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우리 기술 '시험발사체' 성공 "대한민국 우주 독립 시작"

28일 고흥 나로우주센터서 시험발사체 정상 발사
151초 연소로 엔진 우수성 입증···국내 연구진 자긍심 고취와 누리호 개발 탄력


"10,9,8,···."

카운트다운이 끝나자 우뚝 서 있던 '누리호' 시험발사체가 굉음과 함께 하늘을 향해 힘차게 솟아 올랐다.  

28일 오후 4시 전남 고흥 나로우주센터는 팽팽한 긴장감 속에서 모두들 숨을 멈췄다. 시험발사체가 순조롭게 우주로 날아 오르자 곳곳에서 환호성이 터져 나왔다.

시험발사체의 성공적 발사로 한국의 우주 자립을 위한 엔진도 첫걸음이 시작됐다. 발사가 성공적으로 이뤄지면서 한국형 발사체 '누리호' 개발도 탄력을 받게 됐다. 

한국은 오는 2021년 발사를 목표로 한국형 발사체 '누리호'를 독자기술로 개발하고 있다. 이 발사체는 1.5톤급 실용위성을 고도 600∼800km의 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체다. 1단에는 75톤급 엔진 4기, 2단에는 75톤급 엔진 1기, 3단에는 7톤급 액체엔진 1기로 구성된다.

시험발사체는 한국형발사체에 사용될 75톤급 엑체엔진의 성능을 실제 비행 시험으로 검증하기 위한 1단형 발사체이다.  

한국항공우주연구원 연구진이 나로우주센터 레이더 등 추적장비와 발사체가 보내온 원격 전송 정보로 분석한 결과, 당초 목표한 비행상황에서 75톤급 엔진과 추진기관 등이 정상 작동한 것으로 확인됐다. 

시험발사체는 발사되어 점화 후 총 151초 간 연소해 엔진 연소 목표치인 140초 이상을 달성했다. 엔진이 종료된 시점에는 75km 고도까지 상승했다. 

엔진 연소 종료 후에는 관성 비행으로 발사 후 319초경 최대 고도인 209km에 도달했다. 이후 포물선형 비행궤적에 따라 나로우주센터에서 429km 떨어진 제주도 남동쪽 공해상에 낙하한 것으로 조사됐다. 

임철호 한국항공우주연구원장은 "우리 기술로 개발한 엔진으로 시험발사에 성공했으며, 누리호 개발을 위한 큰 행보를 이뤄냈다"면서 "앞으로 클러스터링 등에서 기술적 어려움이 있겠지만 그동안 어려움을 해결해 온 만큼 오는 2021년 2회 발사도 성공적으로 진행할 수 있다는 자신감을 얻었다"고 평가했다.  

이진규 과학기술정보통신부 제1차관도 "오랜 시간 수많은 땀을 흘리며 노력한 항우연 연구진과 발사체 제작에 참여한 여러 산업계 개발진 여러분께 깊은 축하와 감사의 말씀을 드린다"면서 "우리 발사체로 우리 위성을 발사해 우주독립을 이뤄내는 누리호 최종 성공의 날까지 최선을 다해주길 당부한다"고 밝혔다. 

하늘로 향하고 있는 시험발사체.<사진=한국항공우주연구원 제공>하늘로 향하고 있는 시험발사체.<사진=한국항공우주연구원 제공>

시험발사체가 하늘로 향하고 있다.<사진=한국항공우주연구원 제공>시험발사체가 하늘로 향하고 있다.<사진=한국항공우주연구원 제공>

◆출입통제부터 발사과정까지 꼼꼼하게 이뤄져 

발사체 개발 경험이 풍부한 해외 발사체 선진국은 통상 신규 로켓 엔진 개발 시 지상연소시험으로 성능을 확인한다. 다만 한국은 발사체 경험이 부족해 지상 시험과 함께 실제 비행 환경에서 엔진 성능 등을 점검하기 위한 시험발사가 추진됐다.

발사가 가능하려면 온도, 지상풍, 고층풍, 낙뢰, 강수, 가시도 등의 기상 조건에 이상이 없어야 한다. 실제 발사 직전까지 지속적인 기상상태와 발사 가능여부 확인이 이뤄졌다. 발사대 인근 육상·해상·공역은 출입이 엄격히 통제됐다.  

앞서 27일 시험발사체는 종합조립동에서 발사장으로 이송된 이후 기립하고 발사체에 고정됐다. 이후 기계적 체결과 전기, 유공압 인터페이스 점검이 완료됐다. 이날 오후 8시에는 '제4차 발사관리위원회'에서 발사체 이송과 기립 결과, 리허설 결과를 검토한 후 28일 추진제 충전과 발사 가능 여부를 확인했다.  

발사 당일에는 오전부터 발사 준비가 이뤄졌다. 발사전까지 기상상태 확인이 이뤄졌다. 산화제 탱크와 연료 탱크 충전이 진행되고, 20여분 후 과정을 완료했다. 이후 3시 45분경 모든 시스템 준비가 완료됐다. 발사 10분전, 5분전, 1분전, 30초전 안내가 나오고 최종 10초전 카운트다운 후 발사가 진행됐다.  

발사대 인근 육·해·공역 인근 출입이 철저히 통제됐다.<사진=강민구 기자>발사대 인근 육·해·공역 인근 출입이 철저히 통제됐다.<사진=강민구 기자>

나로우주센터 정문 인근.<사진=강민구 기자>나로우주센터 정문 인근.<사진=강민구 기자>

시험발사체가 기립하고 있는 장면.<사진=한국항공우주연구원 제공>시험발사체가 기립하고 있는 장면.<사진=한국항공우주연구원 제공>

이송되고 있는 시험발사체.<사진=한국항공우주연구원 제공>이송되고 있는 시험발사체.<사진=한국항공우주연구원 제공>

◆2021년 누리호 발사 예정···체계모델 제작, 성능검증 등 앞둬 

"우리 손으로 설계하고, 제작하기 때문에 기술적 어려움이 있으면 우리가 해결해야 했다. 발사가 연기되는 등 어려웠던 순간도 기억에 남는다."(고정환 항우연 한국형발사체개발사업본부장)

"발사체도 어렵지만 지상장비도 잘 준비돼야 한다. 고성능 장비이다 보니 수시로 고장나서 연구원들이 마음을 졸이기도 했다."(박정주 항우연 나로우주센터장)

"부원장 당시 사고조사위원회로 활동하며 실패 원인을 분석했던 기억이 남는다. 이번에도 산화제 탱크 용접불량 등 난관을 극복해야 했다. 산업체 역량 강화도 필요한 부분이었다."(임철호 항우연 원장)

이번 시험발사 성공이 갖는 의미는 한국형발사체에 활용할 엔진을 국내 기술로 개발해 성능을 입증하고, 독자적 발사를 위한 기반을 확보했다는데 있다. 

한국은 오는 2021년 발사를 목표로 한국형 발사체 '누리호'를 독자기술로 개발하고 있다. 이 발사체는 1.5톤급 실용위성을 고도 600∼800km의 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체이다. 1단에는 75톤급 엔진 4기, 2단에는 75톤급 엔진 1기, 3단에는 7톤급 액체엔진 1기로 구성된다.

75톤급 액체엔진은 한국형 발사체의 핵심기술이자 개발 난이도가 가장 높다. 이날 검증된 75톤급 엔진 4기를 클러스터링해서 300톤급 1단 엔진을 만들고, 75톤급 2단, 7톤급 3단을 개발·총조립하는 과정을 안정적으로 거치면 오는 2021년 우리 기술로 만든 우주발사체를 확보할 수 있다. 

이 엔진을 독자기술로 개발하고, 발사까지 이뤄낸 국가는 전세계적으로도 많지 않다. 옥호남 한국항공우주연구원 발사체기술개발단장은 "전 세계에서도 미국, 러시아, 유럽(프랑스), 일본, 중국, 인도 정도가 중대형급 엔진을 개발한 국가"라면서 "따라서 세계 7위권 엔진 기술력을 확보한 셈"이라고 설명했다.

항우연 연구진은 이날 발사전까지 총 10기의 엔진을 시험, 지상·고공모사환경에서 총 100회, 누적연소 시간 8326초를 수행했다. 후속 시제인 12·13·14호기도 동시에 조립하고 있다. 

7톤급 액체엔진도 현재까지 모두 4기의 엔진을 시험해 총 42 회, 누적연소시험 4275초를 수행했다.

한국항공우주연구원 연구진은 앞으로 한국형발사체에 활용할 75톤급·7톤급 엔진의 성능과 신뢰성을 보다 향상시키기 위한 시험을 지속할 계획이다. 내년까지 한국형 발사체 개발을 위한 각 단별 체계모델 제작과 성능 검증도 함께 이뤄진다.

국내 연구진은 오는 2020년까지 한국형 발사체 비행모델 1호기 제작과 1단 클러스터링 기술 시험평가를 마칠 계획이다. 이듬해에는 한국형 발사체 2회 발사로 성능을 최종 검증한다.

임철호 항우연 원장, 고정환 본부장, 박정주 센터장이 질문에 답변하고 있다.<사진=강민구 기자>임철호 항우연 원장, 고정환 본부장, 박정주 센터장이 질문에 답변하고 있다.<사진=강민구 기자>

나로호, 시험발사체, 한국형발사체 비교.<자료=한국항공우주연구원 제공>나로호, 시험발사체, 한국형발사체 비교.<자료=한국항공우주연구원 제공>
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