21일 누리호 발사..모형위성 분리되는 967초가 '결정적 순간' [우주강국으로 가는 한국]

21일 1.5t의 위성모사체 발사
이륙후 1단로켓 고도 59km로 올라
3단엔진 분리후 궤도진입해야 성공
발사 시작후 233초경 페어링분리
2009년 나로호땐 비정상분리 실패
누리호 비행 궤적 全과정 데이터
지상 비행통신·관제센터에서 확인

대한민국이 독자 개발한 우주발사체 '누리호'. 누리호 발사의 성공은 이륙후 967초, 대략 16분 정도에 판가름 난다. 21일 발사에는 진짜 인공위성이 아닌 1.5톤의 위성과 닮은 모형을 싣고 쏘아 올린다.

우주발사체는 최종적으로 인공위성이 정상적으로 원하는 궤도에 투입됐느냐가 발사체 성능검증에 중요한 포인트다.

이번 발사에서는 위성발사체로서의 기능을 충분히 수행할 수 있는지를 확인하기 위해서 발사시험, 소위 시험발사를 진행한다. 즉 발사체가 각 단계별로 정상적으로 기능들이 작동하는 것을 확인할 예정이다.

한국항공우주연구원 오승협 발사체추진기관개발부장은 19일 "이륙에서부터 마지막 3단로켓이 모형위성과 분리될때까지 한치의 오차도 없이 이뤄져야 한다"고 말했다. 누리호 발사가 성공과 실패를 판가름할 결정적인 순간들을 알아보자.

■6480㎞/h 속도로 55㎞ 통과해야

첫번째 성패를 가늠할 결정적인 순간은 바로 누리호가 이륙하는 시점이다.

발사 10분전부터 발사자동운용 시스템이 작동하면서 발사 카운트다운이 시작된다. 이때는 모든 결정이 컴퓨터에게 맡겨진다.

누리호가 이륙하기 직전 75톤급 액체엔진 4개로 구성된 1단 로켓이 점화된다. 발사대에서 1단의 1·3번과 2·4번 엔진이 서로 0.2초 간격으로 점화가 된다. 엔진이 점화되고 추력이 90%이상 빌드업되는 시점까지 발사대에서 발사체 지상고정장치가 잡고 있다. 이 순간이 4초정도인데 엔진이 점화된 4초 후에 누리호가 이륙하게 된다.

누리호는 1단 로켓이 총 127초 연소하면서 고도 59㎞에 도달하게 된다. 이때 1단 로켓이 기능을 다 했기 때문에 1단이 분리되는 시점이다.

두번째 성패를 가늠할 결정적인 순간, 1단 로켓의 성능 검증이다. 오승협 개발부장은 "1단 로켓의 기능은 고도 59㎞까지 올라가지만 1단이 작동하고 있는 고도 55㎞에서 초속 1.8㎞, 시속 6480㎞ 정도의 속도를 내줘야 한다"고 설명했다.

참고로 1단로켓에는 추력 1톤의 역추진 고체로켓이 달려있다. 날아가는 관성에 의해 자칫 1단과 2단이 분리되는 과정에서 충돌이 일어날 경우를 피하기 위함이다.

■2~3단 속도와 페어링 분리도 중요

1단 로켓과 분리된 누리호는 2단 로켓이 점화돼 계속해서 170도 방향으로 고도를 높여간다. 발사 시작후 233초경, 고도 191㎞ 지점을 지날때 대기권을 벗어났기 때문에 위성을 보호하고 있는 페어링을 분리한다. 이때가 세번째 성패를 가늠할 결정적인 순간이다. 2009년 8월 나로호 첫 발시 시도때에도 페어링이 비정상으로 분리돼 실패했었다.

누리호는 이렇게 위성모사체가 노출된 상태에서 2단 추력으로 계속 비행하게 된다. 오승협 개발부장은 성패를 가늠할 네번째 결정적 순간으로 2단 로켓의 고도와 속도를 지적했다. 그는 "2단 로켓은 페어링이 분리된 뒤 고도 252㎞ 도달때까지 초속 4.3㎞, 시속 1만5480㎞의 속도를 낼수 있도록 작동해야 한다"고 말했다.

이렇게 2단 로켓은 147초 정도 연소하게 된다. 이륙후 총 274초경 고도 258㎞에 도달하면 2단 로켓이 작동을 멈추고 3단과 분리한다.

이륙 후 967초에 1.5톤의 모형위성이 분리되는데, 이 시점이 마지막 결정적 순간이다. 3단 로켓이 점화돼 520초 정도 연소하면서 고도 700㎞까지 올라간다. 누리호가 발사된 뒤 대략 16분 정도 후에 고도 700㎞에서 모형위성이 분리된다. 이때에는 초속 7.5㎞, 시속 2만7000㎞ 속도를 가져야 한다.

누리호가 발사된 뒤 이 모든 과정의 데이터를 지상의 비행통신과 추적관제 시스템이 체크한다.

누리호를 추적하고 각종 데이터를 오로지 나로호 우주센터에서만 추적하는 것이 아니다. 항공우주연구원의 제주분소와 남태평양의 팔라우섬에 있는 추적소도 누리호의 비행궤적을 따라가면서 추적하게 된다.

항공우주연구원 한상엽 발사체신뢰성안전품질부장은 "모든 비행과정을 거쳤음에도 정상적으로 우리가 원하는 궤도에 모형위성을 투입시키지 못한다면 발사 실패로 정의한다"고 말했다.