나로호 발사 성공의 비밀
나로호 발사 성공의 놀라운 비밀
설계부터 몸무게와의 전쟁… 발사 전 크기 줄여 또 한번 변신
나로우주센터
30일 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사된 나로호에서 페어링이 분리되고 있다.
가벼울수록 속도내기 좋아, 각 부품별 중량까지 할당
찬 액체산소 모두 충전하면 연료탱크 길이 줄어 유리…공간절약형 우주센터도 한몫
몸무게와의 전쟁부터 나로우주센터까지.
나로호 발사 성공 뒤에는 수많은 연구자들의 노력과 함께 흥미로운 ‘비밀’도 숨어있다.
우리나라 첫 우주발사체 나로호(KSLV-I)의 성공을 계기로 우리나라는 우주 진출 노력에 더욱 박차를 가할 방침이다.
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설계부터 몸무게와의 전쟁… 발사 전 크기 줄여 또 한번 변신
나로우주센터
30일 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사된 나로호에서 페어링이 분리되고 있다.
가벼울수록 속도내기 좋아, 각 부품별 중량까지 할당
찬 액체산소 모두 충전하면 연료탱크 길이 줄어 유리…공간절약형 우주센터도 한몫
몸무게와의 전쟁부터 나로우주센터까지.
나로호 발사 성공 뒤에는 수많은 연구자들의 노력과 함께 흥미로운 ‘비밀’도 숨어있다.
연구진들이 설계 단계에서부터 가장 신경 쓴 것 가운데 하나가 바로 나로호의 ‘몸무게’다.
나로호는 정지 상태에서 이륙 후 약 10분간 초속 8km까지 속도를 내야 한다.
나로호로서는 무게가 가벼우면 가벼울수록 속도를 내기에 유리한 셈이다.
때문에 나로호의 몸무게는 개발 초기부터 엄격하게 관리됐다.
전체 발사체의 무게 목표를 결정하고, 각 부품별로 최대 무게를 정해서 나눠준다.
개발과정에서 부품 설계 변경이 필요한 경우에도 초기에 할당 받은 무게를 넘는지가 중요한 고려 사항이다. 무게가 늘어날 경우 다른 개발팀의 합의와 승인을 얻어야 했다. 그래야 전체 무게에 변동이 없기 때문이다.
나로호는 발사 전 크기가 줄어드는 또 한번의 변신을 한다.
나로호는 액체산소와 케로신(등유)을 추진체로 사용하는 액체 연료로켓이다.
액체산소는 영하 183도의 초저온 상태에서 저장 탱크로 들어간다.
이 저장탱크는 가벼운 알루미늄 소재로 만드는데 차가운 액체산소를 모두 충전했을 때 직경은 약 12.7mm 길이는 약 60mm가 수축하는 현상이 일어난다.
연구진은 이런 현상 때문에 배관과 탱크 설계시 초저온에 노출되는 배관의 수축ㆍ휨ㆍ뒤틀림 등을 고려해 구조물이 파손되지 않도록 연결 배관을 설계했다.
나로호에는 또 차량에 탑재하는 것과 같은 기능의 내비게이션이 장착돼 있다.
다만 나로호의 내비게이션은 격한 진동ㆍ충격이나 극한의 온도에서도 견딜 수 있도록 돼 있다.
나로호 발사의 성공에는 로켓뿐만 아니라 발사장도 큰 몫을 했다.
전남 고흥군 외나로도 나로우주센터는 우리나라 최초이자 세계 14번째 우주 발사장이다.
허허벌판에 건물 몇 동이 띄엄띄엄 있는 소박한 모습이지만 사실은 각종 첨단 장비가 곳곳에 들어서 있다. 나로우주센터는 2003년 착공해 외나로도에 총 549만 4,719㎡ 면적으로 조성됐다.
다른 나라에 비해 규모가 작은 편이라 공간의 효율성 면에 신경을 썼다.
로켓 발사대에는 연료ㆍ산화제 및 압축 가스를 저장ㆍ공급하고, 발사가 취소될 경우 발사체로부터 연료와 산화제를 다시 안전하게 배출하는 장치가 설치돼 있다.
또 로켓을 발사할 때 나오는 고온의 화염을 식히기 위해 초당 900리터에 이르는 대량의 냉각수를 분사하는 냉각 시스템도 갖춰져 있다. 로켓이 이륙할 때 발생하는 거대한 화염에서 이 발사 설비들을 안전하게 보호하려면 발사대로부터 일정 거리를 두고 시설을 설치해야 한다.
하지만 나로우주센터 발사대는 공간 절약을 위해 각종 시설들을 발사대 아래 지하 3층 규모로 따로 마련했다.
지하 발사 시스템은 유조선을 개조해 만든 ‘해상 발사대(SEA-LAUNCH)’를 본뜬 것이다.
바다에 배를 띄워 로켓을 발사하는 해상 발사대는 발사 설비들이 모두 발사대 아래 선실에 설치돼 있고, 발사체 기립과 지지를 위한 구조물만 바깥으로 노출 돼 있다.
2021년엔 순수 국산 3단 로켓 우주로…예산 1조5천억 배정
우리나라 로켓 발사체 역사
30일 우리나라 첫 우주발사체 나로호(KSLV-I)는 3차 발사가 마지막 기회지만, 발사 성패와 무관하게 후속인 우리 독자기술로 개발한 3단 로켓 '한국형 발사체(KSLV-Ⅱ)' 사업에 2010년 이미 착수했다.
핵심기술인 액체엔진 1단 추진체까지 자체개발
우리나라 로켓 발사체 역사
30일 우리나라 첫 우주발사체 나로호(KSLV-I)는 3차 발사가 마지막 기회지만, 발사 성패와 무관하게 후속인 우리 독자기술로 개발한 3단 로켓 '한국형 발사체(KSLV-Ⅱ)' 사업에 2010년 이미 착수했다.
핵심기술인 액체엔진 1단 추진체까지 자체개발
우리나라 첫 우주발사체 나로호(KSLV-I)의 성공을 계기로 우리나라는 우주 진출 노력에 더욱 박차를 가할 방침이다.
우리나라는 나로호 계획의 후속인 '한국형 발사체(KSLV-Ⅱ)' 사업에 2010년 이미 착수했다.
우주 발사체의 핵심인 1단 로켓까지 국내 기술로 자체 개발해 3단 로켓을 쏘아 올린다는 계획이다.
한국형발사체의 발사 목표 기한은 당초 2021년으로 잡혀 있었으나 교육과학기술부(교과부)와 한국항공우주연구원(항우연)은 이를 2∼3년 앞당겨 2018∼2019년에 발사하는 방안을 추진키로 했다.
30일 교육과학기술부에 따르면 정부는 한국형 발사체 사업에 2021년까지 예산 1조5천449억원을 일단 배정하고 연구 개발을 진행중이다.
재작년 말 국가우주위원회가 확정한 한국형 발사체 개발계획의 목표는 순수 국내 기술로 로켓을 개발해 아리랑 위성과 맞먹는 1.5t급 실용위성을 지구 저궤도(600∼800㎞)에 올려놓는 것이다.
나로호 사업은 우리나라 최초의 우주발사체라는 역사적 의미가 있었지만, 1단 추진체가 러시아에서 제작한 수입 완제품이라는 점에서 '반쪽짜리' 한국 로켓이라는 지적을 받아 왔다.
그러나 한국형 발사체 계획은 1단 추진체의 액체 엔진까지 자체 기술로 개발함으로써 우리나라의 우주 계획이 완전한 자립을 이루도록 한다는 것이다.
물론 나로호 사업 과정에서 얻은 노하우와 인프라가 있기 때문에 가능한 도약 시도다.
액체연료 추진 로켓이 될 한국형 발사체는 3단으로 구성된다는 점이 2단(상단-하단)으로 이뤄진
나로호와의 차이점으로 꼽힌다.
다단 분리를 위해 더욱 정교한 기술이 필요하다는 얘기다.
한국형 발사체의 길이와 무게는 각각 46.5m, 200t으로, 나로호(33ｍ, 142t)보다 길고 무거우며, 1단 로켓의 추진력은 300t중(重)으로 나로호(170t중)보다 훨씬 크다.
이는 엔진 하나로 분사하는 나로호와 달리 75t중급 엔진 4개를 묶어 추진력을 얻는 덕택이다.
한국형 발사체 사업은 3단계로 추진된다.
1단계 사업은 5∼10t급 액체엔진 개발과 시험시설 구축에 초점이 맞춰져 있다.
일종의 예비 연구인 셈이다. 이는 2014년 혹은 그 이전에 마무리될 것으로 예상된다.
2단계 사업에서는 한국형 발사체의 기본엔진이 될 75t급 액체엔진을 완성하고 일단 이 엔진 하나만으로 2016년께 시험 발사를 하게 된다. 당초 75t급 액체엔진 로켓의 시험 발사는 2018년께로 예정돼 있었으나 약 2년 앞당겨질 것으로 보인다.
항우연은 이 엔진을 만드는 데 필요한 중요 부품의 제작 기술을 대부분 개발한 것으로 알려졌다.
3단계 사업은 이 기본 엔진 4개를 묶어 300t급 1단 추진체용 엔진을 개발하고, 2018∼2019년에 한국형 발사체를 우주로 쏘아 올리는 것으로 마무리된다.
재작년에 발표된 로드맵에 비해 2∼3년 앞당겨지는 것이다.
한국형 발사체 개발 과정에서 로켓 설계는 물론이고 5∼10t 연소기, 터보 펌프 등 엔진 핵심 부품과 연소 시험 등에 대한 기술력을 확보하게 될 것으로 정부는 기대하고 있다.
발사 시설은 현재 나로우주센터를 재활용하게 된다.
수십년간의 연구·개발과 시행착오를 거친 다른 우주 선진국들을 우리나라가 단숨에 따라잡는 것은 불가능하겠지만, 나로호 계획에 이어 한국형 발사체 사업이 추격의 발판이 될 것으로 정부와
우주과학기술계는 기대하고 있다.
[출처] 상대성이론의 역설을 해결한 물리학자들|작성자 적적산
