과거 두 차례의 뼈아픈 실패를 겪었던 나로호가 오는 10월 말, 마지막 도전에 나선다. 전남 고흥 나로우주센터에서는 팽팽한 긴장감 속에 나로호 발사를 위한 막바지 점검 작업이 한창이다. 지난 9월 14일 세 번째 도전에 나서는 나로호 발사체가 공개됐다. 10월 초부터는 발사를 위한 조립작업에 들어간다. 이에 상단과의 조립을 앞두고 엔진 구동 장치와 전기 시험 등 각종 점검에 들어갔다.

안상호 기자 press83@

순수 우리기술로 개발한 나로과학위성도 우주 관측 임무 수행을 위한 성능 시험에 한창이다. 연구진은 “과거 두 번의 실패 원인을 철저히 분석해 보완했다”며  성공 가능성을 높게 보고 있다. 하지만 이번이 나로호의 마지막 도전인 만큼 러시아와 국내 연구진 2백여 명이 동원돼 더욱 엄격하고 철저한 점검이 이뤄지고 있다. 10월 3일부터는 점검을 끝낸 각 부분의 최종 조립에 들어간다. 발사기간은 10월 26일부터 31일까지로 정해놓은 상태로, 발사일은 나로호의 최종 리허설 결과와 기상 상황을 고려해 최종 결정될 예정이다.

발사 시간은 발사 당일 최종 확정
교육과학기술부는 지난 9월 11일 ‘나로호 3차 발사 관리위원회’를 개최하고 나로호 3차 발사를 위한 기술적인 발사 준비상황과 최적의 발사 여건 등을 종합적으로 검토한 결과, 다음달인 10월 26일에서 31일 사이에 나로호 3차 발사를 추진하기로 결정, 이를 관련 국제기구에 통보할 계획이라고 발표했다. 최종 발사일과 발사시간은 향후 기상상황 등을 고려하여 발사예정일에 임박하여 결정될 것이며, 관련 국제기구에 통보하는 문서에는 관례상 발사예정일을 발사 가능기간의 첫 번째 날인 10월 26일로 설정하고, 발사예비일을 10월 27일에서 10월 31일로 설정할 것이라고 밝혔다. 그러나 향후 기상조건 등에 따라 실제 발사가 발사예정일과 발사예비일 기간 내에 추진되지 못할 가능성도 존재한다는 점을 언급하며 이에 대한 국민들의 이해를 구했다. 발사 당일에는 발사 전에 8시간 정도의 작업이 필요한데, 오전과 오후의 발사 가능 시간대 중에서 발사 예정 시간대를 오전(가능시간: 5:45~7:00)으로 설정할 경우 연구원들의 밤샘작업이 불가피해, 연구원들의 피로 누적에 따른 인적오류 가능성을 감안하여 발사시간대가 오후(가능시간: 15:30~19:00)로 결정되었다. 구체적인 발사시간은 발사 당일 기상상황, 우주환경상황(태양활동 정도, 태양방사선 수준 등)을 고려하여, 우주궤도를 돌고 있는 우주물체(인공위성, 우주정거장 등)와의 충돌을 충분히 피할 수 있는 시간으로 정해지며, 발사 당일 최종적으로 확정할 예정이다. 이번에 결정된 발사예정일과 예비일, 발사시간대는 분리된 페어링과 1단의 예상 낙하시간, 낙하구역 정보 등과 함께 항공기와 선박의 안전 운항을 위하여 국제기구(국제민간항공기구(ICAO)와 국제해사기구(IMO) 등)와 관련국에 통보될 예정이다. 현재 한국과 러시아의 양국 연구진은 발사 성공 가능성을 최우선적으로 고려하여 엄격한 점검을 통해 기술적인 준비를 차질 없이 진행하고 있다. 나로호 발사체에 대해서는 1단 성능 점검, 상단 조립 및 성능 점검 작업을 진행하고 있으며, 이 작업이 완료되면 발사체 총조립 작업이 착수될 예정이다. 나로우주센터 발사대에 대해서는 앞서 8월말 관제설비, 추진제공급설비 및 지상기계설비에 대한 성능점검을 성공적으로 마쳤으며, 향후 발사체와의 연계시험 등을 수행한 후 발사에 임박해 발사운용모드로 전환한다. 나로과학위성에 대해서는 발사체와의 기계·전기 접속 시험, 지상국 운용 시험, 배터리 점검 및 충전 등의 작업을 진행할 예정이다. 교육과학기술부는 “나로호 3차 발사는 일회성 이벤트가 아니라 우리나라의 독자 우주발사체 개발을 위한 중요한 과정이자 투자로, 향후 우리나라가 우주강국으로 도약하는 데 밑거름이 될 것”이라고 강조하며, “교육과학기술부와 한국항공우주연구원은, 지난 두 차례의 실패에도 불구하고 격려해주시고 성원해 주신 국민 여러분의 염원에 보답하기 위해 철저히 준비하고, 나로호 3차 발사가 꼭 성공할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 각오를 다졌다.

나로호 발사 성공의 열쇠는 ‘발사체’
나로호 발사 일정이 확정되면서 나로호의 세 번째 도전의 성공 여부에 관심이 집중되고 있다. 관건은 1·2차 때 실패 주원인이었던 발사체다. 위성에 탑재하는 ‘나로 과학위성’도 중요하지만 발사와 직접 연관이 있는 발사체가 제일 중요하다는 것. 지난 2009년과 2010년에 이뤄진 1·2차 발사 실패 원인이었던 발사체가 3차에서 잘 작동할 수 있는지가 성공을 좌우한다. 1차 발사 실패는 페어링 분리가 되지 않았기 때문이다. 나로호가 음속을 돌파한 상태서 상단부 페어링이 두 쪽 가운데 한 쪽만 분리됐다. 고도 306㎞ 지점에서 위성체와 분리돼야 했지만 340㎞ 지점에서 분리돼 목표 궤도에 진입하지 못했다. 위성 무게의 4배나 되는 한 쪽 페어링이 그대로 남아 충분한 상승 속도를 내지 못한 것으로 분석됐다. 2차 발사는 발사 후 137초 만에 폭발했다. 실패 원인을 찾기 위해 우리나라와 러시아가 치열한 논쟁을 벌였지만 결론을 도출하지는 못했다. 한국항공우주연구원과 러시아 흐루니체프사가 공동으로 개발한 나로호 발사체는 예산 5000억원이 투입됐다. 나로호를 상공 164㎞까지 올려 보내는 하단부(1단)와 상단부(2단)로 구성됐다. 하단부 개발은 러시아가 맡았다. 1단은 전방 동체부, 1단 탑재체부, 산화제 탱크부, 엔진을 포함한 연료 탱크부, 공력핀을 포함한 후반 동체부 등 5개 부분으로 구성됐다. 170톤급 추진력으로 나로호를 쏘아 올린다. 공기 저항이 심한 지구 상공 40~70㎞까지는 강한 추진력이 필요하다. 나로호는 액체 로켓을 이용한다. 주 연료는 등유를 이용하며 산화를 위해서 액체 산소를 공급한다. 액체상태 연료와 산화제를 연소실로 각각 분사해 혼합시켜 연소하는 방식이다. 2단에 비해 구조가 복잡하고 소요 구성 부품이 많은 것이 특징이다. 발사체 상단부는 우리나라가 직접 개발했다. 2단 탑재체부, 킥모터부, 페이로드 페어링, 탑재 어댑터, 위성 등 5개 부분으로 이뤄졌다. 7톤급 추진력이 있다. 2단 발사체는 순수 우리나라 기술로 개발한 첫 발사체란 점에서 의미 있다. 연료와 산화제가 혼합된 고체 형태의 추진제를 사용한다. 대형 발사체의 보조 추력 장치로 이용된다. 나로호는 발사 15분 전까지 추진체 충전과 탑재 시스템을 점검한다. 15분 전부터 자동 카운트다운에 돌입한다. 이륙 후 음속을 돌파하면 페어링이 분리되고 1단 엔진은 정지된다. 1단 로켓이 분리된 후 관성을 이용해 지구 상공 300㎞까지 올라간다. 여기서 2단 로켓 점화가 시작돼 위성체를 타원 궤도에 올린다.

발사 성공시 나로과학위성이 지구 돌며 임무 수행
이번에 발사되는 나로호는 100㎏급 인공위성을 지구 저궤도에 진입시킬 수 있는 2단형 발사체다. 나로호의 총 중량은 140t이며 총 길이는 33.5m, 직경은 2.9m다. 나로호의 하단 25.8m는 흐루니체프사가 개발한 1단 로켓으로 나로호를 지상에서 우주 상공 170㎞까지 쏘아 올리는 주요 추진체 역할을 한다. 1단에는 액체 엔진, 노즐, 연료탱크, 산화제 탱크 등이 포함된다. 나로호의 상단 7.7m는 우리나라가 개발한 2단 로켓으로 궤도 진입을 위한 마지막 추진력을 낸다. 2단에는 나로과학위성과 이를 보호하는 페어링을 비롯해 고체엔진 부분인 킥모터, 자세제어시스템 등이 들어있다. 1단 로켓과 2단 로켓은 지난 9월 1일과 8월 29일 각각 전남 고흥군 나로우주센터 조립동으로 이송됐다. 현재 1단 로켓 점검을  마치고, 10월 2~4일 최종 결합할 계획이다. 조립된 나로호는 이후 발사대에 설치돼 수평으로 이송한 뒤 이렉터(erector)를 이용해 수직으로 세워 발사 패드에 고정시킨다. 나로호가 발사대에 설치되면 발사를 위한 연료와 전기 계통을 중심으로 점검을 거친다. 모든 기기가 정상을 유지하고 기상과 주변 환경에 문제가 없으면 발사 준비가 완료된다. 연료와 산화제 주입은 발사 약 4시간 전부터 시작하며, 발사 15분 전부터는 자동 카운트다운이 시작된다. 발사 이후에는 고도 177㎞ 근방에서 위성을 감싸고 있던 페어링이 분리되고, 1단 로켓과 2단 로켓이 차례로 분리된 뒤 마지막으로 위성이 분리된다. 이번 발사가 성공하면 나로호에 실린 나로과학위성은 1년간 300㎞×1500㎞ 상공에서 지구 주위를 매일 약 14바퀴 타원궤도로 돌게 된다. 한편 나로호 3차 발사에 탑재될 ‘나로과학위성’이 공개되면서 그 성능과 역할에 관심이 쏠리고 있다. 당초 나로호에는 ‘과학기술위성 2호’가 탑재될 예정으로, 동일한 성능의 위성 2기가 제작됐지만, 지난 두 차례의 발사 실패로 모두 상실됐다. 이에 따라 교육과학기술부와 한국항공우주연구원은 2010년 11월 과학기술위성 2호 제작을 위해 만들어졌던 검증위성을 활용하는 방안을 세워 2011년 2월부터 나로과학위성을 개발했다. 나로과학위성 발사에 성공하면 300~1500㎞의 타원궤도로 지구를 하루에 약 14바퀴 선회하며 지구 주변의 우주환경 관측과 선행 우주기술 검증을 위한 과학 실험 등의 임무를 수행하게 된다. 순수 국내 기술로 개발한 위성 본체는 프레임형 구조체로 태양전지판과 Li-Ion(리튬이온) 배터리, 마그네틱 센서 및 태양센서, 신형 컴퓨터, 소형위성용 X 대역 송신기, 태양전지판 전개용 힌지 등으로 구성된다. 나로과학위성은 우주 검증시험과 적외선 지구 관측을 위해 이온층관측센서, 우주방사선량 측정센서, 펨토초 레이저 발진기, 반작용 휠, 적외선 센서, 레이저반사경 등 6개의 탑재체를 장착하고 있다. 특히 우주환경 변화에 따른 방사선량 증감과 지구 이온층 변화 등을 측정함으로써 태양활동 극대기 우주 방사선량 모델링과 우주방사선이 우주부품에 미치는 영향, 이온층이 통신시스템에 미치는 영향 등 우주과학 연구와 위성기술 연구개발 검증 임무를 수행한다. 한편 나로과학위성의 운용은 KAIST 인공위성연구센터에서 수행한다.

향후 3단형 우주발사체를 국내 독자기술로 개발
10월 말로 예정된 우리나라 첫 우주발사체 ‘나로호’의 3차 도전은 마지막 기회다. 지난 9월 교육과학기술부와 항공우주연구원에 따르면 나로호 1단(하단)부 제작을 맡고 있는 러시아 흐루니체프사는 최대 3차례까지만 로켓을 우리나라(항우연)에 공급하기로 계약된 상태다. 노경원 교과부 전략기술개발관도 나로호 3차 발사 일정을 발표하면서 3차 이후 시도에 대해 “3차가 마지막”이라고 분명히 못 박았다. 그러나 만약 나로호가 10월 말 3차 발사에서 다시 정상 궤도에 진입하지 못해 결과적으로 나로호 사업이 ‘실패’로 끝나더라도, 이후 우리나라의 우주개발 사업 자체가 중단되는 것은 아니다. 현재 나로호 사업과는 별개로, 2021년까지 무려 1조5천449억원의 사업비가 들어가는 한국형 발사체(KSLV-Ⅱ) 사업이 함께 진행되고 있기 때문. ‘한국형발사체 개발계획(2010~2021년)’에 따르면 한국형발사체 사업의 목표는 2021년까지 아리랑 위성과 같은 1.5t급 실용위성을 지구 저궤도(600~800㎞)에 올려놓을 수 있는 3단형 우주발사체를 국내 독자기술로 개발하는 것이다. 나로호가 1단 추진체를 러시아에서 제작해 들여오는 ‘반쪽짜리’ 우리 로켓이라면, 한국형 발사체는 말 그대로 순수한 ‘국산 로켓’ 1호인 셈이다. 단계별 추진 전략을 살펴보면 1단계(2011~2014년) 사업의 경우 5~10t급 액체엔진 개발과 시험시설 구축에 사업의 초점이 맞춰진다. 2단계(2015~2018년)에서는 한국형발사체의 기본엔진인 75t급 액체엔진을 완성, 일단 이 엔진 하나만으로 시험 발사가 이뤄진다. 이후 3단계(2019~2021년)에서 이 기본 엔진 4개를 묶어 300t급 1단용 엔진을 개발하고, 최종적으로 2021년까지 한국형발사체를 우주로 쏘아 올릴 계획이다. 노경원 전략기술개발관은 “나로호 발사는 한국형 발사체 사업을 위한 하나의 과정이기 때문에 결과가 성공이건 실패건 그것으로 끝나는 게 아니다”며 “이미 나로호 1, 2차 실패를 통해 배운 것이 많기 때문에 앞으로 한국형 발사체 사업에 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다. NM