75톤 엔진 시험발사체 발사 성공…한국형발사체 개발‘파란불’

목표 연소시간·최대고도 모두 달성
75톤급 중형엔진 보유 7번째 국가
2021년 누리호 발사 추진에 동력

한국형발사체(누리호) 개발용 75톤 엔진 비행성능 검증을 위한 시험발사체가 28일 오후 4시 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사되고 있다. 한국항공우주연구원 제공

2021년 발사 예정인 한국형발사체(누리호) 개발에 사용될 75톤 엔진 비행성능 검증을 위한 시험발사체가 28일 오후 4시 성공리에 발사됐다. 엔진은 발사 뒤 151초간 연소했으며 최대고도도 209㎞에 이르러 정상 작동했음이 확인됐다. 이로써 우리나라는 75톤급 이상 중형 로켓엔진을 보유한 7번째 국가가 됐다.

이진규 과학기술정보통신부(과기정통부) 제1차관은 이날 “전남 고흥군 나로우주센터의 레이더 등 추적장비와 발사체가 보내온 원격 전송 정보를 통해 분석한 결과 애초 목표한 비행 상황에서의 75톤급 엔진 정상 작동을 확인했다”고 밝혔다. 고정환 한국항공우주연구원(항우연) 한국형발사체개발사업본부장은 “엔진 연소 목표치인 140초 이상을 달성하고 최대고도도 목표 207㎞ 넘었으며 낙하지점도 400㎞가 넘는 429㎞에 이르러 엔진 비행시험이 성공적으로 수행된 것으로 판단한다”고 말했다.

시험발사체는 나로우주센터에서 발사돼 엔진이 종료할 때까지 75㎞ 고도까지 치솟아 오르고 이후 관성 비행으로 5분19초께 최대고도에 이른 뒤 포물선형 비행궤적을 따라 429㎞ 떨어진 제주도 남동쪽 공해상에 안전하게 낙하했다.

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.

한국형발사체는 1.5톤급의 실용위성을 고도 600∼800㎞의 저궤도에 투입할 수 있는 3단형 발사체로 2021년 2월과 10월 두차례에 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.

이근영 선임기자 [e-mail]