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누리호 2차 발사 D-7… 놓을 수 없는 긴장의 끈
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[뉴 스페이스 시대⑦] 누리호 2차 발사 D-7… 놓을 수 없는 긴장의 끈

누리호 2차 발사 시퀀스. (출처: 연합뉴스)
누리호 2차 발사 시퀀스. (출처: 연합뉴스)

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.

나로우주센터, 이번 2차 발사

누리호 발사 준비에 만전 기해

발사 후 43분이면 성공 판가름

 

성능검증위성, 발사 일주일 뒤

2일마다 1기씩 큐브위성 사출

22일부터 큐브위성 교신 가능

[천지일보=손지하 기자] 한국형발사체 누리호(KSLV-Ⅱ) 2차 발사까지 이제 단 일주일 남았다. 나로우주센터와 누리호의 발사 당일 전후 일정을 정리해봤다.

이종호 과학기술정보통신부 장관이 지난달 26일 오후 전라남도 고흥군 나로우주센터를 방문해 발사대 준비 현황을 점검하고 있다. 왼쪽부터 이상률 한국항공우주연구원장, 이종호 장관, 고정환 한국형발사체개발사업본부장. (제공: 과학기술정보통신부) ⓒ천지일보 2022.6.6
이종호 과학기술정보통신부 장관이 지난달 26일 오후 전라남도 고흥군 나로우주센터를 방문해 발사대 준비 현황을 점검하고 있다. 왼쪽부터 이상률 한국항공우주연구원장, 이종호 장관, 고정환 한국형발사체개발사업본부장. (제공: 과학기술정보통신부) ⓒ천지일보 2022.6.6

◆‘우주로 가는 길’ 나로우주센터

전남 고흥에 있는 나로우주센터는 우리나라 유일의 우주 발사체 발사장으로서 발사 전부터 임무 최종 성공까지 누리호 발사를 지원한다.

나로우주센터는 지난 2001년 부지가 선정됐고 2003년 착공해 2009년에 완공됐다. 이후 2013년에 나로호 3차 발사에 성공했고 누리호 발사를 위해 개조가 시작됐다.

‘우주로 가는 길’ ‘우주로 가는 관문’으로 불리는 나로우주센터는 이번 발사에서 ▲레인지 시스템 운용 ▲발사 기반 시설 운용 ▲발사안전통제 등의 역할을 수행한다.

발사 전에는 바람과 번개로부터 누리호를 지키기 위해 ‘기상관측’을 한다. 기상 시스템은 누리호 발사 시 낙뢰나 바람과 같은 위험 기상들을 잘 분석하고 발사 당일 기상 위험 요소로부터 문제가 없는지 판단하는 역할을 수행하고 있다. 자체적으로 기상 발사 기준을 수립해 발사 당일에 활용하며 낙뢰, 고층풍, 온도, 습도 등 여러 가지 기상 요소를 판단한다.

나로우주센터는 고층풍을 확인하기 위해 발사 당일 총 4회의 고층 기상 관측 장비(라디오 존데)를 띄운다. 이를 통해 발사체가 기본 궤적에서 이탈하는 등의 위험성이 있는지 판단한다. 기상청이나 공군 등 유관기관도 기상관측을 돕는다. 공군은 이날 총 6회에 걸쳐 우주센터 상공, 발사 궤적상의 구름층에 위험 요소가 존재하는지 실시간으로 살핀다.

기상 외의 위험 요소도 제거한다. ‘발사 안전 통제’는 발사체가 안전하게 발사되고 비행할 수 있도록 육상·해상·공역에 대한 통제 구역을 설정하고 위험 요소를 사전 차단하는 임무다. 또한 발사체가 발사 후 지상에서 사고가 나거나 비행 초기에 비정상 비행, 낙하 충돌 등이 일어났을 때의 대책을 수립하고 현장 대응까지 책임을 지고 있다. 이번 누리호 2차 발사의 경우 정부 부처 및 지자체 1200여명이 참여하는 발사 안전 통제 체계 구축을 완료했고 발사 전후 공공 안전 확보를 위해 만전을 기하고 있다.

발사 당일에는 발사대와 누리호에 전력을 공급할 수 있도록 발전소를 운영한다. 나로우주센터는 고흥에 있는 변전소로부터 약 42㎞ 정도 떨어진 최말단에 있다. 조류나 수목에 대한 혼촉, 강풍이나 태풍 등에 의한 바람의 영향, 염해 등 여러 이유로 무정전으로 전원을 공급하는 일이 쉽지 않다. 때문에 발전소동 설비를 갖췄다.

발전기는 실제 발사가 이뤄지기 전날부터 운영돼 발전 전력을 공급한다. 공급 대상은 발사통제동 발사대 등 발사 관련 시설이다. 그 외에 부대 시설에는 일반 한전 전원을 공급한다.

누리호 발사가 이뤄지면 최대 3000㎞까지 누리호를 추적하는 추적레이더를 가동한다. 추적레이더는 발사체를 추적해 획득한 위치 정보를 나로우주센터 발사지휘센터로 실시간으로 전송하는 장비다. 이는 3단에 탑재된 트랜스폰더와 교신을 통해 누리호의 정확한 위치 정보를 측정하는 비콘 모드 방식을 사용한다. 누리호 이륙 약 1시간 전부터 누리호를 자동 추적한다.

제주 추적소 추적레이더는 누리호 이륙 후 약 45초 후에 나로우주센터 추적레이더가 획득한 위치 정보를 이용해 누리호 자동 추적을 수행한다. 획득한 위치 정보는 발사체의 비행 안전성을 판단하는 자료로 활용된다.

이뿐 아니라 비행데이터(속도·위치·자세 정보, 단·위성 분리 영상) 2600여개를 수집하는 ‘텔레메트리’도 가동한다. 이는 원격수신장비로 누리호로부터 무선으로 전송되는 각종 데이터를 실시간으로 수신 및 처리할 수 있는 유일한 지상 장비다. 누리호의 전 구간 데이터를 수신하기 위해 나로우주센터에 1기, 제주 추적소 2기, 팔라우 추적소 2기 총 5기가 설치돼 있다. 발사지휘센터는 수집한 정보를 바탕으로 비행 안전과 비행 진행 상황을 판단하고 발사 후에는 전 데이터 후처리를 통해 실패 원인 분석, 개선 방향 도출 등을 진행한다. 또한 미래 발사체 개발 시 개발 방향을 잡는 데 기초 데이터로 사용한다.

발사 성공 여부를 판가름하는 ‘발사통제시스템’도 가동한다. 발사체 발사 임무 시 발사 관련 주요 데이터들을 발사 책임자에게 전달해 최종 발사 결정을 내릴 수 있도록 지원한다. 발사체 이륙 이후부터 발사 임무가 종료된 순간까지 모든 추적 장비로부터 수신된 데이터들을 수집·처리해 실시간으로 운영자들이 볼 수 있도록 한다. 발사체 단 분리, 페어링 분리, 연소 점화, 종료 같은 발사체의 이벤트들이 정상적으로 일어나고 있는지를 판단한다.

이 외에도 비상 상황 시 누리호를 안전하게 종료시키는 ‘비행종단시스템’이 있다. 비행종단지령장비는 누리호가 임무 중에 궤도 이탈 등 비상 상황이 발생했을 경우 누리호의 비행을 안전하게 종료시키는 명령을 전송하는 장비다. 비행 종료 명령을 수신하면 누리호 각 단에 설치된 기폭 장치가 작동되면서 비행이 종료된다. 명령을 약 1000㎞가 넘는 먼 거리까지 전달하기 위해 시스템은 명령지령기, 고출력 증폭기, 안테나 등과 같은 장비로 구성된다.

나로우주센터는 우주 개발을 민간이 주도하는 ‘뉴 스페이스 시대’가 도래함에 따라 우리나라에서도 민간 기업들이 발사할 기회를 가질 수 있도록 새로운 발사장을 구축할 계획이다.

지난달 10일 전남 고흥군 나로우주센터에서 한국항공우주연구원 연구진이 누리호에 대한 막바지 점검 작업을 하고 있다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2022.6.6
지난달 10일 전남 고흥군 나로우주센터에서 한국항공우주연구원 연구진이 누리호에 대한 막바지 점검 작업을 하고 있다. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2022.6.6

◆성능검증위성이 핵심… 22일까지 지켜봐야

누리호는 예정된 일정에 따라 전남 고흥군 나로우주센터 발사체 종합조립동에서 순조롭게 조립되고 있다. 점검을 마친 성능검증위성이 누리호 3단에 탑재됐으며 오는 12일께는 3단과 1·2단의 결합이 이뤄질 것으로 예상된다.

누리호는 발사 전날인 14일 조립동에서 무인특수이동차량(트랜스포터)에 실려 제2발사대로 이동한다. 발사패드까지 수평으로 눕혀서 이동한 누리호는 이렉터(erector)를 이용해 발사패드에 고정돼 수직으로 기립한다.

제2발사대는 현대중공업이 총괄해 순수 국내 기술로 구축했다. 제1발사대인 나로호 발사대와 달리 지상에 높이 45m의 엄빌리칼(umbilical) 타워를 설치해 발사체에 추진제와 가스류 등 연료를 공급한다. 기립한 누리호에 페어링 공조 엄빌리칼, 전기 공급 엄빌리칼 등을 연결하고 연료나 산화제 충전 과정에서 막히거나 새는 곳은 없는지 기밀시험을 한다.

발사 당일인 15일에는 연료와 전기 계통을 중심으로 모든 부분을 종합적으로 점검한다. 발사 4시간 전부터는 연료와 산화제 주입을 위한 절차를 시작하며 충전을 마치면 기립 장치를 제거한다.

발사 예정 시간까지 모든 기기가 정상상태를 유지하고 주변 환경이 이상이 없다면 10분 전부터는 발사자동운용(PLO) 프로그램을 가동한다. PLO 프로그램을 통해 자동으로 준비 작업이 이뤄지며 1단 엔진 추력이 300t에 도달하면 지상고정장치(VHD) 해제 명령이 내려진다.

이때 누리호는 나로우주센터(동경 127.53도, 북위 34.43도)에서 이륙한다. 정확한 발사 시각은 당일에 결정된다.

누리호는 이륙 이후 2분 7초(127초) 이후 고도 59㎞에서 1단이 분리된다. 3분 53초(233초) 후에는 공기 마찰이 거의 없는 고도 191㎞에서 페어링(위성 등 발사체 탑재물을 보호하는 역할을 하는 덮개)이 분리된다. 발사 후 4분 34초(274초)가 지나면 고도 258㎞에서 2단이 분리되고 3단 엔진이 가동된다.

발사 후 14분 57초(897초)에 초속 7.5㎞의 궤도속도에 이르고 고도 700㎞에 오르면 약 200㎏의 성능검증위성이 분리된다. 발사 후 16분 7초(967초)에는 같은 고도인 700㎞에서 1.3t 위성모사체를 분리한다. 위성모사체는 누리호의 사업 목표인 ‘1.5t 위성 탑재’를 달성하기 위해 실린다.

성능검증위성과 위성모사체가 제대로 분리돼 목표 궤도에 올라가 있는지를 확인하는 데는 데이터 분석이 필요하며 약 30분 뒤에 성공 여부를 확실히 확인할 수 있다.

성능검증위성의 첫 교신은 발사 후 42분 23초에 남극 세종기지에서 이뤄질 예정이다. 발사 1시간 40분 6초가 지나면 대전 항우연 지상국에서 다시 한번 교신을 시도한다.

발사 약 4시간 뒤에는 세종기지에서 비콘 신호를 확인해 성능검증 위성의 자세가 안정화됐는지를 확인한다. 발사 다음날부터는 대전 지상국에서 지속해서 교신하며 위성의 상태를 더욱 자세하게 파악한다.

큐브위성은 발사 일주일 뒤 사출된다. 성능검증위성이 목표 궤도에 안착한 후 지상국 교신에 성공하면 발사 일주일 뒤부터 이틀 간격으로 큐브위성을 하나씩 사출한다. 이번 발사에서는 발사 일주일 뒤부터 큐브위성과의 교신 소식을 들을 수 있다.

1일 경기도 과천 국립과천과학관에서 열린 ‘누리호’ 2차 발사 성공기원 특별행사에서 방문객들이 누리호 1단 발사체 엔진 실물과 누리호 조립과정을 담은 영상을 살펴보고 있다. (출처: 연합뉴스)
1일 경기도 과천 국립과천과학관에서 열린 ‘누리호’ 2차 발사 성공기원 특별행사에서 방문객들이 누리호 1단 발사체 엔진 실물과 누리호 조립과정을 담은 영상을 살펴보고 있다. (출처: 연합뉴스)

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