누리호 3차 발사, 실용 위성 처음 싣고 우주로

김종범 한국항공우주연구원 책임연구원

2023년 5월 24일 한국형발사체 ‘누리호(KSLV-Ⅱ)’가 다시 비상할 예정이다. 

기상상황, 발사 윈도우 그리고 우주궤도를 돌고 있는 우주물체와의 충돌을 충분히 피할 수 있는 시간대까지 고려해 발사 당일 최종 시간을 확정한다. 

이번 발사에는 주 탑재위성으로 차세대소형위성2호 1기, 큐브위성 7기(도요샛 4기, 루미르, 져스텍, 카이로스페이스) 등 총 8기가 탑재될 예정이다. 

발사체 3단에는 차세대소형위성 2호 탑재/분리 장치와 큐브위성 탑재/사출을 위한 발사관(Deployer)으로 구성되어 있다. 

1차 발사 시에는 위성모사체, 2차 발사에서는 위성모사체 및 성능검증위성을 발사한 바 있는데 3차 발사에서는 실용급 위성을 탑재·발사하는 발사체 본연의 역할을 처음으로 수행하게 된다.

특히 지난해 선정된 체계종합기업이 제작 총괄 관리, 발사 공동운용 등 발사 임무에 최초로 참여한다. 

체계종합기업은 이후 4차 발사에 발사운용 기술 습득 진척 상황을 고려해 관여 범위를 확대하고, 6차 발사에 이르러서는 발사책임자(MD)와 발사운용책임자(LD) 및 발사관제센터(LCC) 일부 콘솔을 제외하고 대부분의 발사 임무를 주도할 계획이다.  

한편 누리호 반복 발사는 발사체 개발 과정 상 불가피한데, 향후 2025년 차세대중형위성 3호의 4차 발사, 2026년 초소형위성 2~6호의 5차 발사, 2027년 초소형위성 7~11호의 6차 발사 등 순차적 일정이 수립되어 있다. 

우주발사체는 반복적인 발사 운용을 통해 발사 과정 최적화, 안정화 및 신뢰성 향상이 요구된다. 

해외 우주선진국들도 첫 발사 이후에 반복발사를 통해 발사체의 성능과 신뢰성을 제고시켜 왔는데,  첫번째 발사 성공 이후 계속 발사에서 실패하는 사례도 적지 않다.

일본 H2 발사체의 경우 1994년 첫 발사성공 이후 1999년 발사에 실패했으며, H2A 발사체는 2001년 첫 발사 성공 이후 2003년 여섯 번째 발사는 실패했다. 

H3 발사체는 2023년 첫 발사에서 1단 엔진 미점화로 발사 중단, 두 번째 발사에서 2단 엔진 미점화로 발사 실패한 바 있다. 

누리호 반복발사는 성공과 실패라는 이분법적 사고와 접근보다는 반복발사를 통해 기술과 경험을 축적해 발사 성공률을 높여가는데 의의가 있다. 

더군다나 체계종합기업이 발사체 발사 준비 및 운영 범위를 점진적으로 확대해 나감으로써 국내 우주산업화 및 발사체 산업생태계 활성화에 기여하게 될 것이다.  

지난해 6월 21일에 전남 고흥군 우주발사전망대에서 관람객들이 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ) 발사를 지켜보고 있다.

지난해 우리 정부는 2045년 우주경제 글로벌 강국 도약을 위해 미래우주경제 로드맵과 제4차 우주개발진흥기본계획을 제시한 바 있다.

대형위성 발사, 달 및 화성 전이궤도 투입성능 확보 등 미래수요에 자력 대응하기 위해 누리호 대비 성능이 대폭 고도화된 차세대발사체(KSLV-Ⅲ) 개발도 우주수송의 일환으로 포함되어 있다. 

올해 착수 예정인 차세대 발사체는 다단연소사이클 엔진을 적용한 2단형 발사체로, 1단에는 100t 이상 엔진 5기, 2단에는 10t 이상 엔진 2기로 구성되어 재사용발사체 기반 기술이 탑재된다. 

이에 2030년 달궤도투입 성능검증위성, 2031년 달착륙선 예비모델, 2032년 달착륙선 최종모델 발사를 수행하게 된다. 

차세대발사체 발사대로는 누리호 시 사용되었던 나로우주센터 내 제1발사대를 개량해 저궤도 위성 및 우주탐사에 활용 가능한 발사대로 개량된다. 

이렇듯 단기적으로 중형 누리호와 고체 소형 발사체 확보 및 차세대 발사체 개발을 추진하고 중기적으로 대형발사체 확보, 장기적으로 재사용 발사체를 확보하게 될 것이다. 

우리나라는 누리호, 즉 1.5톤급 실용위성을 저궤도에 투입할 수 있는 우주발사체를 보유해 이미 7대 실용위성 자력발사국 대열에 들어와 있다. 

현재 우리나라는 위성 17기의 개발을 완료해 9기를 운영 종료하고 8기를 운영 중에 있다. 또한 다목적6/7/7A호, 차세대중형위성2/3/4호, 차세대소형위성2호, 초소형군집위성, 천리안위성3호 등을 개발 중이다. 

특히 지난 8월 5일에는 달 탐사선 ‘다누리’ 발사가 이루어져 달 궤도 상에서 6개의 탑재체를 활용해 과학기술 임무를 수행하고 있다. 

초정밀 위치·항법·시각(PNT) 서비스에 필요한 한국형 위성항법시스템(KPS) 사업도 진행되고 있어 정지궤도 3기와 경사지구동기궤도 5기 등 총 8기 위성시스템 개발도 이루어지게 될 것이다. 

2021년 기준으로 전세계 우주경제는 3700억 달러 규모인데, 위성활용서비스가 전체 85%를 차지하며 제작/발사서비스 등 나머지가 15%를 차지한다. 

우주개발은 국가적 힘으로서의 ‘하드파워’인 동시에 광범위한 정보를 제공하는 ‘사회 인프라’, 인류지식을 향상시키는 ‘소프트 파워’, 시장 방임으로는 한계가 있는 ‘공공사업’, 부가가치 향상 ‘상품’ 등의 특성을 내포하고 있다.

때문에 누리호 반복 발사를 통한 발사체의 신뢰성 제고 등 우주산업 순환경제가 육성되면 광복 100주년인 2045년에는 우주 경제·안보 강국으로 도약해 지구를 넘어 달과 화성까지 우리나라 경제활동 영역을 확장해 나갈 수 있을 것이다.