사이언스 투데이

누리호 오늘 발사…1차 실패 딛고 성공할까


■ 이창진 / 건국대 항공우주정보시스템공학과 교수

[앵커]
지난해 1차 발사의 실패를 딛고 한국형 발사체 누리호가 드디어 오늘 오후 2차 발사에 나섭니다. 2차 발사의 과정을 짚어보고, 성공 가능성은 어느 정도인지 또 발사 성공의 의미는 무엇인지 전문가와 함께 자세히 알아보겠습니다. 이창진 건국대 항공우주-정보시스템공학과 교수 나오셨습니다. 교수님 안녕하십니까~

[인터뷰]
예, 안녕하십니까.

[앵커]
네, 교수님과 본격적인 말씀 나누기 전에 먼저, 지금 누리호는 어떤 상태인지를 취재기자 연결해서 알아보고 이야기 나누겠습니다. 나로우주센터에 나가 있는 취재기자 연결합니다. 이성규 기자!

[기자]
네, 나로우주센터입니다.

[앵커]
누리호는 어제 기립과 엄빌리컬 연결 등 발사 준비 작업을 순조롭게 잘 마쳤는데요, 지금은 어떤 작업이 이뤄지고 있나요?

[기자]
네, 누리호는 오늘 오전 7시부터 발사대 준비작업을 순조롭게 진행하고 있습니다.

발사 당일인 오늘은 주요 작업이 누리호에 연료와 산화제를 충전하는 건데요.

누리호는 연료로 케로신, 즉 등유를 사용하고요, 연료를 태우는 데 필요한 산화제로는 액체산소를 이용합니다.

우선 영하 182도의 산화제 충전을 위해 사전에 산화제 공급 시스템과 산화제 탱크를 냉각합니다

이어 연료탱크의 충전을 먼저 진행하고 산화제 충전을 진행합니다.

연료와 산화제 충전은 발사 4시간 전부터 진행하는데, 오후 4시 발사를 기준으로 보면 대략 12시부터 충전이 시작되는 겁니다.

연료는 발사 1시간 20분 전에 충전을 완료하고, 산화제는 발사 50분 전에 충전을 완료한 뒤 보충충전을 진행합니다.

누리호에서 하얀 기체가 계속 뿜어져 나오는 것을 볼 수 있는데, 산화제가 기화하기 때문입니다.

이에 따라 산화제는 보충충전을 계속합니다.

연료와 산화제가 주입되면 모든 발사 준비는 완료됩니다

만약 발사가 연기되거나 취소될 때에는 충전했던 연료와 산화제를 모두 다시 빼내야 합니다.

[앵커]
현재로써는 누리호 발사 시각은 오후 4시로 잡혀있는데요, 오후 2시 반에 과기정통부는 최종 발사 시각을 발표할 예정이죠?

[기자]
누리호 발사관리위원회는 오늘 오후 2시 발사 준비 최종 상황과 기상 상황, 발사안전 통제 상황 등을 종합적으로 검토해 최종 발사 시각을 확정합니다.

이후 2시 30분 브리핑을 열고 발사 시각을 발표 예정입니다.

오늘 날씨는 강수 가능성이 매우 낮고 바람도 초속 5m 이하로 불 것으로 관측되며, 비행 궤적 상의 낙뢰 가능성도 매우 낮은 것으로 관측됐습니다.

다른 변수가 나타나지 않는다면 누리호는 예정대로 오늘 오후 4시 발사될 예정입니다.

최종 발사 시각이 확정되면 발사 1시간 전에 발사체 기립 장치 철수를 시작해 발사 30분 전에는 기립 장치 철수를 완료합니다.

발사 예정 시간까지 모든 기기가 정상 상태를 유지하고, 기상 상태와 주변 환경 등이 발사에 이상이 없으면 발사 10분 전부터 발사 자동운용이 시작됩니다.

발사 자동운용은 컴퓨터 프로그래밍 발사 관제시스템으로 자동으로 누리호에 대한 점검과 발사를 진행합니다.

점검 대상은 추진제 탱크와 헬륨탱크 등에 대한 상태 점검, 산화제 보충 충전 등입니다.

발사 자동운용 단계에서 컴퓨터가 이상을 감지하면 자동으로 발사는 중단됩니다.

[앵커]
발사 10분 전이라도 누리호에 이상이 있으면 발사가 중단되는군요. 누리호의 이륙은 어떻게 진행되나요?

[기자]
누리호는 이륙 4초 전 1단 엔진이 점화하고 1단 엔진 추력의 90% 이상, 즉 248톤 이상에 도달하면 자동으로 이륙 명령 신호를 생성합니다.

이륙명령 신호가 생성되면 지상 고정장치가 해제되면서 이륙합니다.

엔진 추력이 90%에 도달하지 못하거나 1단 엔진 4기 가운데 1기가 점화되지 않는 등의 경우에도 발사는 자동중단됩니다.

또 누리호를 지상에 지탱해주던 지상 고정장치가 해제되지 못하면 발사중단, 엔진 연소 중단 등이 진행됩니다.

지금까지 나로우주센터에서 전해드렸습니다.

[앵커]
네, 이성규 기자가 오늘 남은 절차를 자세하게 전달해주셨는데요. 발사까지 남은 절차 가운데 가장 중요하거나, 민감한 과정이 있다면 어느 절차일까요?

[인터뷰]
지난번 2차 발사 전에 산화제 레벨 센서의 전기적 신호가 이상이 있는 걸 감지한 거처럼 이번에도 산화제하고 연료를 주입하는 과정에서 그때 연결된 여러 가지의 센서들 신호를 점검을 하는 것을 같이 하게 됩니다. 그래서 만약에 도중에 어떤 문제가 발생하면은 임의적으로 우리가 발사를 중지시킬 수 있고요. 아까 이성규 기자께서 말씀하신 거처럼 10분 전부터는 자동으로 이제 점검에 다시 들어가게 됩니다.

자동으로 점검에 들어가면은 그때는 사람이 하는 게 아니라 기계적으로 점검하고 예정된 값들을 갖고 있는지 확인하는 작업을 하기 때문에 그때도 어떤 문제가 생기면은 자동적으로 발사를 취소하게 됩니다. 발사 10분 전부터는 굉장히 심각한 단계로 발사 이전 단계로 들어가게 되는 거고요. 그때가 발사를 결정하는 중요한 시기라고 볼 수 있습니다.

[앵커]
발사 10분 전이 가장 민감한 과정이다 이렇게 말씀을 해주신 거 같은데. 또 방금 언급해주신 거처럼 지난 2차 발사를 준비하던 중 1단 산화제 탱크 레벨 센서에 이상이 생겨서 중단이 되었습니다. 사실 1차 발사 때는 이 부분에 문제없이 지나갔는데 왜 이런 문제가 생겼다고 보십니까?

[인터뷰]
1차 발사 때 헬륨 탱크가 부착이 되었어야 했는데 상승 과정에서 떨어져 나갔던 문제. 이 부분은 설계 오류입니다. 그러니까 로켓을 우리가 설계하고 제작을 하는 데 있어서 미처 생각하지 못했던 문제가 나타났으니까 이건 설계의 오류입니다. 그런데 2차 발사 전에 중단되었던 산화제 센서의 문제는 이거는 설계의 오류라기보다는 어떤 센서의 문제 혹은 로켓을 조립하고 보관하고 운용하는 데 있어서의 어떤 과정상의 문제라고 쭉 생각이 듭니다. 그래서 두 종류의 문제는 서로 다르다고 보는 거고요.

첫 번째 문제는 굉장히 깔끔하게 해결된 거 같습니다. 재설계를 하고 보강을 했기 때문에 해결됐는데. 두 번째 산화제 센서의 문제는 여전히 왜 그런 고장이 발생했는지 원인을 찾지 못 하고 있는 상태입니다. 그럼에도 불구하고 그것이 심각하게 발사를 연기해야 하는 이유는 아니라고 보고요. 그렇기 때문에 그 부분을 고쳐서 지금 발사를 준비하고 있는 과정에 있었다고 봅니다. 그렇지만 발사가 성공된다고 하더라도 왜 그런 문제가 생겼는지는 반드시 원인 분석을 해야 될 것으로 봅니다.

[앵커]
그렇다면 레벨 센서에 교체를 하지 않고 그대로 진행을 했더라면 어떤 문제가 발생할 수 있었을까요?

[인터뷰]
레벨 센서라는 것이 산화제가 얼마나 사용되고 있는지를 중요한 실험입니다. 그래서 산화제를 얼마나 사용됐는지를 우리가 정확히 안다면 추력이 얼마나 발생하는지도 예측할 수 있고 실제 발생되는 추력과 우리가 예측하는 추력 사이에 큰 문제가 없다. 그러면 엔진이 정상적으로 작동되고 있다는 것을 우리가 판단할 수 있습니다. 그런데 산화제 레벨 센서가 작동을 못 하면은 그 두 가지 비교를 할 수 없기 때문에 엔진의 정상적인 작동 여부도 판단할 수 없을 뿐만 아니라 1단 분리도 할 수 없는 환경에 처해 있게 되기 때문에 상당히 큰 문제를 야기할 수 있습니다.

[앵커]
그런데 처음에 문제가 발생했을 때 단 분리를 해야 된다 1단, 2단 분리를 해서 발사 일정이 굉장히 연기될 수도 있다. 이런 의견이 많았는데 어쨌든 단 분리를 하지 않고 교체를 했습니다. 이 부분에서 단 분리를 하지 않는 방법만큼 완전한 방법이었다고 보십니까?

[인터뷰]
글쎄요, 기술적으로 제가 참가를 안 해서 잘 모르지만은 어쨌든 항공우주연구원의 발사체 팀들이 아마 최선을 다해서 그 부분을 점검을 하고 확인을 했던 거 같습니다. 그래서 단 분리를 하지 않고도 할 수 있는 방법을 찾아내서 결국은 센서의 어떤 문제가 됐던 고쳤던 걸 확인이 되었습니다.

[앵커]
그렇게 됐기 때문에 예비 발사 이전에 발사를 할 수 있게 되었죠. 하지만 일각에선 누리호를 무리하게 발사 일정을 앞당겨서 추진하는 게 아니냐 이런 의견도 있었습니다.

[인터뷰]
충분히 가능한 의견이시고요. 그런 면에서 항공우주연구원이 기술적으로 모든 것을 다 공표하거나 설명드릴 수 없겠지마는 이런 우려 사항을 불식시킬 수 있는 충분한 의견 계시가 있었으면 하는 바람도 있었습니다. 그러나 조금 전에 말씀드린 거처럼 분명히 기술적인 문제가 심각한 문제가 아니라는 것을 판단을 했고 아까 말씀드린 대로 설계상의 문제 같으면 심각한 문제인데 그런 문제는 아니라고 보고 있고 그래서 단순히 그냥 문제 된 부분을 교체함으로써 고장을 보완을 했다 이렇게 판단이 되기 때문에 오늘 재발사에 임하지 않나? 이렇게 봅니다.

[앵커]
전 세계 발사체 시장을 장악하고 있는 아리안스페이스도 있고 스페이스X도 있는데요. 첫 발사에서는 모두 고전을 면치 못했습니다. 스페이스X의 경우에는 누리호 1차 발사와 비슷한 문제로 발사 실패를 했었는데 원래 처음 자체 개발한 발사체의 성공이 이렇게 어려운 겁니까?

[인터뷰]
우주 발사체라는 게 군사용으로 사용될 수 있고 대륙 간 탄도탄의 어떤 기본적인 기초 기술과 동일한 성격을 갖고 있기 때문에 우주 발사체에 관한 기술은 국가 간의 이전을 못 합니다. 그리고 누가 알려주지도 않고 알 수도 없고 기술 특화라던가 이런 걸 우리가 구입할 수 있는 입장도 아니고 물어볼 수 있는 입장도 아니기 때문에 선진국들이 지난 한 50년 동안에 우주 발사체를 개발하면서 겪었던 시행착오들, 실패들 우리가 온전히 다 경험을 해야만 하는 아주 열악한 환경입니다. 그럼에도 불구하고 우리나라 연구진이 굉장히 열정적인 노력하고 헌신적인 노력을 해서 대부분의 문제를 해결했는데 아마 몇 퍼센트 안 되는 핵심적인 문제는 계속 문제가 되는 거 같습니다. 여러분이 보시는 발사 실패라던가 발사 전 중지라던가 그런 문제로 나타나고 있는데 그럼에도 불구하고 온전한 백 퍼센트 완전한 그런 우주 발사체를 만드는 게 우리의 목표라면은 아주 작은 문제지만은 다 확인하고 이런 문제를 개선해서 더 이상의 이런 문제가 발생되자 않게 하는 게 우리나라의 우주 발사체를 기술을 획득하는 마지막 관문이 아닌가 그렇게 봅니다.

[앵커]
저도 YTN 사이언스 다큐에서 봤는데 우리 연구진들이 기술 교환이 안 된다 보니까 그 마감을 보기 위해서 굉장히 가까이 보고 위해서 노력했다고 하더라고요.

[인터뷰]
견학이나 이런 것도 사실은 힘든데 그런 거를 갈 기회가 있으면 기술자의 입장에서 보면은 대충 어떻게 했는지를 기술적으로 감을 잡을 수 있는데 그런 기회를 많이 얻으려고 노력을 했던 거 같습니다.

[앵커]
네, 앞서 말씀드린 것처럼 발사 일정이 아직 확정되진 않았지만, 오후 4시로 예정이 돼 있습니다. 발사가 시작된 후에도 누리호는 많은 고비를 넘겨야 할 텐데 가장 난관이 되는 부분은 어떻게 보십니까?

[인터뷰]
다단 발사가 되기 때문에 처음에 단 분리를 하는 게 굉장히 어렵습니다. 단 분리라는 것은 연속적으로 추력을 발생하다 갑자기 추력을 끊고 또 다른 발사체를 점화를 하는 그런 절차를 밟는 거기 때문에 대부분의 발사의 문제는 단 분리에서 일어납니다. 단 분리가 어떻게 잘 일어나느냐가 첫 번째 관전 포인트이고요.

두 번째는 지난 1차 발사 때 헬륨 탱크가 문제를 일으켜서 산화제가 누출되는 바람에 충분한 추력이 못 나와서 위성을 궤도에 투입을 못 시켰습니다. 이번에 그 부분을 완전히 고친 것으로 판명되기 때문에 700km 궤도에 정확히 위성을 투입할 수 있느냐 우리가 보는 게 두 번째 관전 포인트이고요. 마지막은 위성이 분리되고 나면 그 위성이 적절한 임무를 수행하느냐 그 여부를 판단하는 게 마지막 눈여겨봐야 할 부분이 아닌가 이러게 봅니다.

[앵커]
지난번 1차 발사와 달리 2차 발사에서는 성능검증위성과 성능검증위성에 큐브위성 4기를 장착해 쏘아 올립니다. 따라서 발사 이후의 전개 과정도 1차 때와는 좀 다를 텐데요. 그러면 여기서 누리호의 2차 발사가 1차 발사와 무엇이 다른 건지 양훼영 기자의 리포트를 보고 다시 이야기 나누겠습니다.

[기자]
절반의 성공으로 끝난 누리호 1차 발사.

75톤 엔진 4개를 묶은 1단 엔진은 제대로 연소했지만, 예상과 달리 3단 엔진이 조기 종료하면서 결국 최종 궤도에 위성을 안착시키지 못했습니다.

원인은 3단 산화제 탱크의 균열.

하지만 발사체를 독자 개발한 덕분에 실패 원인 분석에는 불과 2개월밖에 걸리지 않았습니다.

문제가 된 부품을 하중의 1.5배까지 견디면서도 헬륨탱크 고정장치가 풀리지 않도록 설계를 변경한 후 재제작까지 5개월 만에 초고속으로 문제를 해결했습니다.

[장영순 / 한국항공우주연구원 부장 : (발사체) 청정도를 깨지 않으면서 일정 기간 내에 해야 하는 것들이 굉장히 어려운 부분이었고, 작업자가 직접 내부에 들어가서 실제로 해체하고 재조립하는 과정을 수행한 부분이 있었습니다.]

이번 2차 발사의 가장 큰 차이점은 모사체가 아닌 실제 위성이 실린다는 점입니다.

무게 180kg의 성능검증위성에는 달 탐사에 사용할 발열전지와 우주통신 기술을 검증할 S-band 등이 탑재돼 있습니다.

이번 발사가 성공하면, 성능검증위성은 상공 700km에서 지구 주위를 돌며 2년 동안 임무를 수행할 예정입니다.

또, 성능검증위성에는 국내 대학이 개발한 큐브위성 4기도 함께 실렸는데, 최대 1년 동안 지구 대기 관측과 미세먼지 모니터링 등에 나섭니다.

[한상현 / AP위성 체계개발팀 실장 : 열구조 모델진동시험 때는 위성 내부의 유닛이 파손되는 일이 발생해서 보완 과정을 하면서 같이 참여한 연구원들이 많이 힘들었습니다. 우리 위성을 우리 발사체, 우리 땅에서 쏜다는 그런 사명감을 갖고 일했습니다]

발사체는 물론 탑재 위성까지 모두 우리 기술로 개발된 것인 만큼 이번 2차 발사가 성공할 경우, 국내 항공우주 산업의 새 역사가 세워질 예정입니다.

YTN 사이언스 양훼영입니다.

[앵커]
네, 방금 양훼영 기자 보도 보셨는데요. 그러면 누리호 2차 발사의 성능검증위성이 목표 궤도 700km에 안착을 하면 성공으로 보는 걸까요?

[인터뷰]
발사체 입장에서 보면은 위성을 안착시키면 성공하는 거고요. 위성은 고유의 임무를 가지고 있습니다. 성능검증위성은 700km 고도에서 2년 동안 작동하게 되어 있는데 제대로 작동을 하는지 여부는 발사하고 한 45분 정도 지나면 알 수 있습니다.

[앵커]
그러면 발사체 입장에서는 700km 도달하면 성공이다 이렇게 말씀해주신 거죠. 그 성능검증위성의 장착한 큐브위성 4개는 29일부터 이틀 간격으로 1개씩 사출이 됩니다. 그리고 15분쯤 성능검증위성이 분리가 되는데 8일 뒤부터 이틀 간격으로 분사한다고 하거든요, 이유가 뭘까요?

[인터뷰]
무중력 상태에서 위성이 있는데 위성으로부터 알을 까듯이 하나씩 내보내는데 물론 무게는 굉장히 작습니다. 어떤 것은 1kg 안 되는 것도 있고 10kg 되는 것도 있고 이게 하나 나가면 반작용으로 본체 위성이 밀리게 됩니다. 안정화시키는 작업이 필요하고, 매번 큐브위성이 나갈 때마다 이틀 정도 충분한 시간을 잡아서 위성을 안정화시키는 그런 과정을 겪는 것으로 알고 있습니다.

[앵커]
반작용 되는 힘을 안정화시키기 위해서 이렇게 분사한다고 말씀해주셨네요. 누리호 개발과 발사를 통해 국내 민간 우주기업의 기술력이 크게 올라왔는데요. 지금 우리나라의 우주산업의 수준이 어느 정도인지를 교수님께 여쭤보기 전에 우리나라 우주산업의 발자취를 기자의 리포트를 통해 한번 돌아보겠습니다. 1992년 우리별 1호 발사 이후 대한민국 우주개발 30년사를 김태현 기자가 정리했습니다.

[기자]
1992년 8월, 우리나라 최초 인공위성이 우주를 향해 솟아오릅니다.

영국의 기술 지원으로 만든 우리별 1호가 남미 기아나 쿠루 우주센터에서 발사되며 한국은 세계 22번째 인공위성 보유국이 됐습니다.

이어 우리의 기술력을 모아 우리별 2호와 3호 개발이 이어집니다.

다목적 위성, 아리랑 시리즈는 실용 위성 시대를 열어가며 해상도를 높여나갑니다.

1999년 미국에서 발사된 아리랑 1호는 6.6m급 흑백사진을 찍는 수준이었지만, 2006년 발사된 2호는 1m급, 2012년의 3호는 0.7m급 고해상도 영상으로 발전합니다.

여기에 2008년 첫 우주인 이소연 씨가 러시아 우주선을 타고 10일간 임무를 수행하며, 세계 36번째 우주인 배출국이 됐습니다.

그러나 발사체 기술 발전 속도는 다소 느렸습니다.

우리 위성은 미국과 러시아 등 외국 로켓을 타고 우주로 가야 했습니다.

2002년 시작된 발사체 개발은 악조건을 뚫고 1단 로켓을 러시아가, 2단을 한국이 맡아 나로호를 만들어냅니다.

2009년부터 두 번의 실패와 연기를 거쳐 나로호는 2013년 1월 세 번째 도전 끝에 발사에 성공합니다.

[이주호 / 당시 교육과학기술부 장관(2013년 1월) : 각종 자료 분석 결과 나로호가 나로과학위성을 목표 궤도에 진입시켜 발사에 성공했다는 것을 공식적으로 말씀드립니다.]

누리호는 나로호가 탑재한 위성의 15배인 1.5톤의 위성을 실어 보낼 수 있게 됐습니다.

[문희장 / 한국항공대학교 교수 : 우주 탐사가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있는데 결국 우리도 우주 탐사에 참여할 수 있는 하나의 무기가 만들어졌다고 보시면 될 것 같습니다.]

인류가 1957년 최초 인공위성을 우주에 보내고 65년이 지났습니다.

그러나 현재 1t이 넘는 실용 위성을 쏠 수 있는 나라는 러시아와 미국, 유럽과 중국, 일본, 인도뿐입니다.

첫 발사체 나로호 성공 이후 9년 만에 이번 발사가 성공한다면, 한국은 독자적 우주 수송이 가능한 7대 우주 강국에 다가서게 됩니다.

YTN 김태현입니다.

[앵커]
세계적으로 볼 때 우리 우주 국내 산업 성숙도는 어느 정도라고 보십니까?

[인터뷰]
지금 김 기자님이 말씀하신 것처럼 발사를 성공하면 위성을 자국의 능력으로 우주로 올릴 수 있는 세계 7대 강국으로 도약을 하게 되고요, 그런 면에 누리호의 발사가 성공함으로해서 발사체 위성 위성을 운영하는 기술 이런 것들이 전 세계적인 수준에 올라왔다. 이렇게 말씀드릴 수가 있습니다.

[앵커]
네 누리호의 발사부터 우주산업 미래까지 오늘 짚어봤습니다. 이창진 교수와 함께했습니다. 오늘 말씀 고맙습니다.


YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
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