우주 강국 ‘첫 관문’ 75t 엔진 시험 성공

누리호 1·2단에 들어가는 핵심 구성체
실제 비행환경서 기준 목표 140초 달성
러 엔진 ‘나로호’와 달리 순수 국내기술
“최대고도·낙하지점 등 순조롭게 성공”28일 오후 4시, 전남 고흥 나로우주센터에서 순수 국내기술로 개발한 한국형 발사체 ‘누리호’의 75t액체엔진 시험발사체가 지축을 울리며 하늘을 향해 힘차게 솟구쳐 올랐다.한국항공우주연구원에 따르면 75t 액체엔진이 실제 비행환경에서도 목표치인 140초를 넘어 151초까지 정상 연소되면서 이날 시험발사는 성공적으로 끝났다. 자세한 비행 데이터는 비행 중에도 실시간 전송되기 때문에 29일 종합평가를 내리게 된다. 140초 연소는 1.5t급 위성을 고도 600~800㎞의 지구 저궤도에 올려놓기 위한 3단 발사체를 설계했을 때 수학적으로 계산된 75t 엔진의 최소 연소요건이다.

75t 엔진은 오는 2021년 발사될 누리호에 사용되는 1단과 2단에 들어가는 핵심부품이다. 일단 이번 시험발사 성공으로 한국형 발사체 개발은 8부 능선을 넘었다는 평가를 받고 있다.

누리호 75t엔진 시험발사체가 발사된 나로우주센터는 발사 하루 전인 27일부터 긴장 상태에 놓였다. 엔진 시험발사체를 발사대로 옮겨 세우고 발사 준비를 위한 각종 점검을 완료한 뒤 오후 7시부터 비행시험위원회와 발사관리위원회를 열어 발사체 점검과 사전 예행연습 결과를 검토했다. 기술진들은 발사 당일인 이날도 오전 7시쯤 아침식사를 일찌감치 마치고 드론을 띄워 지상 20㎞까지의 바람 상태와 구름 두께를 측정하는 등 발사 준비로 분주한 모습을 보였다.

오후 2시 발사관리위원회가 열려 오후 4시로 발사 시간이 최종 결정되자 2시부터 영하 183도의 차가운 액체산소(산화제)와 연료인 케로신(등유)이 주입됐다. 발사 10분 전인 오후 3시 50분부터 발사관제시스템이 자동으로 카운트다운을 시작하고 발사 10초를 남겨둔 시점에 발사통제동에는 긴장감이 감돌았다. 오후 4시 마침내 발사 명령이 떨어지면서 우리 손으로 만든 75t엔진이 점화되고 엄청난 화염과 굉음을 내뿜으며 하늘로 올랐다.

발사체(로켓) 개발의 역사가 긴 미국, 러시아, 유럽 같은 우주 선진국들은 새로운 로켓 엔진을 개발하더라도 지상연소시험으로만 성능을 확인할 뿐 한국처럼 비행모델로 성능시험을 하지 않는다. 그러나 발사체를 우리 손으로 개발한 것은 ‘누리호’가 처음이기 때문에 지상연소시험과 함께 실제 비행 환경에서 엔진 성능을 검증하기 위해 이번 시험발사가 실시됐다. 누리호에 앞서 2013년 발사에 성공한 국내 첫 우주발사체 ‘나로호’가 있지만, 나로호는 러시아에서 1단 엔진은 물론 엔진시험 설비까지 사들여 사용했기 때문에 이런 과정이 생략됐다.

75t엔진 시험발사가 성공해 누리호 개발의 중요한 단계는 넘었다고 하지만 3년 뒤 누리호 시험발사까지는 아직 갈 길이 멀다. 누리호 1단은 이번 발사에 성공한 75t엔진 4기를 묶어 구성되는데 이렇게 여러 개 엔진을 하나로 묶는 ‘클러스터링 기술’도 만만치 않다. 엔진 4기가 하나로 묶여 있다고 하더라도 같은 힘으로 동시에 작동해야 하기 때문이다. 4기의 엔진 중 하나라도 연소시간이 늦어지면 누리호 발사는 실패할 수밖에 없다. 이 때문에 2020년 12월에는 클러스터링 된 1단 엔진기술을 시험평가하는 과정이 있다. 또 누리호 발사대는 나로호와 이번 엔진 시험발사를 실시한 발사대보다 커야 하는데 이를 위해 항우연은 내년 하반기까지 제2발사대를 완공한다는 계획이다.

한국형 발사체 누리호는 1.5t급 실용위성을 지구 저궤도에 올리기 위한 3단형 발사체다. 많은 사람들이 이번에 발사된 75t엔진 시험발사체를 누리호 시험발사체로 착각하는데 실제 누리호 시험발사는 2021년 2월과 2021년 10월에 두 차례 있을 예정이다. 이후 2022년에는 누리호 상단에 시험위성을 탑재해 발사하고 2023년에는 차세대중형위성, 2024년에는 차세대소형위성을 실어 발사함으로써 누리호의 위성발사 능력을 증명하게 된다.

‘나로호 개발’의 아버지로 불리는 조광래 항우연 연구위원은 “이번 엔진 시험발사는 연소시간이나 최대고도, 낙하지점 등 모든 것이 깔끔하게 이뤄졌다”면서 “75t엔진 기술 확보는 누리호 개발의 핵심 기술이자 가장 어려운 부분이었는데, 발사가 성공적으로 이뤄져 앞으로의 개발 과정도 순조롭게 진행될 것”이라고 기대했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr