항우연 '재활용 발사체 핵심' 재점화 기술 첫 시험 성공

한국항공우주연구원이 9t급 액체엔진의 재점화에 성공했다. 왼쪽은 연소 중인 9t급 엔진. 한국항공우주연구원 유투브 채널 캡쳐

한국항공우주연구원이 9t급 액체엔진의 재점화에 성공했다. 재점화는 엔진의 연소가 종료된 후 다시 엔진이 점화해 시동되는 기능이다. 우주 발사체를 재활용하는데 필요한 핵심 기술이다. ‘재활용’이라는 우주발사체 최신 세계 개발 트렌드를 한국도 따라갈 수 있다는 기대가 나온다. 

25일 항우연에 따르면 9t급 액체엔진이 320초간 1차 연소한 뒤 370초 뒤 다시 점화되는 실험을 성공적으로 마쳤다. 국내에서 엔진 재점화에 성공한 것은 이번이 처음이다. 지난달 21일 한국형발사체 ‘누리호(KSLV-II)’ 때 사용한 7t급과 75t급 엔진은 한번 연소가 시작되면 다시 점화가 불가능했다.

우주발사체 재활용은 세계적 개발 트렌드가 되고 있다. 미국 스페이스X의 최고경영자(CEO) 일론 머스크에 따르면 우주발사체 '팰컨 9'의 1단 로켓은 최소 10번 재활용이 가능하다. 설계 보완만 거치면 최대 100회까지도 재활용이 가능할 것으로 보고 있다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 독일 항공우주센터(DLR)과 프랑스 국립우주연구센터(CNES)와 함께 활용 로켓 연구개발에 2022년까지 실험용 소형로켓을 만드는 게 목표다. 중국은 1단 엔진와 고체 부스터를 재사용하는 '장정 8호'를 개발 중이며 유럽도 재사용 우주 발사체와 관련된 기술 연구개발을 추진하고 있다. 

연소가 멈춘 9t급 액체엔진. 한국항공우주연구원 유투브 채널 캡쳐

항우연 발사체엔진개발부는 “현재 발사비용 절감을 위해 재사용 발사체가 활발히 연구되고 적용되고 있다”며 “재사용 발사체는 위성궤도 투입 후 낙하 시 엔진 2~3회 재점화를 통해 방향을 전환하고 착륙속도를 줄여 귀환한다”고 설명했다.

또 발사체 단의 낙하점 조정이 가능해진다. 엔진이 1회만 점화될 경우 연소종료 된 단은 중력궤도에 따라 낙하돼 낙하위치가 정해진다. 해당 단의 낙하 위치가 허용된 낙하위치를 벗어날 경우, 발사자체가 불가하다. 우주발사체 발사의 큰 제약조건으로 꼽힌다. 재점화가 가능할 경우 낙하점을 조절할 수 있어 임무가 보다 확장될 수 있다는 분석이 나온다. 

다만 재점화 기술이 완성된다고 해 발사체 재활용이 바로 가능한 것은 아니다. 발사체엔진개발부는 “재사용 발사체는 지상과 해상 착륙을 통해 회수하는 방안”이라며 “재사용 발사체용 엔진은 재점화 뿐 아니라 추력조절 기능이 필수적”이라고 설명했다. 

다점화 구현으로 저궤도 위성 투입능력 증대될 수 있다. 항우연 제공

재점화가 가능해지면 우주 발사체가 여러 궤도에서의 임무를 수행할 수 있다. 연소 종료 후에도 무중력 비행을 통해 궤도상에서 원하는 위치에 도달한 후 재점화해 궤도를 변경할 수 있기 때문이다. 가령 1번째 위성을 특정궤도에 투입한 후 무추력 비행을 하다가 다시 점화해 궤도를 변화시킨 후 2번째 위성을 투입하는 식이다. 다수의 위성에 대해 각각의 위성 임무에 최적화된 궤도 투입이 가능해진다. 엔진이 1회 점화만 가능할 경우 특정 단일궤도에서만 임무 수행이 가능하다.

또 추진제 절감을 통한 위성 투입능력 증대도 노릴 수 있다. 엔진이 1차 정지한 동안 추진제가 사용되지 않으므로 그만큼 추진제를 절감이 된다. 추진제 양이 절감된 만큼 위성의 무게를 더 늘릴 수 있다는 설명이다. 저궤도 대형위성 발사체나 정지궤도 위성 발사체, 행성탐사 발사체 등에 적용이 가능하다.

항우연은 재점화 기술을 일회용인 누리호 성능 개량과 차세대 발사체 개발에 활용한다는 계획이다. 

9t급 액체엔진 재점화 영상보기  https://youtu.be/bOKI51H_X4A

 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]