누리호: 발사대에 선 누리호…'30% 벽' 넘기 위한 열쇠는?

한국이 독자 기술로 개발한 한국형발사체 '누리호(KSLV-II)'가 21일 오후 우주를 향해 날아오른다.

발사 시간은 오후 5시로 예정됐지만, 기상 상태와 우주 물체 등 상황에 따라 시간이 일부 조정될 수 있다.

신형 우주 발사체의 성공 확률은 30% 정도다.

그만큼 발사 과정에서 수많은 난관을 뚫어야 한다. 발사 성공의 열쇠는 무엇일까?

마지막 점검 과정

누리호는 100% 국산 기술로 만든 3단 우주 발사체다.

길이 47.2ｍ, 무게 약 200톤에 달하며 지구 저궤도로 분류되는 600~800㎞에 위성을 올려놓는 역할을 맡는다.

이번 발사는 엄밀히 말하면 마지막 시험 단계로, 성능을 확인해보는 것이다.

이 때문에 누리호에는 실제 인공위성이 아니라 인공위성과 무게가 동일한 더미가 실려 올라간다.

앞서 누리호는 20일 오전 전남 고흥 나로우주센터의 조립동을 떠나 발사대로 옮겨져 하늘을 향해 기립했다.

누리호는 기립 이후 공기와 전원, 추진제 등을 충전하기 위한 장치인 '엄비리칼'을 연결했다.

발사 4시간 전에는 추진제를 주입하고, 발사 1시간 20분 전까지 연료 충전을 완료한다.

발사 50분 전에는 산화제 충전을 완료하고 보충 충전을 계속한다.

발사 10분 전에는 누리호 스스로 상태를 점검하는 자동운용에 들어가면서 카운트 다운에 돌입한다.

날씨 변수는?

누리호 발사에 날씨는 변수가 되지 않을 전망이다.

발사체를 발사하기 위해서는 기온이 영하 10도~영상 35도 사이에 지상풍 평균 풍속이 초속 15m 이하여야 한다.

기상청에 따르면 21일 오후 나로우주센터가 위치한 고흥군 봉래면은 강수확률이 0%로 대체로 맑은 날씨를 보이겠다.

기온은 15도, 바람은 초속 4m로 예상된다.

기상청은 또한 오후 3시부터 오후 6시 사이 나로우주센터가 위치한 지역엔 저기압 영향으로 낮은 고도에만 구름이 지나갈 것으로 전망했다.

발사 성공 판가름할 '16분 7초'

누리호의 1단 추진체는 75톤 추력을 내는 로켓엔진 4개를 묶어서 사용한다.

폭발적인 추력을 내려면 4개의 엔진이 1개의 300톤급 엔진처럼 동시에 점화해 정확하게 제어돼야 하는 부분이 핵심이다.

1, 2, 3단 로켓이 적절한 시점에 분리되는 '단 분리'도 관건이다.

앞서 나로호의 실패 원인 중 하나는 단 분리가 제대로 되지 않았던 것이었다.

누리호의 경우, 우선 발사 127초 후 1단이 지상 59km에서 떨어져 나간다. 2단 엔진 점화로 추진력을 높인 뒤 274초 뒤 고도 258km에서 2단 로켓을 바다로 떨어뜨려 분리한다.

이후 3단이 위성을 밀어주게 되고, 목표 궤도인 700km까지 가는데 16분 7초가 걸릴 예정이다. 이후 1.5톤 무게의 더미(모형 위성)를 분리해 우주 궤도에 진입시킨다.

로켓의 절반인 1단 로켓에는 연료에 쓰이는 케로신 탱크와 연소를 도와주는 산화제인 액체 산소 탱크가 들어있다.

이 로켓에는 75톤급 엔진 4개가 묶여 있는데, 누리호를 이륙시킬 수 있는 추진력은 여기에서 나온다. 엔진 4개를 묶는 일명 '클러스터링 기술'은 해외 선진국 발사체가 이용하는 고난도 기술이 적용됐다.

이런 과정이 성공했는지는 발사 30분 뒤에 확인할 수 있다. 즉, 누리호의 성공 여부는 발사 후 50분 내외에 확정되는 셈이다.

실패하면 어떻게 되나?

이번에 성공하게 되면 한국은 미국, 러시아, 유럽, 일본, 중국, 인도에 이어 7번째로 실용급(1톤 이상) 위성 발사가 가능한 나라에 이름을 올리게 된다.

하지만 누리호 발사가 이번이 처음인 만큼 실패할 가능성도 배제할 순 없다.

1950년대부터 이뤄진 전 세계 로켓 발사의 첫 시도 성공률은 30% 정도로 알려졌다. 러시아 기술을 빌린 나로호도 3차 시도 만에 성공했다.

2021년 기술과 과거를 동일한 잣대로 볼 순 없지만, 우주 발사체는 미국이나 러시아 같은 우주 강국도 여러 차례 실패를 경험한 고난도의 도전이다.

하지만 실패하더라도 다음 발사 시도의 성공률을 높일 수 있는 데이터를 얻을 수 있는 만큼 유의미하다고 보는 시선이 많다.

노태성 인하대 항공우주학과 교수는 BBC 코리아에 "우주 환경은 올라가 보지 않으면 모르기 때문에, 이때 알게 되는 데이터가 굉장히 많다"고 말했다.

그는 "이번 발사 성격은 앞으로 인공위성이나, 또 다른 물체를 우주로 보내는 데 적합한지 확인해보는 단계"라며 "좋은 결과가 있지만, 더 좋지만, 꼭 그렇지 않더라도 우리가 얻게 되는 건 엄청나게 많다는 점에 의의를 둬야 한다"라고 말했다.

허환일 충남대 항공우주공학과 교수 역시 "워낙 복잡한 기술이기 때문에 안되더라도 그걸 보완해서 앞으로 하면 되는 것이기 때문에 기술진보 측면에서는 성공"이라고 평했다.

그러면서 "우리가 이번에 독립적인 우주발사체를 천공한다면, 그것이 한국이 노력하면 달도 갈 수 있고 화성도 갈 수 있는 실력을 갖출 수 있다고 보기 때문에 전 세계적으로 보면 우주 파트너로 인정받는 중요한 이정표가 될 것"이라고 강조했다.

다음 과제는?

이번 발사는 지난 11년 동안 한국이 "우주발사체 독자개발 능력 확보"라는 목표를 달성하기 위해 최후의 결과물인 우주발사체를 발사하는 과정이다.

성패와 상관없이 내년 2022년 5월에 2차 발사도 예정되어 있다. 2차 발사 때는 1.3톤 더미와 200㎏의 성능 검증 위성을 탑재하게 된다.

그 이후에는 누리호의 성능 향상과 상용화 모색을 위해 오는 2027년까지 네 차례 추가로 발사한다.

정부는 누리호로 2030년에는 달 착륙선을 쏘아 올린다는 구상도 갖고 있다.

이와 별도로 한국은 달 탐사를 위해 여러 계획을 수립하고 있다.

한국항공우주연구원은 미국 주도로 달에 유인기지를 건설하는 '아르테미스 프로젝트'에도 참가해 내년 8월 달 궤도선을 발사할 예정이다. 한국은 지난 5월 세계에서 10번째로 아르테미스 약정에 서명함으로써 달 탐사에 함께할 수 있게 됐다.