'누리호 성패' 967초만에 판가름..'성공'까지 3개 고비는

[국산 로켓 누리호, 다시 우주로 도전]

한국형발사체 누리호(KSLV-II). / 그래픽=이지혜 디자인기자

우주로 가는 길이 험난하다. 국산 로켓 누리호(KSLV-II)의 2차 발사는 비바람으로 한 차례, 레벨센서 이상으로 또 한 차례 연기됐다. 그럼에도 연구진과 300여개 기업은 난관을 극복하며 오는 21일 발사를 앞두고 있다. 막판 최대 고비는 날씨다. 누리호는 예고된 장마 전선을 피해 날아야 한다. 지면을 박차고 오른 이후에도 긴장을 늦출 수 없다. 로켓 기술이 시나리오대로 정상 작동할지 여부가 관전 포인트다.

20일 한국항공우주연구원과 과학기술정보통신부는 누리호를 발사대로 이송시켜 점검 작업을 진행하고 있다. 이날 전기 계통 연결을 시작으로 추진제(산화제·연료) 주입을 위한 사전 연결 작업 등을 마친 상태다. 발사관리위원회는 발사 당일 두 차례 회의를 통해 추진제 충전 여부와 발사 시각을 확정할 계획이다. 지금으로선 21일 오후 4시쯤이 유력하다.

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①산화제 측정량 계측 센서, 결함 보완했지만 문제 없을까?

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누리호가 지난 15일 발사 하루 전 사전 점검 중 '레벨센서' 이상으로 발사가 취소됐다. 이후 50시간 만에 결함을 보완해 오는 21일 재발사에 도전한다. / 그래픽=최헌정 디자인기자

누리호는 지난 15일 발사를 하루 앞둔 점검 과정에서 1단 산화제 탱크 내부의 레벨센서 이상이 감지됐다. 레벨센서는 탱크 내부의 산화제 충전 수위를 계측하는 센서다. 산화제는 연료와 함께 로켓을 밀어 오르는 힘(추력)을 낸다. 센서가 고장 나면 정상 비행을 기대할 수 없다.

항우연 연구진은 이상 감지 후 50시간 만에 레벨센서 핵심 부품을 교체했고, 로켓에 있는 모든 전자 장비의 정상 작동을 확인했다. 누리호는 발사 전 3~4시간 전부터 산화제를 채운다. 사전 점검과 발사 당일 산화제 충전 과정을 오류없이 넘기면, 누리호는 우주로 날아오를 조건을 충족한다. 항우연 핵심 관계자는 "레벨센서는 이륙 직전까지 산화제와 연료량을 계측하고 이륙 순간부턴 아무런 기능을 하지 않는다"며 "발사 전에만 문제가 없으면 비행에는 영향이 없다"고 말했다.

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②10분 전 카운트다운, 문제 없을까? 나로호 땐 7분 전 중단되기도

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누리호는 발사 10분 전부터 자동으로 운용이 시작된다. / 그래픽=김현정 디자인기자

누리호 발사 당일 핵심 작업은 산화제와 연료 충전이다. 누리호는 산화제와 연료로 각각 액체 산소와 케로신을 쓴다. 산소가 액체 상태를 유지하려면 온도를 영하 183℃까지 낮춰야 한다. 산화제를 주입하면 누리호 바깥에 얼음덩어리가 만들어지고, 산화제가 대기에서 기화(액체→기체)되면서 되면서 특유의 흰 연기가 피어오른다.

발사가 임박하면 로켓 주변에서 누리호를 잡아주던 기립 장치가 철수된다. 누리호는 발사 10분 전부터 이륙 직전까지 발사 관제 시스템에 의해 자동으로 운영된다. 이를 '발사자동운용'(PLO)이라 부른다. 누리호 1단 엔진의 추력 300톤 도달과 고정장치 해제 명령이 떨어지면 누리호가 우주로 날아오른다.

다만 발사 10분 전 가동을 멈춘 사례도 있다. 러시아 기술로 개발했던 나로호(KSLV-I)는 2009년 8월 1차 발사 예정이었으나 이륙 7분56초를 앞두고 자동 중단됐다. 고압 탱크 압력을 측정하는 소프트웨어 결함 때문이었고, 이를 보완해 엿새 뒤 재발사했지만 결국 실패했다.

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③누리호 2차 발사 성패 16분7초만에 판가름, 어떻게 발사될까?

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누리호 2차 발사 시퀀스. / 그래픽=김현정 디자인기자

누리호 2차 발사 성공 여부는 967초(16분7초)만에 판가름 난다. 누리호는 3단 로켓이다. 중량 200톤을 딛고 날아오르기 위해 최하단부 1단은 추력만 300톤(75톤 액체엔진 4기 클러스터링)에 달한다. 2단과 3단은 각각 75톤 액체엔진 1기와 7톤 액체엔진 1기로 구성된다.

지난해 10월 1차 발사된 누리호는 3단 엔진이 조기에 멈췄다. 결국 초속 7.5㎞ 속도를 내지 못하면서 무게 1.5톤의 위성모사체를 목표궤도에 안착시키지 못했다. 항우연 연구진은 발사 이후 2개월간 총 2600여개 텔레메트리 데이터를 분석해 결함을 확인했고, 3단 산화제탱크 내부의 고압헬륨탱크가 이탈하지 않도록 설계를 보강했다.

이번에 발사되는 누리호는 127초(2분7초)만에 고도 59㎞에 도달해 1단 로켓을 분리한다. 발사 274초(4분 34초) 후에는 고도 258㎞에서 2단을 분리한다. 이때부터 3단 로켓으로만 비행을 시작한다. 발사 897초(14분57초), 967초(16분7초) 뒤에는 고도 700㎞에서 각각 200㎏급 성능검증 위성과 1.3톤급 위성모사체를 분리할 예정이다. 누리호는 발사 약 43분 후 성능검증 위성과 최초 접속이 이뤄질 전망이다.

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김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr

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