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누리호, 오늘 발사대로 이동… 2차 발사까지 D-1
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[뉴 스페이스 시대⑨] 누리호, 오늘 발사대로 이동… 2차 발사까지 D-1

[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 16일. 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.

‘페이로드 페어링’ 등 난제

극복해야 목표 궤도 도착

 

위성 안착 후 7일 기다려야

발사체·위성 성능 확인 가능

 

성공 시 2027년까지 4차례

누리호에 위성 탑재해 발사

성능과 발사체 신뢰성 강화

[천지일보=손지하 기자] 오는 16일 우주를 향한 한국형발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)의 두 번째 결실이 나타난다. 누리호가 목표 궤도에 정확히 성능검증위성을 투입할 수 있을지가 관건이다. 1차 발사 때의 아쉬움을 지울 수 있을지 주목된다. 인공위성 자체 제작 능력을 보유한 한국이 누리호 발사에 성공하면 우주 탐사에 나설 기반이 마련된다. 정부는 당초 15일을 발사일로 계획했지만 강풍 등 날씨의 영향으로 하루 연기를 결정했다. 대신 이날 누리호를 발사대로 옮기는 작업을 진행한다.

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

◆지상 떠나고 15분… 성능검증위성 분리

발사 당일 누리호의 상태와 날씨·우주 환경 등 모든 조건이 정상임이 확인되면 발사가 시작된다. 누리호 1단 엔진부터 자동으로 점화되고 단 몇초 만에 최대 추력에 이른다. 최대 추력 300톤(t)에 도달하면 누리호 하부를 잡고 있던 고정장치 4개에 해제 명령이 떨어지고 누리호가 이륙하면서 마지막까지 연결돼 있던 엄빌리칼이 자동 회수된다.

발사된 누리호를 육안으로 볼 수 있는 시간은 짧다. 누리호는 3단형 우주발사체로 3개의 로켓을 합친 것과 같은데 누리호 1단은 발사 후 2·3단을 싣고 지구를 벗어나기 때문이다. 1단의 연소 시간은 약 127초다.

누리호는 약 2분 만에 대기권을 벗어나 공기가 희박한 성층권에 도달한다. 연소를 마친 1단은 본체에서 떨어져 나가고 2단 로켓에 바통을 넘긴다. 이때부터 절반 이상의 무게를 덜어낸 누리호의 가속 구간이 시작된다. 2단 로켓 비행은 1단보다 속도와 고도가 2배 이상 증가한다. 이때 공기 마찰이 거의 없는 약 200㎞ 고도에 이르면 페이로드 페어링(누리호의 보호 덮개) 분리가 이뤄진다.

누리호가 달성해야 하는 최종속도는 초속 7.5㎞다. 누리호 2단은 초속 4.3㎞ 속도를 내며 날아간다. 2단마저 연소를 마치면 마지막 3단 엔진이 켜지는데 연소 시간은 약 9분(521초)으로 가장 길다. 이때가 전 비행 구간 중 누리호가 가장 멀리 빠르게 높이 날아가는 시간이다. 3단 점화 후 이동 거리는 약 4000㎞고 2단보다 속도가 약 2배 증가한다.

비행 속도가 초속 7.5㎞에 이르고 인공위성 투입 고도인 700㎞에 도달하면 누리호는 3단 엔진을 정지한다. 마지막 궤도비행을 하다가 지상에서 이륙한 지 약 15분(897초), 16분(967초)에 성능검증위성과 위성 모사체가 각각 분리된다. 위성이 분리되고 약 30분 후 발사 데이터 분석을 통해 지상에 최종 발사 성공 소식이 전해진다.

성능검증위성의 첫 교신은 발사 후 42분 23초에 남극 세종기지에서 이뤄질 예정이다. 발사 1시간 40분 6초가 지나면 대전 한국항공우주연구원(항우연, KARI) 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.

연소를 마친 1단이 떨어져나간 누리호가 더욱 빠른 속도로 날아오르고 있다. (출처: 과학기술정보통신부 유튜브 캡처)
연소를 마친 1단이 떨어져나간 누리호가 더욱 빠른 속도로 날아오르고 있다. (출처: 과학기술정보통신부 유튜브 캡처)

◆‘페이로드 페어링’ 동시 분리 관건

날아오른 상태의 누리호의 성공 여부를 결정하는 가장 중요한 기술은 ‘페이로드 페어링(Payload Fairing)’ 분리다. 이는 누리호 가장 상단에서 외부 환경으로부터 위성을 보호하는 역할을 하는 유선형 덮개다. 두 개의 동일한 모형이 합체한 구조물로 누리호가 일정한 궤도에 오르면 두 모형이 정확한 타이밍에 ‘동시에’ 누리호에서 떨어져 나가야 한다.

페이로드 페어링의 분리 방법으로는 화약과 스프링이 쓰인다. 좌우 페어링은 일종의 화약 분리 장치로 연결돼 있다.

우선 화약의 폭발력으로 이 좌우 페어링을 구조적으로 절단한 다음에 압축된 분리 스프링이 양쪽 페어링을 좌우로 벌리며 완전히 분리된다. 제대로 분리되지 않으면 발사는 실패한다. 그래서 이 분리 기술은 발사체 선진국에서도 특급보안으로 관리한다. 해외로부터 도입할 수 있는 기술이 하나도 없었기에 우리나라는 수많은 시행착오 끝에 우리의 자체 기술만으로 해당 기술을 개발해냈다.

◆이후 ‘발사체 고도화 사업’ 진행

항우연은 이번 2차 발사 이후에는 누리호 후속 사업으로 착수한 ‘한국형발사체 고도화 사업’을 본격적으로 진행한다. 여기엔 우리나라가 개발한 위성을 누리호를 통해 발사하는 계획이 포함돼 있다.

총 4회의 발사를 진행하면서 우리가 만든 우주발사체의 신뢰성을 높여가는 과정을 거친다. 투입되는 사업비는 6873억여원이다. 내년 상반기 차세대 소형위성 2호 등, 2024년 초소형위성 1호 등, 2026년 초소형 위성 2∼6호, 2027년 초소형 위성 7∼11호 등을 발사하는 것으로 예정돼 있다.

정부는 고도화 사업을 진행하면서 발사체 기술을 민간에 이전해 우주발사체 분야의 ‘체계종합기업’을 육성할 예정이다. 항우연은 이미 다음 누리호 발사를 대비해 ‘예비 호기’로 세 번째 누리호를 제작하고 있다. 아울러 항우연은 향후 독자적인 우주탐사까지 실현할 수 있도록 준비하고 있다.

한편 앞서 우리나라는 지난 5월 세계에서 10번째로 ‘아르테미스’ 약정에 서명함으로써 아르테미스 달 탐사에 함께할 수 있게 됐다. 향후 후속 우주탐사 과정 등 우주개발에 박차를 가할 예정이다. 누리호 후속 사업을 비롯해 아르테미스 프로그램의 목표인 ▲2024년 우주인 달 착륙 ▲2028년 사람 상주 기지 건설 등이 예정돼 있다.

[천지일보=남승우 기자] 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원이 14일 강한 바람으로 인해 한국형발사체 누리호(KSLV-Ⅱ) 2차 발사가 하루 연기됐다고 밝혔다. 당초 누리호를 조립동에서 발사대까지 이송하는 작업은 이날 오전 7시 20분부터 8시 30분까지로 계획돼 있었지만 15일 같은 시간대로 미뤄졌다. 사진은 지난 13일 전라남도 고흥군 나로우주센터 발사체조립동에서 누리호 발사대 이송용 차량 작업이 진행되고 있는 모습. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2022.6.14
[천지일보=남승우 기자] 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원이 14일 강한 바람으로 인해 한국형발사체 누리호(KSLV-Ⅱ) 2차 발사가 하루 연기됐다고 밝혔다. 당초 누리호를 조립동에서 발사대까지 이송하는 작업은 이날 오전 7시 20분부터 8시 30분까지로 계획돼 있었지만 15일 같은 시간대로 미뤄졌다. 사진은 지난 13일 전라남도 고흥군 나로우주센터 발사체조립동에서 누리호 발사대 이송용 차량 작업이 진행되고 있는 모습. (제공: 한국항공우주연구원) ⓒ천지일보 2022.6.14

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