[누리호 카운트다운] 우주강국 첫 걸음 한국형발사체에 달렸다

[사진=한국항공우주연구원]
 

한국형발사체 누리호가 오는 21일 우주로 향한다. 한국형발사체는 한국이 안정적으로 우주개발을 수행하기 위한 핵심 수단으로 ‘우주강국’으로 도약하는 데 반드시 필요한 우주 운송수단이다.

◆독자 우주 발사체 보유 의미...“자국 위성 원하는 시점에 우주로 발사 가능”

7일 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원에 따르면, 독자 우주 발사체를 보유하고 있다는 것은 자국의 위성을 원하는 시점에 우주로 발사할 수 있다는 것을 의미한다. 누리호는 독자 기술로 개발하고 있는 우주발사체로 1.5톤급 실용위성을 지구 상공 600~800㎞ 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체다.

1단은 75톤급 액체엔진 4기, 2단에는 75톤급 액체엔진 1기, 3단에는 7톤급 액체엔진 1기가 사용된다. 발사체 개발을 위한 시험설비 구축과 75톤급, 7톤급 액체엔진 개발과 시험발사체 발사를 거쳐 오는 21일 300톤급 추력의 3단형 한국형발사체를 발사한다.

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발사예비기간은 10월 22일부터 28일까지다. 발사 당일 발사 전 발사 준비와 운용 등을 고려해 오후 3시부터 7시 사이를 발사 시간으로 정한다. 기상상황과 우주궤도를 돌고 있는 우주물체와의 충돌을 충분히 피할 수 있는 시간대까지 고려해 발사 당일 최종적으로 확정할 예정이다.

나로우주센터에서 발사된 누리호는 제주도와 일본 후쿠에지마에서 각각 약 100㎞ 떨어진 곳을 지나 비행하게 된다. 1단 예상 낙하지점은 발사장에서 약 413㎞ 떨어진 해상이다. 2단의 낙하 예상지점은 발사장으로부터 지상거리로 약 2800㎞ 떨어진 해상이다.

페어링 분리는 발사장에서 251㎞ 떨어진 고도 191㎞에서 이뤄진다. 실제 낙하되는 예상 지역은 발사장에서 1514㎞ 떨어진 해상으로 예측된다. 누리호 발사 운용 체계를 보면, 발사지휘센터(MDC)는 누리호 발사에 대한 총괄 지휘를 담당한다.
 

[사진=한국항공우주연구원]
 

발사지휘센터는 발사 관련 시설에 관한 상황 정보들을 보고받고 종합적으로 판단한다. 발사관리위원회를 통해 최종 발사 여부를 결정한다. 발사관제센터(LCC)는 발사대에 위치한 중앙공용시설을 통제한다. 추진체·가스 등의 제어, 감시 역할을 수행하면서 발사 명령을 기다린다.

비행안전통제센터(FSC)는 누리호의 발사 직후부터 임무 종료까지 비행안전과 관련된 모든 업무를 처리한다. 발사안전통제실은 발사 시 안전을 위해 발사장, 해상, 공역의 안전을 감시하고 제어한다.

추적관제도 도입됐다. 나로우주센터와 제주도에 추적 레이더와 텔레메트리(원격자료수신장비) 안테나가 설치돼 운용될 예정이다. 비행 후반부의 추적을 위해 팔라우 추적소에 텔레메트리 안테나를 설치해 운용한다.

나로우주센터에는 최대 3000㎞까지 발사체를 추적해 실시간 위치정보를 확보할 수 있는 추적레이더와 최대 2000㎞까지 발사체의 비행궤적, 동작상태 등을 확인할 수 있는 텔레메트리 등을 구축하고 운영한다.

추적레이더는 누리호의 방위각, 거리, 고각 등 위치정보를 측정한다. 텔레메트리는 누리호의 비행궤적, 동작상태 등을 확인하고, 원격자료는 무선주파수를 사용해 위성망, 해저광케이블망을 통해 송신한다.
 

[사진=한국항공우주연구원]
 

◆누리호 발사에 주요 산업체 총집결...300개 기업·500명 인력 참여 

이번 누리호 발사를 위해 주요 산업체가 총집결했다. 한국항공우주연구원은 누리호 개발을 통해 산업 생태계 조성과 산업체 역량 강화를 지원했다. 누리호 체계총조립, 엔진조립, 각종 구성품 제작 등 기술 협력을 통해 산업체의 역량을 강화했다. 아울러 기업의 역할을 확대해 향후 발사서비스 주관 기업으로 성장할 수 있는 발판도 마련했다.

누리호 개발에는 300여개 기업이 참여했다. 독자 개발에 필요한 핵심부품 개발과 제작을 수행했다. 주력 참여 업체 30여곳을 대상으로 조사한 결과 약 500명의 인력이 참여한 것으로 나타났다. 누리호는 개발 초기 단계부터 산·연 공동설계센터를 구축해 산업체 기술력 향상을 지원해왔다.

총 사업지의 80%인 약 1조5000억원 규모가 산업체에서 집행됐다. 향후 한국형발사체고도화사업을 통해 한국형발사체의 신뢰성을 축적하고 국내 산업체를 육성해 우주 수송 능력을 확장한다는 방침이다.

발사체 개발 기술은 국가 간 기술 이전이 엄격히 금지된 분야다. 미사일 기술통제체제와 미국의 수출 규제 등을 통해 우주발사체 기술 이전이 통제돼 있어 독자적인 우주발사체 개발이 필수적이다.

누리호는 1.5톤급 실용위성을 지구 저궤도(600~800㎞)에 투입할 수 있는 우주발사체로 개발이 성공적으로 이뤄지면 독자 우주 수송 능력을 확보하고, 국가 우주개발을 안정적으로 수행할 수 있는 바탕을 마련할 수 있다.

우리나라는 1990년대부터 과학로켓 시리즈 개발, 나로호 개발 성공(2013년 1월)을 통해 발사체 자력 개발을 위한 기반 기술과 경험을 획득했다. 이를 기반으로 한국형발사체를 독자 개발 중인 상황이다.

현재 자력발사 능력을 갖춘 나라는 총 9개국이다. 실용급(무게 1톤 이상) 위성 발사가 가능한 국가는 6개국이다. 러시아, 미국, 프랑스, 중국, 일본, 인도, 이스라엘, 이란, 북한이 자력 발사에 성공했다. 이 중 이스라엘, 이란, 북한은 300㎏ 이하 위성 자력 발사 능력을 보유 중이다.

한국형발사체는 발사대도 모든 과정을 국산화했다는 데 의미가 있다. 한국형발사체 발사대(제2발사대)는 기존 나로호 발사대(제1발사대)와 달리 지상에 엄빌리칼 타워를 설치해 한국형발사체에 케로신, 산화제 등을 공급한다.

제1발사대는 나로호 개발 당시 러시아로부터 기본 도면을 입수해 국산화 과정을 거쳐 개발된 발사대지만, 제2발사대는 순수 국내 기술로 구축한 발사대다. 제2발사대는 추력 300톤급인 3단형 한국형발사체의 발사운용이 가능하도록 설계됐다. 규모면에서도 제1발사대에 비해 건축 연면적이 약 2배에 달한다.

발사체 연소 시작 후 이륙 시점까지 연소 후류의 냉각을 위해 분사되는 냉각수 유량도 2배다. 추진제 공급량은 약 3배, 발사체 기립에 사용되는 이렉터의 등판 능력은 약 1.5배 수준이다.

해외 주요국의 사례에 따르면, 우주발사체용 로켓엔진을 추력 기준으로 10톤급, 30톤급, 75톤급 등 단계적으로 개발된다. 미국, 러시아는 미사일 기술을 활용해 우주발사체를 개발·활용했다. 경험을 축적한 후에 단계별로 액체엔진 규모를 증가하면서 개발했다.

중국, 일본, 인도는 외국과의 기술협력, 엔진도입 등을 통해 발사체를 개발했다. 수차례의 개발, 발사 경험을 통해 기술을 축적한 후에 자력으로 발사체를 개발했다.
 

[사진=한국항공우주연구원 제공]