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누리호 2차 발사 준비 착착… 6월 ‘실제 위성’ 올린다
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[뉴 스페이스 시대⑤] 누리호 2차 발사 준비 착착… 6월 ‘실제 위성’ 올린다

[천지일보=남승우 기자] 순수 국내 기술로 설계·제작된 한국형발사체 누리호(KSLV-II)가 21일 오후 전남 고흥군 봉래면 나로우주센터에서 발사되고 있다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2021.10.21
[천지일보=남승우 기자] 순수 국내 기술로 설계·제작된 한국형발사체 누리호(KSLV-II)가 21일 오후 전남 고흥군 봉래면 나로우주센터에서 발사되고 있다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2021.10.21

6월 15일. 순수 국내 기술로 처음 개발한 한국형발사체 ‘누리호’가 두 번째 비행에 도전한다. 누리호는 지난해 10월 21일 1차 발사에서 3단 엔진의 연소가 조기에 종료돼 위성모사체가 목표 궤도에 안착하지 못한 바 있다. 누리호의 첫 비행은 숙제를 남겼지만 이를 해결하는 과정은 발사체 독립을 향한 기술 축적 과정이 됐다. 누리호는 대한민국 최초의 저궤도 실용위성 발사용 로켓으로 향후 개발할 중궤도 및 정지궤도발사체와 대형 정지궤도발사체의 기술적인 기반이 될 예정이다. 천지일보는 2차 발사에서 달라진 점을 분석하고 더 나은 결과를 위한 연구진들의 노력을 조명한다.

누리호, 6월 15일 발사 예정

첫 발사 미흡한 부분 보강해

 

‘성능검증위성’ 싣고 우주로

‘우주 핵심 기술 부품’ 시험

4개 대학의 ‘큐브위성’ 탑재

 

1차, 위성모사체 안착 실패

주요 원인 ‘헬륨탱크 이탈’

지지부·맨홀덮개 구조 변경

[천지일보=손지아 기자] 올해 6월 한국형발사체 ‘누리호(Korea Space Launch Vehicle-Ⅱ: KSLV-Ⅱ)’의 두 번째 도전이 시작된다.

누리호는 지난해 10월 21일 1차 발사를 실시해 국내에 발사체 핵심 기술력이 확보됐음을 확인하는 성과를 거뒀으나 3단 엔진의 연소가 조기에 종료돼 위성모사체가 목표 궤도에 안착하지 못한 바 있다. 이후 과학기술정보통신부는 발사조사위원회를 구성·운영해 원인 규명을 실시했다. 그 결과 누리호가 비행하는 동안 3단 산화제탱크의 헬륨탱크 고정지지부가 풀린 것 등이 주요한 원인이었던 것으로 밝혀졌다.

이번에 발사하는 누리호에 적용될 주요 개선 사항은 3단 산화제탱크의 헬륨탱크 하부지지부와 맨홀덮개의 구조를 변경‧보강하는 것이다. 헬륨탱크 하부지지부의 고정장치가 강화되도록 설계를 변경하고 맨홀덮개는 두께 등을 보강해 누리호가 비행 중 변화하는 환경에서도 안정적으로 비행할 수 있도록 한다.

누리호의 2차 발사 예정일은 6월 15일, 발사 예비일은 같은달 16일~23일이며 향후 발사관리위원회에서 기상 상황 등을 고려해 발사일을 최종 확정한다.

[천지일보=남승우 기자] 순수 국내 기술로 개발된 한국형 발사체인 누리호가 20일 오전 전남 고흥군 나로우주센터 제2발사대에 기립돼 있다. 지난 2013년 발사에 성공한 나로호 대비 탑재중량이 15배 증가했고 인공위성을 실어 지구 궤도에 안착시킬 수 있는 능력을 가지고 있다. 누리호는 21일 오후 4시께 발사 예정이다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2021.10.20
[천지일보=남승우 기자] 순수 국내 기술로 개발된 한국형 발사체인 누리호가 20일 오전 전남 고흥군 나로우주센터 제2발사대에 기립돼 있다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2021.10.20

◆위성모사체 아닌 ‘성능검증위성’ 띄운다

위성의 질량만 모사한 위성모사체가 실렸던 1차 발사와 달리 2차 발사에는 성능검증위성이 탑재된다. 성능검증위성은 한국형발사체 궤도 투입 성능을 검증하기 위해서 개발된 무게 180㎏, 크기 가로·세로 1m 이내의 실험 위성이다.

이번 발사의 첫 번째 목표는 누리호가 우주 공간상에서 얼마만큼 정확하게 위성체를 분리해줄 수 있는가를 검증하는 것이다. 두 번째로는 발열 전지, S-BAND 안테나 등 그동안 개발된 우주 핵심 기술들의 부품들을 우주 공간상에서 시험할 기회를 제공한다. 국내에서 개발한 우주 기술을 우리 발사체에 실어 우주 공간에서 검증하는 것이다.

성능검증위성은 우주 공간에서 큐브위성을 사출한다. 이를 위해 국내 대학이 개발한 4기의 큐브위성이 탑재된다.

조선대학교는 EO/IR 카메라로 백두산 천지 등 한반도의 지구 관측을 수행하는 것을 목적으로 하고 있다. 서울대학교의 위성은 우주에서 GPS 신호를 받아서 지구 대기 관측을 수행한다. 연세대학교는 한반도 서해 상공에 있는 미세먼지의 흐름을 관측하기 위한 위성을 발사한다. 위성 안에는 넓은 영역(400㎞×400㎞)을 찍는 카메라가 탑재돼 있다. 카이스트(KAIST)의 위성은 초분광 카메라를 통해 지구를 촬영하고 촬영된 이미지 데이터를 지상국으로 송신한다.

4개 대학의 학생들은 우주전문인력양성의 일환으로 지난 2년 동안 설계부터 제작까지 모든 과정을 직접 수행했다.

성능검증위성과 큐브위성은 우리가 독자 개발한 발사체에 최초로 탑재되는 위성이다. 그동안 대학교에서 개발했던 큐브위성은 모두 해외 발사체를 통해 발사돼 왔다. 이번에는 우리 발사체를 통해 성능을 검증한다는 의미가 있다. 이들 위성은 최종 준비를 마친 뒤 누리호에 탑재될 예정이다.

누리호가 지난 21일 발사한 후 2단 작동 구간에서 위성모사체를 보호하고 있는 페어링을 분리하고 있다. (제공: 한국항공우주과학연구소)
누리호가 지난해 10월 21일 발사된 후 2단 작동 구간에서 위성모사체를 보호하고 있는 페어링을 분리하고 있다. (제공: 한국항공우주과학연구소)

◆‘미완성’된 1차 발사, 무엇이 문제였나

지난해 10월 21일 오후 5시 나로호우주센터에서 발사된 누리호는 90% 이상의 비행 성능을 검증했다. 다만 10% 정도의 아쉬운 결과를 남겼다.

누리호 1단은 계획대로 음속을 돌파하고 최대 동압에 도달했다. 200톤(t)의 무게를 완벽하게 들어 올린 1단은 발사 2분 4초 만에 분리된 후 페어링 분리와 2단 분리, 3단 점화 과정을 완벽하게 수행했다. 그러나 조기 연소 종료로 초속 1㎞가 부족했다.

누리호 첫 비행에서 3단에는 1.5t의 질량 구조물인 위성모사체가 실려 있었다.

계획대로라면 누리호 3단은 고도 700㎞ 지점에서 초속 7.5㎞까지 속도를 올려야 한다. 하지만 3단 엔지는 예상보다 46초가량 빨리 연소를 정지했다. 충분한 추력을 내지 못한 3단은 초속 6.5㎞에 그치며 원운동 속도보다 1㎞가 부족했다.

누리호 3단을 회수해 조사할 수 있으면 좋겠지만 3단은 결국 지구 대기권을 통과하면서 대부분 불타 버린다. 때문에 연구원들은 누리호가 보내온 원격수신정보만으로 실패의 원인을 역추적했다. 비행 중 획득한 2600개의 텔레메트리(telemetry) 데이터를 통해서다. 텔레메트리는 먼 거리나 접근할 수 없는 지점에서 일어나는 것의 감시, 표시, 기록을 위해서 측정하고 자료를 모아 수신 장치에 전송하는 통신 방법이다. 917초의 비행시간과 초 단위로 타임 싱크를 맞추고 오작동 혹은 비정상 데이터의 흔적을 찾아내야 한다.

먼저 퀵 룩 데이터로 나타난 증상은 3단 산화제 탱크의 압력 저하였다. 연료를 맹렬하게 태워줄 액체산소 즉 산화제의 공급이 원활하지 않았던 것이다.

누리호 발사조사위원회는 5회에 걸친 회의 끝에 헬륨탱크 이탈을 원인으로 지목했다. 헬륨탱크는 추진제 탱크 내부에 장착해 추진제 배출 압력을 조절한다.

산화제탱크 내부에 장착된 헬륨탱크의 고정장치가 풀리며 하부 고정부에서 이탈했다. 이후 이탈한 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되기 시작했고 고정되지 않은 헬륨탱크가 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설됐다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제 양이 감소해 3단 엔진이 조기에 종료되는 결과를 낳았다.

[천지일보=남승우 기자] 21일 서울역 대합실에서 시민들이 한국형발사체 KSLV-II(누리호) 발사 장면을 TV 중계로 시청하고 있다.순수 국내 기술로 제작된 ‘누리호’가 21일 오후 5시에 지상을 떠나 정상 궤도에 진입해 발사에 성공했다. 다만 위성모사체가 목표 지점에 제대로 안착하지 않아 완벽한 성공을 거두진 못했다. ⓒ천지일보 2021.10.21
[천지일보=남승우 기자] 21일 서울역 대합실에서 시민들이 한국형발사체 KSLV-II(누리호) 발사 장면을 TV 중계로 시청하고 있다. 순수 국내 기술로 제작된 ‘누리호’가 21일 오후 5시에 지상을 떠나 정상 궤도에 진입해 발사에 성공했다. 다만 위성모사체가 목표 지점에 제대로 안착하지 않아 완벽한 성공을 거두진 못했다. ⓒ천지일보 2021.10.21

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