〔우주산업〕누리호의 발사성공과 향후 개발계획

〔우주산업〕누리호의 발사성공과 향후 개발계획 

(dongascience.com)

 

21일 발사에 성공한 한국형발사체 누리호는 국내 전문가들이 독자 기술로 설계부터 핵심부품 개발, 제작, 조립까지 지난 12년 3개월 동안 쌓아온 결실이다.

 

 

 

〈누리호의 제원〉

 

누리호는 중형 자동차 무게인 1.5t급 실용위성을 고도 600~800km 지구저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체다. 액체연료와 산화제를 추진제로 쓰는 액체엔진을 활용한다. 2010년 3월부터 1조9572억 원을 들여 개발했다.

 

누리호의 길이는 47.2m로 아파트 15층 높이 정도다. 지름은 가장 두꺼운 1단이 3.5m로 성인 2명이 팔을 벌린 크기다. 연료인 등유(케로신)과 산화제를 실은 총 무게는 200t으로 연료가 56.5t, 산화제가 126t 들어간다. 기체의 무게는 17.5t에 불과하다. 1단은 75t급 액체엔진 4기를 하나로 묶는 클러스터링 방식으로 300t의 추력을 낸다. 2단은 75t급 액체엔진 1기가 장착됐고 3단에는 7t급 액체엔진 1기가 장착됐다.

 

 

누리호 개발은 누리호 전 한국형발사체 나로호 2차 발사를 앞두고 있던 2010년 3월 시작됐다. 한국형발사체 개념설계를 완료한 후 2011년 4월 한국형발사체 사업을 사업단 형태로 추진하기 시작했다. 그해 12월 열린 제4회 국가우주위원회에서 개발계획이 확정됐다.

 

2014년 한국항공우주산업(KAI)이 한국형발사체 총조립 기업으로 선정되며 본격적 개발이 시작됐다. 그해 3월에는 3단에 쓰일 7t급 액체엔진 연소기의 지상 연소시험이 230초 동안 성공했다. 7월에는 75t급 액체엔진 개발과 엔진의 성능을 검증하기 위한 주요 시험설비들을 구축하기 시작했다.

 

누리호의 심장 격인 75t 액체엔진 개발은 쉽지 않았다. 2014년 10월 연소기 첫 지상 연소시험을 시작했으나 짧은 섬광만 내고 실패했다. 막대한 양의 추진제가 연소할 때 연소 상태가 불안정해지는 현상이 나타난 것이다. 연소불안정은 해결 방법이 명확치 않아 중대형 액체엔진 개발자들에게는 가장 큰 기술적 난제로 꼽힌다. 개발진은 설계를 12번 바꾼 끝에 10개월 만에 연소 불안정을 극복했다.

 

2018년 11월 28일에는 75t 엔진을 검증하기 위해 누리호의 2단부까지만 만든 시험발사체 발사에 성공하며 중대형 발사체용 엔진을 우주에서 검증한 국가가 됐다. 시험발사체의 연소시간은 151초였다. 이후 누리호 인증모델(QM) 검증을 마치고 2021년 2월 첫 발사 예정이었지만 75t 엔진 4기를 묶는 클러스터링 기술 검증과 부품 문제로 8개월 미뤄져 그해 10월에야 첫 발사가 진행됐다.

 

 

첫 발사에서는 목표 고도인 700km에 위성모사체를 투입하는 데는 성공했으나 목표 속도인 초속 7.5km에는 도달하지 못해 임무에는 실패했다. 원인분석 결과 3단 산화제탱크 내 헬륨탱크가 부력을 이기지 못하고 솟아오르며 탱크에 균열을 일으켜 산화제가 누출돼 목표 연소시간인 521초보다 부족했던 것으로 나타났다. 이번 2차 발사에 쓰인 누리호는 1차 발사의 문제를 개선하기 위해 산화제탱크 내부 보강 작업 등 기술적 조치가 추가로 취해졌다.

 

2022.06.21 21:43

 

 

향후 우주 개발 계획 및 일정

(mk.co.kr)

 

한국이 독자 개발한 첫 우주발사체 '누리호(KSLV-Ⅱ)'의 성공으로 한국은 세계 7대 우주 강국을 향한 첫발을 뗐다. 누리호의 발사 성공은 한국의 우주 기술 경쟁력을 재 확인하는 과정이자, 한국이 우주 탐사에 본격적으로 뛰어들기 위한 신호탄이다.

 

본격적인 우주 개발 시대 경쟁력을 확보하기 위해 팔을 걷어붙이고 있다. 내년부터 향후 5년간 총 4차례의 누리호 반복발사를 통해 독자적인 위성 발사 서비스 사업을 본격화 할 계획이다.

 

2022년 8월

앞서 개발된 첫 한국형 달 궤도선이 스페이스X의 팰컨9에 실려 발사된다. 내년부터는 2031년 발사를 목표로 차세대 발사체 개발 사업도 예정돼 있다. 차세대 발사체 개발은 개발 완료후 2031년 한국의 첫 달 착륙선을 싣고 우주로 날아오를 전망이다.

 

2023년

누리호의 세 번째 발사는 내년 중으로 예정돼 있다. 정부는 내년부터 2027년까지 누리호를 반복 발사하면서 발사체의 신뢰성을 높이고 우주산업 생태계를 육성하기 위한 '한국형 발사체 고도화 사업'에 약 6873억원을 투입할 예정이다.

 

이미 내년에 발사될 누리호 비행모델 3호(FM3)은 현재 단별 조립이 진행중이다. 세번째 누리호 부터는 성능 검증 위성이 아닌 실제 위성을 싣고 우주로 향한다. 누리호 3호 에는 '차세대소형위성(NEXTSat) 2호'가 실린다. 저궤도 과학위성인 차세대소형위성은 2012년부터 KAIST 인공위성연구소 주도로 경량화·모듈화를 거쳐 한국이 독자 개발한 국내 최초의 표준 소형위성이다. 누리호가 쏘아올릴 150㎏급의 차세대소형위성 2호에는 지구 관측에 용이한 X-대역 영상레이다 등 과학장비가 탑재된다. 앞서 개발된 100㎏급 차세대소형위성 1호는 2018년 말 미국의 우주개발기업 스페이스X의 재사용 로켓 '팰컨9'에 실려 발사됐다.

 

2024년

2024년에 발사될 네 번째 누리호에는 500㎏급 지상관측 위성인 '차세대중형위성 3호'와 50㎏ 이하의 '초소형위성 1호'가 탑재된다. 정부는 초소형위성 1호를 시작으로 2031년까지 6세대(G) 통신망 구축, 우주전파 환경 관측 등에 활용할 초소형위성 100기를 산업체 주도로 개발할 계획이다.

 

2026년

초소형위성 2·3·4·5·6호는 2026년 5번째 누리호 비행모델에 실려 발사되고,

 

2027년

이어 2027년에는 초소형위성 7·8·9·10·11호가 마지막 누리호인 누리호6호에 실려 우주로 올라간다.

 

누리호는 한 번에 1.5t을 지구 저궤도까지 실어나를 수 있기 때문에 국내 위성들을 싣고도 남는 공간은 해외 위성에 발사 서비스를 제공하는 데 활용될 예정이다. 임종빈 과학기술정책연구원(STEPI) 국가우주정책연구센터 팀장은 "무료 혹은 매우 낮은 비용으로 해외 위성에 발사 서비스를 제공함으로써 한국형발사체(누리호)의 실용성을 입증하고 세계적인 인지도를 끌어올릴 수 있을 것으로 기대한다"며 "이는 한국이 세계 시장에 진출하는 데 교두보 역할을 할 것"이라고 말했다.

 

누리호 발사는 6호로 마무리 되지만, 누리호를 통해 확보한 기술력은 향후 대형·소형 발사체 개발에 활용된다. 누리호 개발 과정에서 만든 75t급 액체엔진은 향후 성능 개선과 클러스터링(여러 개의 엔진을 묶는 것)을 통해 대형·소형 발사체 개발에 활용될 예정이다. 이를 통해 2030년부터는 모든 국내 중·소형 위성 발사 서비스를 민간 주도로 제공한다는 계획이다.

 

내년부터 본격적으로 개발에 착수하는 한국형 차세대 발사체 역시 누리호 개발 과정에서의 노하우가 반영된다. 누리호보다 더 먼 우주로 향할 차세대 발사체는 액체산소-케로신(등유) 기반 2단형 발사체로 개발된다. 1단 엔진은 100t급 다단연소사이클 방식 액체엔진 5기를 묶는 클러스터링 기술과 함께 재점화, 추력 조절 등 재사용 발사체 기반 기술이 적용될 예정이다. 2단 엔진은 10t급 다단연소사이클 방식 액체엔진 2기로 구성되고 다회점화, 추력 조절 등의 기술이 도입된다.

 

3단 로켓이었던 누리호보다 단수는 줄었지만 추력은 크게 늘었다. 차세대 발사체는 600~800㎞ 상공인 지구저궤도에는 10t, 달탐사·착륙선 궤도에는 1.8t의 화물을 보낼 수 있도록 설계된다. 본격적인 첫 임무는 2031년 달착륙선 발사다. 차세대 발사체는 설계부터 최종 발사에 이르는 전 과정을 추후 선정될 체계종합기업이 한국항공우주연구원과 공동 수행하는 등 개발 단계부터 우주기업 육성을 목표로 추진한다.

 

발사체 개발과는 별도로 우주탐사, 위성 및 위성 항법 시스템 개발도 정부의 우주개발진흥계획에 맞춰 진행중이다. 약 7년간의 개발 기간을 거친 한국형 달 궤도선 '다누리(KPLO)'는 8월 1일 미국에서 발사돼 오는 12월 달에 도착 예정이다.달에 도착한 후에는 인공위성처럼 1년동안 달 주위를 돌며 임무를 수행한다. 다누리에는 향후 달에 사람이 내릴 후보지를 찾기 위한 미 항공우주국(NASA)의 쉐도우캠과 달의 기원을 연구하기 위한 자기장 측정 장비, 달 자원 유무를 탐사하는 감마선 분광기 등이 탑재되어있다. 2031년 한국형 차세대 발사체에 실려 한국에서 발사될 달 착륙선 역시 차질없이 개발되고 있다.

 

3조 7000억원의 예산과 14년의 긴 시간이 투입되는 초거대 프로젝트인 한국형 위성항법시스템(KPS) 개발도 올해부터 착수된다.  KPS는 한반도와 그 부속 도서에 한해 cm급 초정밀 위치·항법·시각 정보를 제공한다. 2035년 KPS 구축이 완료되면 미국에서 만든 위성항법시스템(GPS)과 호환하면서 비상시에는 독자적으로 지금보다 한 차원 높은 위치·항법·시각 정보를 제공할 수 있다.

 

2027년 위성 1호기 발사를 시작으로 2035년까지 총 8기의 위성과 지상·사용자 시스템이 구축된다.

 

매일경제 & mk.co.kr,

2022.06.21 17:32:22

이새봄 기자