[누리호 발사 '미완의 성공'] 칠전팔기로 '연소불안' 극복, 누리호 심장은 지켜냈다

75톤 엔진을 클러스터링 기술로 완성한 누리호 1단의 종합연소시험 장면 항우연 제공

'미완의 성공'에 그친 누리호를 계기로 우리나라는 우주발사체 분야에서 상당한 기술력을 축적하는 계기가 됐다.

발사체 기술은 국가 간 기술이전이 엄격히 금지된 분야로, 미사일기술통제체제(MTCR)와 미국의 수출규제(ITAR) 등에 따라 우주발사체 기술이전이 통제되고 있다.

이 때문에 세계 각국은 자력으로 우주발사체 기술을 확보하기 위해 국가 차원에서 많은 투자와 지원을 아끼지 않고 있다. 하지만, 발사체 기술자립까지의 과정은 매우 험난하고, 숱한 도전과 역경을 극복하는 과정을 거쳐야 한다.

한국형 발사체인 누리호 개발 역시 마찬가지다. 지난 2010년 3월 개발에 착수한 지 12년 만에, 총 사업비 2조원 가량을 투입한 끝에 '발사 성공'이라는 결실을 맺을 수 있게 됐다. 개발 과정은 순탄치 않았다. '누리호의 심장'으로 불리는 75톤 액체엔진 개발 과정에서 '연소불안전 현상'이 생겨 큰 위기를 맞았다. 연소불안정은 중대형급 액체엔진 개발에서 발생할 수 있는 기술적으로 가장 어려운 문제로, 발사체 분야의 선진국 조차 해결 방법을 찾지 못해 설계 변경과 검증 시험을 반복함으로써 해결 방안을 찾고 있다. 그만큼 기술적으로 극복하기 어려운 난제였다.

한국항공우주연구원 연구진들은 12차례의 설계 변경과 20여 차례의 시험을 거쳐 연소불안정 과정을 빠르게 극복해 내고, 지연된 개발 일정을 최소화할 수 있었다. 발사체 전체 부피의 80%를 차지하는 대형 추진제 탱크 제작도 힘든 도전의 영역이었다. 누리호의 추진제 탱크는 지름이 3.5m이지만, 두께는 2.5∼3㎜에 불과하고, 최대한 가벼워야 하는 모순적 조건을 충족해야 했다. 특히 연구진들은 국내에선 한 번도 시도된 적이 없는 탱크를 만들어야 했는데, 제작 과정에서 불량이 발생해 공정개발부터 다시 시작했고, 배관벽이 얇아 용접도 쉽지 않았다. 연구진은 수많은 실패와 수정을 거듭한 끝에 관련 기술을 확보할 수 있었다. 75톤 엔진 4기를 하나의 엔진처럼 작동하게 하는 '클러스터링 기술'도 기술적 난이도가 높은 것으로, 엔진 4기의 정확한 정렬과 균일한 추진력을 내도록 하기 위해선 정교한 설계와 높은 수준의 지상시험이 요구됐다. 연구진은 4기의 엔진과 발사체를 연결하고 조립하는 과정이 예상보다 복잡도가 심해 제작에 많은 어려움을 겪었지만, 시험발사체 발사와 성능 및 연소시험을 반복적으로 수행해 해결했다.

안경애기자 naturean@dt.co.kr