누리호용 엔진 시험발사체 발사 성공…‘중형 로켓엔진’ 시대 열렸다

발사 뒤 엔진 140초 이상 연소 확인돼
75톤급 중형 엔진보유 7번째 국가 진입

한국형발사체(누리호) 엔진 비행시험용 시험발사체가 27일 오전 전남 고흥군 나로우주센터 발사장에 세워지고 있다. 한국항공우주연구원 제공

2021년 발사 예정인 한국형발사체(누리호)에 사용될 75톤 엔진 비행성능 검증을 위한 시험발사체가 28일 오후 4시 성공리에 발사됐다. 엔진은 발사 뒤 430초 동안 비행했으며 최대고도도 209㎞에 이르러 성능이 정상임이 입증됐다. 이로써 우리나라는 75톤급 이상 중형 로켓엔진을 보유한 7번째 국가가 됐다.

고정환 한국항공우주연구원(항우연) 한국형발사체개발사업본부장은 오후 4시30분 “엔진이 목표 시간인 140초 이상 성공적으로 연소됐다”고 밝혔다.

이날 발사된 시험발사체는 한국형발사체에 사용될 75톤급 액체엔진의 성능을 실제 비행 시험을 통해 검증하기 위한 1단형 발사체이다. 발사체 상단에는 실제 위성 대신 일종의 더미인 중량시뮬레이터가 달려 있다. 외국에서는 일반적으로 새로운 로켓엔진을 개발할 때 지상연소시험만으로 성능을 검증하고 시험 발사를 하지만 발사체 경험이 부족한 한국은 실제 비행 환경에서 엔진 성능 등을 점검하기 위해 시험발사체를 발사했다.

한국형발사체는 1.5톤급의 실용위성을 고도 600∼800㎞의 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체로 2021년 2월과 10월 두 차례에 걸쳐 시험 발사한다. ‘누리호’로 명명된 발사체 1단은 이날 발사된 75톤급 엔진 4기를 클러스터방식으로 묶어 300톤급으로 만든다. 클러스터 방식은 미국 스페이스엑스가 멀린 엔진 여러 개를 묶어 팰콘 시리즈를 구성하는 것처럼 로켓 개발의 최근 추세이다. 한국형발사체 2단은 75톤급 엔진 1기, 3단은 7톤급 액체엔진 1기로 구성한다. 하지만 실제 위성을 실어 발사하는 본격 발사는 2022년에 이뤄진다. 항우연은 2023년에는 차세대중형위성을, 2024년에는 차세대소형위성을 한국형발사체에 실어 발사할 계획이다. 2030년대에는 3톤 이상의 정지궤도위성과 저궤도 대형위성을 발사할 수 있을 것으로 항우연은 기대하고 있다.

시험발사체에 사용된 75톤급 액체엔진은 지금까지 개발한 10기 가운데 7호기 엔진으로 3회, 모두 135초 동안의 지상연소시험을 마쳤다. 항우연은 현재 75톤급 엔진 10기를 모두 100회, 누적 8326초 동안 연소시험을 했다. 2021년 한국형발사체 본 시험발사까지는 모두 39기의 75톤급 엔진을 제작해 200회, 누적 2만초의 연소시험을 할 계획이다.

75톤급 엔진 4개가 묶인 한국형발사체 1단은 1초당 산화제와 연료가 1016㎏ 사용된다. 케로신 연료만 1초당 314㎏(200리터짜리 드럼통 2개)이 쓰인다. 1단 작동 시간 130초 동안 사용되는 케로신과 연료는 드럼통 260개에 해당하는 양이다. 75톤급 엔진은 연소압력 60바(대기압의 60배), 연소가스 온도 3500도에 극저온 산화제 온도 영하 180도라는 고압·극고저온의 극한 환경에서 작동한다.

이에 앞서 이진규 과학기술정보통신부 제1차관은 28일 오후 2시30분 전남 고흥군 봉래면 나로우주센터에서 “오후 2시께 발사관리위원회를 열어 전날 오전 11시10분 발사장에서 기립을 완료한 발사체의 발사 준비가 차질없이 진행중인 것을 확인하고 오후 4시에 발사하기로 정했다”고 발표했다. 이 차관은 “발사장 인근과 비행궤적상 기상 상황을 살펴본 결과 강수, 낙뢰 등 발사에 영향을 주는 기상요소는 발생하지 않을 것으로 예상된다. 돌변 상황이 없다면 발사 10분 전부터 카운트다운 단계에 들어간다”고 덧붙였다.

옥호남 한국항공우주연구원 한국형발사체 기술개발단장은 “시험발사체 목적은 75톤 엔진의 비행 성능을 점검하기 위한 것으로 140초 동안 연소하는 것이 확인되면 성공으로 본다. 비행 최고고도나 사거리는 부수적인 것으로 연소가 정상적으로 이뤄지면 달성할 수 있겠지만 고도나 사거리가 예상에 못 미치더라도 시험 성공 여부에는 크게 관련이 없다”고 설명했다.

과학기술정보통신부와 항우연이 2021년 시험 발사할 예정인 한국형발사체 누리호는 75톤 엔진 4개를 묶어 사용한다. 이번에 발사하는 시험발사체는 75엔진 1개로만 구성돼 있다. 현재 75톤급 이상의 엔진 비행시험에 성공한 국가는 미국, 유럽(프랑스), 일본, 중국, 인도, 북한 등 6개국이다.

나로우주센터(고흥)/이근영 선임기자 [e-mail]