북한이 31일 오전 군사정찰위성을 탑재한 발사체를 서해상으로 쏘아 올렸으나 실패했다. 발사체 전문가들은 실패 원인으로 신뢰성 미확보와 추진제 공급체계 문제 가능성을 제기했다. 기술력은 절대적 수준이 뛰어난 것은 아니지만, 무시할 수준은 아니라는 평가다.

31일 북한 매체인 조선중앙통신은 이날 오전 철산군 서해 위성 발사장에서 이륙한 천리마-1형 발사체가 엔진 비정상 작동으로 추진력을 상실해, 서해에 추락했다고 보도했다. 발사체 1단은 정상 작동했으나, 2단에서 문제가 발생해 목표 고도에 이르지 못했다. 천리마-1형에 탑재된 군사정찰위성 만리경-1호 역시 함께 추락한 것으로 파악된다.

매체는 북한 국가우주개발국 대변인 발언을 인용해 신형 발사체의 신뢰성과 안정성이 떨어지고, 사용 연료 불안정성에 사고 원인이 있는 것으로 보고 구체적인 원인해명에 착수한다고 밝혔다.

우리 군은 분리된 발사체 잔해 회수에 나섰다. 서해 어청도 남서쪽 200㎞ 해상에서 발사체 1단과 2단 연결부를 회수했다. 나머지 발사체 잔해도 추적한 뒤 수거하고, 발사체 기술을 분석할 계획이다.

그간 북한은 대륙간탄도미사일(ICBM)급 발사체 기술을 갖춘 것으로 평가됐다. 탄두가 지구 저궤도에서 대기권으로 재진입하는 ICBM과 지구 저궤도에 위성을 올리는 수송용 발사체는 기술적으로 유사하다.

북한은 지난 1998년 8월 대포동 1호에 광명성 1호 위성을 탑재해 발사한 것을 시작으로 광명성-4호까지 총 6차례 위성을 자력으로 발사한 바 있다. 이 중 광명성-3호 2호기와 광명성-4호가 궤도 진입에 성공했다. 이번에 탑재한 만리경-1호는 약 7년 만에 북한이 시도한 위성 궤도 투입이었으나 실패했다.

이번에 사용한 발사체 천리마-1형은 우리나라가 지난 2013년 1월 발사에 성공한 '나로호(KSLV-1)'와 비슷한 수준으로 평가된다. 전체 중량은 150톤으로, 나로호보다 약 10톤 무겁다. 발사체 1단은 80톤급 추력을 갖춘 백두산 엔진 2개를 사용한 것으로 파악되는데, 이는 북한의 ICBM인 화성-15형과 동일하다. 성능 자체는 180톤급 단일 엔진을 사용하는 나로호보다 조금 떨어진다.

연료는 독성이 강한 하이드라진(질소-수소 화합물)을 사용하는 것으로 알려졌다. 케로신과 액체산소를 사용하는 우리 발사체와는 차이가 있다.

2단과 3단에 대해선 외부에 알려진 바가 없다. '누리호(KSLV-2)' 수준의 중형 실용급 위성을 투입하기는 어렵지만, 소형 위성을 지구 저궤도에 올리기에는 충분한 것으로 파악된다.

발사체 전문가들도 북한의 수준이 뛰어난 것은 아니지만, 무시하기만은 어렵다고 평가한다. 이창훈 KAIST 항공우주공학과 교수는 "절대적인 성능이 뛰어나다고 할 수는 없지만, 열악한 자원과 부품으로 성능을 구현했다"고 평가했다.

이 교수는 천리마-1형 발사 실패 원인 중 하나로 바뀐 엔진 구조의 성능 검증이 완료되지 않았을 가능성이 있다고 설명했다. 북한의 발표와 외신 등을 종합하면 발사체 2단 엔진을 교체하면서 탱크 구조도 기존과 달라진 것으로 추정된다. 만약 북한이 실제로 2단부 엔진 구조를 바꿨다면, 새 엔진에 대해 충분한 검증이 이뤄지지 않았을 것이라는 게 그의 추측이다.

또 다른 가능성으론 2단 추진제 탱크 내부에 압력이 충분하지 않았을 경우도 있다고 덧붙였다. 로켓 엔진은 점화 후 추진력을 얻기 위해 지속적인 추진제(연료와 산화제) 공급이 필요하다. 하지만 고도가 높아지면 지구 중력의 영향을 상대적으로 덜 받고, 하단에 있는 공급 노즐로 추진제가 전달되기 어렵다. 때문에 불연성 기체인 헬륨을 탱크 내부에 주입해 압력을 높이고, 추진제가 잘 배출되도록 한다.

앞서 누리호 3차 발사에서 제어 컴퓨터와 통신이 이뤄지지 않은 장치도 이 부분이다. 액화 헬륨이 기화해 분사되는 노즐의 밸브가 원격 제어 시 올바르게 작동하지 않아 발사를 하루 연기한 바 있다.

이 교수는 북한 매체의 '연료의 특성이 불안정하다'는 표현에 대해 "탱크 내부에 가압이 안 돼 추진제가 정상 공급이 안 됐거나, 내부 계통의 제어 시스템에 문제가 있을 가능성도 있다. 다만 직접 볼 수 없기 때문에 현재는 추정할 수밖에 없다"고 밝혔다.