두 국내 기술로 완성한 최초의 국산 발사체이다. 2021.10.21 photo@newspim.com

누리호의 길이는 47.2m에 달한다. 연료 56.5t, 산화제 126t, 비행체 20t을 합해 총중량은 200t이다. 스테인리스 알루미늄 구조체인 위성 모사체(더미)의 중량은 1500kg이다. 누리호는 1단 75t급 액체엔진 4기, 2단 75t급 액체엔진 1기, 3단 7t급 액체엔진 1기 등 총 3단 로켓으로 구성됐다.

이륙 후 누리호는 1단 분리(127초), 페어링 분리(233초), 2단 분리(274초), 위성 모사체 분리(967초)의 비행 과정을 거쳤다. 위성 모사체 분리는 고도 700km에서 이뤄지는데, 발사 후 16분 7초였다.

위성 모사체 분리에는 성공했으나 최종 궤도 진입에는 실패한 것으로 오후 6시 20분께 확인됐다.

나로우주센터에서 발사된 누리호는 제주도와 일본 후쿠에자마에서 각각 약 100km 떨어진 곳을 지나 비행한다. 페어링 분리는 발사장에서 251km 떨어진 고도 191km에서 진행된다. 실제 낙하되는 예상 지역은 발사장에서 약 1514km 떨어진 해상으로 예상된다.

1단 예상 낙하지점은 발사장에서 413km 떨어진 해상이며, 2단의 예상 낙하지점은 발사장으로부터 약 2800km 떨어진 해상으로 예측된다. 목표궤도에서 위성모사체 분리에 대한 데이터를 확인하려면 30분 정도가 더 걸린다.

누리호를 추적하기 위해 나로우주센터, 제주도에 추적 레이더 및 텔레메트리 안테나가 설치돼 운용중이다. 비행 후반부의 추적을 위해 서태평양 팔라우 추적소에 텔레메트리 안테나가 설치됐다. 나로우주센터에는 최대 3000km까지 발사체를 추적, 실시간 위치정보를 확보할 수 있는 추적레이더와 최대 2000km까지 발사체의 비행궤적, 동작상태 등을 확인할 수 있는 텔레메트리(원격자료수신장비) 등이 구축돼 있다. 추적레이다는 누리호의 위치정보(방위각, 거리, 고각)을 측정한다.

오승협 한국항공우주연구원 발사체추진기관개발부장은 "1단, 2단, 페어링, 3단 등으로 로켓이 분리되는 것으로는 첫 발사로 시험발사 성격"이라며 "첫 발사에서 살펴봐야 할 기술적인 데이터가 있다보니 이번에 위성 모사체를 탑재한 것이고 내년 5월 200kg에 달하는 실제 기능을 하는 위성을 탑재해 2차 발사에 나설 것"이라고 강조했다.

◆ 11년 7개월의 대장정 끝...700km 궤도 올라간 누리호

과학기술정보통신부와 항우연은 2010년 3월 한국형발사체 개발 사업을 착수했다. 이 사업은 러시아와의 국제협력을 통해 발사에 성공한 나로호와 달리, 국내 발사체 관련 산·학·연의 역량을 집결해 연구개발 및 생산 체계 구축으로 발사체 기술을 직접 개발해낼 수 있었다.

2011년 한국형발사체개발사업 추진체계개편에 따라 사업을 3단계로 관리됐다. 

[고흥=뉴스핌] 사진공동취재단 = 21일 고흥군 나로우주센터 제2발사대에 거치된 한국형 발사체 누리호(KSLV-ll)가 힘차게 날아오르고 있다. 누리호는 1.5t급 실용위성을 지구저궤도(600~800km)에 투입하기 위해 만들어진 3단 발사체이며 엔진 설계에서부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모두 국내 기술로 완성한 최초의 국산 발사체이다. 2021.10.21 photo@newspim.com

1단계는 7t급 터보펌프식 액체엔진 총조립 및 지상연소시험과 한국형발사체 개발을 위한 필수시험설비인 액체엔진 시험설비구축, 2단계는 75t급 액체엔진 성능검증을 위한 시험발사체 발사, 3단계는 75t급 액체엔진 4기를 활용한 1단엔진 클러스터링 기술 개발 및 3단형 한국형발사체 2회 발사를 목표로 설정했다. 

이후 사업 2단계 목표에 맞춰 2018년 11월 28일 시험발사체(Test Launch Vehicle) 발사에 성공했다 . 총 1단으로 구성된 시험발사체는 구조, 제어, 전자, 열·공력 등 발사체 서브시스템과 엔진을 비롯한 추진기관 등 주요 시스템이 모두 적용된 발사체였다.

이번 누리호 3단 로켓 발사 성공으로 사업 3단계 목표도 달성하게 됐다. 누리호 1차 발사를 위해 항우연은 75t급 액체엔진에 대해 누리호 발사전까지 모두 33기에 달하는 엔진 시험을 거쳤다. 지상 및 고공모사 환경에서 총 184회, 누적연소시간 1만8290초를 수행해 결점을 보완했다. 7t급 액체앤진은 현재까지 모두 12기의 엔진 시험이 진행됐다. 총 93회, 누적연소시험 1만6925.7초를 수행하며 엔진의 완성도를 높였다. 

이와 함께 누리호 개발에는 300여개 기업이 참여하며 독자 개발에 필요한 핵심부품 개발과 제작을 수행했다. 주력 참여 30여개 기업을 대상으로 조사한 결과, 약 500명의 인력이 참여한 것으로 나타났다. 

누리호 개발 초기 설계단계부터 산·연 공동설계센터를 구축해 관련 기술이전과 산업체 기술력 향상을 지원하기도 했다. 지난해 12월 기준 총 10개 기업 직원 40명이 항우연에 상주하며 협업한 것으로 파악됐다. 개발 초기부터 관련 산업체의 보유기술, 인력 및 인프라 등을 지속적으로 활용하고 있으며, 총 사업비의 80%인 약 1조5000억원 규모가 산업체에 집행돼는 등 민간 기업의 비중이 높았던 것으로 알려진다.

한화에어로스페이스 관계자는 "엔진을 개발할 때 목업(실물 크기 모형)을 만들어서 각종 시험을 하는 데 실제와 똑같은 금속재질로 제작할 경우, 비용이 천문학적으로 늘어나다보니 유사한 재질을 대체했다"며 "대신 조립과 분해를 수없이 진행하면서 다양한 데이터를 측정하고 이에 대응하는 것이 쉽지 않았는 데 이를 극복한 것이 주효했다"고 강조했다.

[서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 21일 오후 서울 용산구 서울역 대합실에서 시민들이 순수 국내 기술로 개발된 한국형 발사체 '누리호'의 발사 모습을 시청하고 있다. 2021.10.21 mironj19@newspim.com

위기의 순간도 있었다. 누리호의 성패를 좌우할 75t 액체엔진 개발 과정에서 2014년 10월 29일 첫번째 연소기 시험이 실패했다. 연소불안정 상태가 나타나면 최악의 경우 폭발사고를 불러올 수 있다. 이를 해결하기까지 4년 간 1332회의 시험을 거쳐야 했다. 국내 연구진은 10개월 만에 연소 불안정을 극복했다.

2015년 8월에는 추진제 탱크의 납품 지연이 정상적인 한국형발사체 개발에 애를 먹기도 했다. 누리호에 초당 1t의 산화제와 연료를 공급하는 추진제 탱크의 두께는 겨우 100원자리 동전 두께와 같다. 부피와 두께가 상당히 큰 것에 비해 가볍게 만들어야 하는 만큼 두께가 비현실적으로 얇은 상황이라는 게 항우연 관계자의 설명이다.

항우연 관계자는 "2005년 나로호 선행 개발 때와 비슷한 탱크를 만들면서 16년이라는 용접기술을 체득한 게 문제 해결의 열쇠였던 것"으로 강조했다.

biggerthanseoul@newspim.com