한국우주발사체 1호인 ‘나로호(KSLV-1)’가 창공을 향해 우뚝 솟았다. 한국 기술로 제작한 위성을 우주로 쏘아올리기 위해 개발한 한국형 우주발사체 나로호에 그 어느 때보다 뜨거운 관심이 쏠려 있다.
전남 고흥군 봉래면 외나로도 나로우주센터에서 19일 발사될 나로호는 태극기와 대한민국이란 글귀가 선명하게 새겨진 외형을 드러내며 보는 것만으로도 자부심을 가지게 한다.
나로호 발사가 성공할 경우 대한민국은 세계 10위의 우주강국으로 도약할 수 있다. 대한민국의 우주 역사를 다시 쓸 이번 나로호 발사에 맞춰, 나로호의 구조와 그간의 준비과정, 나로호 발사가 갖는 의미 등을 살펴보았다.
나로호(KSLV-1)의 구조
KSLV-1는 ‘Korea Space Launch Vehicle’의 이니셜을 따서 만든 것으로 100kg급 인공위성을 지구 저궤도에 띄우기 위해 만들어진 국내 최초의 위성 발사체다.
‘나로’는 한국 우주개발의 산실인 나로우주센터가 있는 외나로도(外羅老島)의 이름을 따서 한국 국민의 꿈과 희망을 담아 우주로 뻗어나가길 바라는 의미를 담은 이름이다.
2단형 로켓인 나로호는 1단 액체엔진과 상단 고체 킥모터로 구성됐다. 1단은 러시아와의 공동개발, 상단은 순수 국내 기술로 제작됐다.
나로호의 1단은 크게 5개 부분인 전방 동체부, 1단 탑재체부, 산화제 탱크부, 엔진을 포함한 연료탱크부, 공력핀을 포함한 후방동체부로 구성됐다. 상단은 2단 탑재체부, 킥모터부, 페이로드 페어링, 탑재 어댑터, 위성 등 5개 부분으로 구성돼 있다. 상단에 인공위성이 들어가 있다.
나로호의 총 중량은 140톤에 달한다. 길이는 33m, 직경은 2.9m 정도다. 액체연료를 사용하는 1단 엔진은 170톤의 추력을 내고 고체 연료를 소모하는 2단 킥모터는 8톤 규모의 추력을 만들어 낸다.
나로호는 발사 15분 전에 자동발사기능 작동으로 카운트다운에 돌입한 후 발사된다. 예정 시나리오에 따르면 나로호는 발사 후 약 20초가 지나면 수직 900m 상공까지 솟아올라 남쪽 방향으로 비행하기 위해 발사체를 기울이는 킥턴(Kick-turn)이 이루어지게 된다.
발사 후 약 225초가 지나면 위성을 덮고 있는 노즈 페어링이 분리되고, 발사 후 약 236초가 지나면 하단부 액체엔진이 연소 종료되어 상단과 하단이 분리된다. 발사 후 약 395초가 되면 고도 292km 지점에서 2단 킥모터 엔진이 점화 추진된다.
약 540초 후면 마지막 단계인 과학기술위성2호(STSAT-2) 분리가 이루어진다. 과학기술위성2호가 상단부에서 분리돼 지구 저궤도에 진입하면 2년 동안 기상관측업무를 수행하게 된다.
천릿길 같던 우주개발, 한걸음씩 7년만에 나로호 개발완료
나로호의 시발점은 1990년 우리나라가 본격적으로 우주개발 사업에 참여하면서부터다.
1992년 우리나라 최초 위성인 우리별 1호가 성공적으로 발사됐고, 1993년에는 1단형 고체추진 과학로켓인 KSR-I을 개발하면서 우주를 누비는 꿈에 한걸음 다가갔다. KSR-I 개발에 힘입어 1998년에는 2단형 고체추진 과학로켓 KRS-Ⅱ를 개발·발사했고, 2002년에는 국내 최초 액체추진 과학로켓 KSR-Ⅲ을 개발 및 발사에 성공했다.
그러나 KSR-Ⅲ은 비행시간 231초, 도달 고도 42.7km라는 성과를 거두는 데 그쳐 당시 ‘갈 길이 멀다’는 인식이 지배적이었다.
세 차례의 로켓 발사 성공으로 우주개발 목표를 실현하기 위한 기반을 마련한 한국항공우주연구원은 2002년부터 100kg급 인공위성을 지구 저궤도에 진입시킬 수 있는 한국 최초의 위성발사체 KSLV-1의 개발에 돌입했다. 개발사업비는 5025억 원이 들었으며 2004년 9월에는 러시아와의 우주기술협력 협정을 체결했다.
이어 교육과학기술부는 올해 6월 2일 나로호에 대한 발사허가신청서를 확정·의결했으며, 같은 달 12일에는 총 3125억 원이 투입된 우주발사체 발사·통제 시설 ‘나로우주센터’가 준공됐다.
나로우주센터는 2000년 12월 건설에 착수해 2009년 6월, 9년여만에 완공됐다. 511만m2의 부지에 발사대와 발사통제동, 조립동, 추적레이더 등 첨단시설을 갖춘 우주센터다.
이로써 한국은 세계 13번째 자체 발사장 보유 국가가 됐다. 그동안 미국이나 러시아 등 해외에서 인공위성을 쏘아올리던 데서 이제는 우리 땅에서 우주발사체를 쏘아 올릴 수 있는 발판이 마련된 것이다. 이는 우주산업에 본격적으로 뛰어든 지 불과 20여년 만에 이룬 쾌거라 할 수 있다.
이번달 19일 나로호 발사예정일이 확정됨에 따라 지난 12일에는 정부 차원의 현장점검이 실시됐고, 발사 이틀 전인 17일 오후 전남 고흥군 봉래면 발사대에 장착하기 위해 나로호가 이동됐다.
나로호는 발사가 총 6차례나 연기되는 우여곡절을 겪었다.
러시아 측의 우주기술보호협정과 우주기술협력협정 등의 체결제안 및 기술협력 비준 지연으로 2007년 말과 2008년 말 두 차례 발사가 지연됐다. 2008년 말에는 중국 쓰촨성 지진에 따른 부품조달 지연으로, 올해 2분기에는 러시아 측에서 발사대 성능시험 추가요청으로 또 지연됐다.
올해 7월 30일에는 연소시험 설비를 제어하는 소프트웨어 결함으로, 이달 11일에는 연소시험에서 추가 기술적 이슈가 발생했다는 러시아 측의 통보에 따라 다시 발사예정일이 미뤄진 바 있다.
첫 발사 성공률 27%, 나로호는 성공할까?
1950년대 이래 1990년대까지 세계 곳곳에서 이뤄진 우주발사체 발사의 통계를 보면 전체 4379건의 발사 시도가 있었으며 발사 성공률은 91.1%로 집계됐다.
하지만 우주발사에 성공한 나라들의 첫 발사 성공률은 27.2%에 불과하다. 자국 땅에서 자력으로 위성을 쏘아 올린 우주클럽 9개국 중에서 첫 발사에 성공한 나라는 러시아, 프랑스, 이스라엘 3개국뿐이다.
나로호도 첫 위성 발사 성공을 위해서는 세계 첫 위성발사 성공률 27.2%라는 한계를 기술로 뛰어넘어야 한다. 다만 그간 선진국들의 성공 사례에 대한 연구를 많이 했고 과학기술 수준이 급격히 향상됐기 때문에 그 어느 때보다 발사 성공 가능성이 높다는 전망을 한국의 우주과학계에서는 대체적으로 내놓았다.
또 나로호의 핵심적인 기술인 1단 로켓을 개발한 러시아의 발사 성공률도 나로호의 첫 발사 성공 가능성을 높게 보는 근거가 되고 있다. 러시아는 1950년대 이후 1990년대까지 통계치 기준으로 전 세계에서 가장 많은 우주발사체 발사를 시도(2770건)했고, 발사 성공률도 93.5%이다.
나로호 개발 및 발사 수행기관인 한국항공우주연구원 측도 나로호 발사 성공확률에 대해서 발사 시스템 자체에 아무런 문제가 없을 때 발사를 위한 최종 카운트다운에 들어간다고 강조했다. 또 한국항공우주연구원은 앞으로도 발사를 위한 최종준비 상황과 발사 당일의 기상조건에 따라 발사연기가 발생할 수 있는 만큼 오는 26일까지를 발사예비일로 설정했다고 밝혔다.
신토불이 우주자립국 꿈 이뤄지나
나로호 하단부는 러시아 주도로 만들어졌지만, 상단부는 한국항공우주연구원과 160여 개 국내 기업들이 참여해 독자 개발했다. 2018년에는 순수 우리기술로 제작된 KSLV-2를 쏘아 올릴 계획이다.
19일 나로호의 성공적 발사와 더불어 2018년 KSLV-2의 개발이 완료되면 우리의 위성, 우리의 발사체, 우리의 우주센터라는 3요소를 갖춘 우주 자립국으로 서게 된다.
이주진 한국항공우주연구원장은 지금까지 자국에서 위성 발사에 성공한 나라는 이란을 포함해 9개국에 불과하다며 이번에 우리나라가 나로호로 위성 발사에 성공할 경우 사실상 세계 10위권의 우주강국에 진입하게 된다고 말한 바 있다.
특히 우리나라는 선진 우주개발국보다 40년 정도 늦은 1990년대 본격적으로 우주개발 사업을 시작했지만 지난해 첫 우주인을 배출한 데 이어 한국 최초 우주발사체 나로호 개발 착수 7년 만에 개발과정을 모두 완료하게 됐다.
이는 우주개발분야에서 이미 괄목할 만한 성과를 거뒀다고 인정할 만큼 긍정적인 평가를 받고 있다.
우주강국으로의 업그레이드와 한국인으로서의 자긍심을 높일 이번 나로호 발사에 거는 기대가 크다. 19일 오후 5시께 발사될 나로호는 현재 최종 발사를 위한 리허설을 마친 뒤 전남 고흥군 봉래면 나로 우주센터 발사대에서 새 역사를 기다리고 있다.