누리호 2차 발사 ‘D-5’…1차 때와 달라진 점은?

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누리호 2차 발사 ‘D-5’…1차 때와 달라진 점은?

디지털데일리 발행일 2022-06-10 17:39:03

백지영

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[디지털데일리 백지영기자] 한국형 발사체 ‘누리호’ 2차 발사가 닷새 앞으로 다가왔다. 오는 15일 오후 4시 ‘누리호’는 전남 고흥 나로우주센터에서 두 번째로 우주로 향한다.

지난해 10월 21일 첫 발사에선 3단에 장착된 7톤급 액체엔진이 475초만에 조기 연소 종료되면서 탑재됐던 위성모사체가 목표 궤도에 안착되지 못해 아쉽게 실패했다.

이에 따라 이번 2차 발사에선 실패 원인을 분석하고 이를 보강하는데 초점을 맞췄다. 당시 ‘누리호 발사 조사위원회’를 구성해 원인 규명을 실시한 결과, 누리호가 비행하는 동안 3단 산화제탱크의 헬륨탱크 고정지지부가 풀린 것 등이 주요 원인이었던 것으로 밝혀진 바 있다.

장영순 한국항공우주연구원(항우연) 발사체체계개발부장은 10일 진행된 ‘누리호 2차 발사 온라인 설명회’에서 “총 2600여개 텔레메트리 데이터를 정밀 분석한 결과, 비행 중 진동과 부력으로 인해 실제 비행 시 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승하면서 고정자치가 풀려 헬륨탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정했다”고 설명했다.

이후 이탈된 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 산화제가 누설됐고, 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제 양이 감소하면서 3단 엔진이 조기에 종료되는 결과를 낳았다.

이에 항우연은 3단 산화제탱크 내부의 고압헬륨탱크가 이탈하지 않도록 헬륨탱크 하부고정부를 보강했고, 산화제탱크 맨홀덮개는 두께를 강화하는 등의 기술적 개선조치를 취했다고 밝혔다.

장 부장에 따르면, 10일 현재 누리호 2차 비행모델 1~3단 총조립을 완료하고 결합에 대한 점검까지 완료, 기술적인 점검은 모두 마친 상황이다. 전기적 성능 확인 절차를 진행 중이며, 이것이 완료되면 주말에 점검창을 닫는 등 최종 마무리 작업을 수행할 예정이다.

또한, 이번 2차 발사가 이전 1차 발사와 달라진 것은 위성모사체(가짜 위성)와 함께 누리호의 발사 성능을 검증하는 ‘진짜 위성’이 실린다는 점이다. 누리호는 1.5톤의 물체를 탑재할 수 있는데 지난해 1차 발사에선 모사체 위성만 실었다면 2차 발사에선 1.3톤의 위성모사체와 ‘성능검증위성’을 탑재한다.

성능검증위성의 무게는 국내 4개 대학에서 개발한 큐브위성 4기가 탑재돼 약 180kg에 달한다. 이들은 600~800km 사이의 태양동기궤도에서 2년간 임무를 수행하게 된다. 국내에서 개발한 발열전지, 제어모멘트자이로 및 S-밴드 안테나를 탑재해 우주환경에서 탑재체가 설계에 따라 작동하는지를 확인한다.

이번 누리호 2차 발사의 성공은 지난 1차 때와 마찬가지로 목표궤도인 700km에 도달해 위성을 안착시키는데 달려있다. 장 부장은 “궤도 오차는 5% 정도로 잡고 3단이 35km 오차에 들어오면 성공했다고 판단한다”며 “다만 성능검증위성을 통해 다시 한번 궤도에 진입했는지 추가 확인하는 절차가 있다”고 말했다.

안상일 항우연 위성우주탐사체계설계부 책임연구원은 “성능검증위성의 역할을 가장 중요한 임무는 발사체의 투입 성능을 확인하는 것”이라며 “발사 후 42분 뒤 첫 교신이 이뤄진다”고 설명했다.

이제 남은 변수는 ‘날씨’다. 기상청 예보에 따르면, 발사 전일인 14일 오전 나로우주센터에 강수 확률은 60%로 이날 발사체의 발사장 이송되는 동안 우천 가능성이 있다. 발사체가 보관된 조립동에서 발사대까지는 1.8㎞다. 이송시간은 1시간 정도 소요된다. 이후 기립해서 유공압 엄빌리칼을 연결하는데 상당한 시간이 걸리는데 이 과정에서 안전문제가 발생할 가능성은 있다.

장영순 부장은 “발사체 자체는 외부 빗물이 차단되는 구조여서 발사에는 우천 환경에 아무 문제가 없지만, 비가 계속 내려 노면이 젖을 경우 이송차량이 비탈길을 잘 못 올라갈 수 있는 등의 문제는 있을 수 있다”며 “기상 상황을 예의주시하고 있다”고 말했다.

누리호가 우주로 향할 오는 15일 오후 4시를 전후한 날씨는 구름이 조금 끼는 것으로 예보돼 있다. 발사 당일엔 기상상황과 우주물체 충돌 가능성, 우주환경 영향 등을 점검해 최종 발사 시각을 결정한다. 지상풍·고층풍 등의 기상 조건이 중요하다.

발사 과정은 이렇다. 14일 오전 7시 20분경 발사체 이송이 시작되고 발사장에 도착하면 발사체 기립이 진행된다. 이후 엄빌리칼 타워 연결 작업이 시작된다. 엄빌리칼은 발사체에 추진제와 전기를 공급하는 설비다. 탑재체를 위한 공조 엄빌리칼, 전기 공급 엄빌리칼, 추진제를 공급하는 유공압 엄빌리칼 등으로 구성된다. 이같은 작업이 저녁 7시까지 진행된다.

발사 당일인 15일엔 발사운용이 정상적으로 되는지 최종점검한 후 연료 탱크 충전이 진행된다. 발사 시각을 발표하고 연료탱크 충전을 완료한 뒤 발사체 기립장치를 철수한다. 산화제탱크 충전완료 및 보충충전 진행, 발사체 기립장치 철수 완료 이후 발사 10분 전 발사자동운용(PLO)이 시작된다.

발사가 되면 이륙 후 127초(2분7초)에 1단이 분리되고, 233초에 페어링 분리, 274초 2단 분리, 897초(14분57초)엔 700km 고도에서 성능검증위성이 먼저 분리되고, 967초(16분7초) 후엔 위성모사체가 분리되는 순서로 진행된다.

만약 2차 발사가 실패할 경우를 대비해 3호기도 준비하고 있다. 다만 3차 발사 수행 여부는 아직 결정되지 않았다. 과기정통부와 항우연 등 관계기관의 협의가 필요하기 때문이다.

장 부장은 “3호기를 예비호기로 조립하고 있고 현재 단별 조립은 순조롭게 진행 중”이라며 “누리호 2차 발사가 성공하면 3호기는 한국형 발사체 고도화 사업의 1호기가 될 것”이라고 말했다. 과기정통부는 올해부터 2027년까지 한국형발사체 고도화 사업을 위해 6873억8000만원을 투입한다.

한편 그는 현재 내부 분위기에 대해 “발사를 앞두고는 항상 긴장상태에 있지만, 여러번 조립하고 발사하는 과정에서 경험이 쌓인다는 것을 느끼고 실제 조립과정에서도 점점 더 문제가 없어지는 것을 느낀다”며 “다만 발사체 발사는 예기치 못한 부분이 발생할 수 있어 이를 어떻게 대처하고 해소하는지가 중요하다”고 말했다.