누리호에 대해알아보자

누리호 또는 KSLV-II(Korea Space Launch Vehicle-II, 한국형발사체-II)는 한국항공우주연구원이 KSLV 계획에 따라 2022년 개발 완료한 로켓으로, 대한민국 최초의 저궤도 실용 위성 발사용 로켓이다.

누리호 개발사업은 나로호에 투입된 예산 5천억 원의 4배인 2조 원이 투입되는 사업이며 누리호에 사용되는 기술들은 향후 개발할 KSLV-III의 기술적 기반이 될 예정이다. 이름인 '누리'는 경상대학교[5] 에너지기계공학과 학생인 백승엽 씨가 공모한 명칭으로, 대국민 명칭 공모전을 통해 10,287건의 후보 가운데서 결정되었다

제원

누리호는 총 3단의 액체로켓으로 구성되어 있다. 1단에는 추력 735 kN의 75톤급 엔진 4개를 클러스터링하여 총 300톤의 추력을, 2단에는 75톤급 엔진 하나를 사용한다. 3단에는 7톤급 엔진 하나를 사용한다.[]

해당 설계에는 ESA의 우주발사체 아리안 시리즈와 유사한 점이 많은데 1~2단에 추력이 높은, 3단에 추력이 낮은 엔진을 배치하는 구성이 그러하다. 특히 누리호 설계안 중에서는 아리안 시리즈의 상단 엔진인 HM7B를 면허생산하는 안까지 있었으니 어느 정도 설계사상에서 영향을 받았다는 추측도 있는 편이다. 차이점이라고 하면 사용하는 연료의 종류와 고체 부스터의 유무 정도이다. 누리호는 전 엔진이 케로신인 반면, 아리안 1~4는 사산화이질소와 UDMH를 사용하였고 6톤급 엔진에 액체수소와 액체산소를 이용하였다.

탑재체(payload)의 중량이 1톤을 넘는 것을 기준으로 세계 7번째 독자개발 로켓이다.[] 이는 우주 공간에서 실용적인 목적으로 사용될 수 있는 탑재체를 발사할 수 있는 능력과 직결되며 이 점에서 한국의 우주개발 기술력이 국제적인 수준에 도달했음을 입증하는 의미를 갖는다

엔진

누리호에 사용되는 엔진은 총 두 종류로 75톤급 액체엔진 그리고 7톤급 액체엔진이 사용된다. 아래 사진의 좌측에 있는 75톤급 엔진은 1단 해면용(KRE-075: 2.9m x 1.6m)이다. 2/3단용 엔진과는 다른 불룩한 연소실 형상이 특징이다

 75톤급 엔진은 2단 고공용(KRE-075V: 4.0m x 2.2m)이다. 지상의 정지 상태에서 점화되는 1단 엔진과 대기압이 크게 낮은 고도 60km 상공에서 비행 중 시동되는 2단 엔진 간 연소실 구조 등 여러 차이가 확연하다. 두 종류의 75톤 엔진은 전체적인 크기는 물론 노즐의 팽창비와 진공 추력을 포함한 각종 성능이 다르다.

 

계획

누리호 개발사업은 크게 3단계로 나눠서 이뤄진다.
1단계(2010.3 ~ 2015.7): 액체로켓엔진 시험 설비 구축, 7톤급 액체엔진 개발 (5,008억 원)
2단계(2015.8 ~ 2019.2): 7톤급 및 75톤급 엔진 개발 완료, 성능검증용 시험발사 (8,020억 원)
3단계(2018.4 ~ 2022.5): 75톤급 엔진 클러스터링 및 3단형 발사체 개발, 제작, 발사 (6,544억 원)

국내에 액체로켓엔진 관련 시험 설비는 KSR-III 개발 중에 구축한 소형 시험설비 정도밖에 없기 때문에 1단계에서는 우선적으로 75톤급 엔진을 시험할 수 있는 시험설비 구축을 진행한다. 동시에 기존 시험 설비 등을 이용한 7톤급 엔진의 단품 수준 시험개발도 진행한다. 이 시험설비 구축은 전체 예산 중에서 가장 많은 비중을 차지하며, 향후 있을지 모르는 차기 액체엔진 개발에도 사용할 수 있도록 최대 150톤급까지 시험 가능하게 건설한다.

2단계에서는 구축 완료된 시험설비를 이용해 75톤급 엔진의 시험을 본격적으로 진행하여 설계를 확정하고 개발을 완료한다. 이렇게 개발된 75톤급 엔진의 성능을 검증하기 위해 엔진 1기를 단 시험발사체를 제작하여 발사한다. 이를 통해 성공이 확정되면 3단계로 넘어가지만, 만약 실패하게 된다면 재기획 후 다시 시험발사를 추진하게 된다.

3단계에서는 본격적으로 실제 발사체의 개발을 진행한다. 누리호의 1단에는 75톤급 엔진 4개를 클러스터링하므로, 이에 대한 기술 개발이 가장 메인이 된다. 그 외에도 엔진 외의 각종 발사체 시스템 역시 개발하여 3단형 발사체를 완성한다. 이렇게 완성된 발사체를 이용해 2차례 시험 발사를 하고, 이를 통해 개발 성공 여부를 확정짓게 된다. 만일 개발이 성공한다면 이제 누리호는 실제 실용위성 발사에 사용될 수 있다.

2차 발사

누리호 개발 사업의 마지막 단계이자 마지막 시험발사다. 1차 발사와는 달리 실제 위성을 싣고 쏘게 되며, 이때 모든 미션이 성공적으로 완료 될 경우 3차 발사부터는 실용 위성을 쏘게 된다.

당초 5월 19일에 발사될 예정이였지만 1차 시험발사에서 발견된 문제를 해결하기 위한 헬륨탱크 하부지지부의 고정장치 강화와, 맨홀덮개 두께 보강 등의 작업으로 인해 발사 예정일은 본래 계획으로부터 한달가량 연기된 6월 15일로 결정되었다. 잠정발사예정시간은 16시이며, 변수에 따라 1차 발사때와 마찬가지로 15시에서 19시 사이에서 변경될 수 있다.[] 발사 예비일은 6월 16일~23일이다.

6월 14일 오전 6시에 비행시험위원회가 개최되었으며 당일 기상 정보을 통해 당일 나로우주센터 주변에 다소 강한 바람(초속 8~12m)이 불며 발사대 근처의 경우 초속 15m의 바람이 관측되어 발사대 기립작업 중 자칫 위험한 상황이 발생할 수 있어 작업자의 안전상 이유로 발사일을 하루 순연하기로 결정했다.

6월 15일 7시 20분부터 누리호가 발사대로 이송이 시작됐다. #
8시 30분경 누리호가 발사대로 이송 완료되었다.
11시 30분 경 누리호의 기립 및 고정 작업이 완료되었다.

6월 15일 오후 5시 15분에 개최된 항우연 브리핑에서 오후 2시 5분 경 1단부 산화제 탱크 레벨 측정 시스템에 이상이 발견되어 기립 상태에서 원인파악을 시도하였지만 장소 특성상 어려움이 많아, 오후 5시 경 발사관리위원회에서 누리호를 조립동으로 다시 이송시킨 뒤 점검을 하기로 결정했다고 밝혔다. 이에 따라 누리호 발사 또한 연기되었다.

발사 예비일(16일~23일) 내 발사가 가능할지에 대한 여부는 불확실하며, 최대한 빠른 시일 내에 원인 파악과 조치를 마친 후 발사할 예정이라고 밝혔다.

15일 22시 30분 누리호를 다시 조립동으로 옮기는 작업이 완료되었다. 16일부터 원인을 파악 중이며, 조치가 완료된 이후 발사관리위원회를 통해 발사일을 정할 예정이다.

16일 사전작업 후 15시부터 점검창을 열고 본격적인 점검에 착수하였다. 점검창을 통해 전선과 신호처리박스를 점검하게되며, 당일 문제여부 파악 완료를 목표로 하고있다. 만약 레벨센서가 문제일 경우 1단 분리 후 점검해야하기에 시간이 더 소요된다.

6월 17일 17시 30분에 언론 브리핑을 통해 누리호 1단 산화제 탱크 내부에 있는 레벨 센서[]의 센서 코어가 문제였음을 확인하였고, 그 외의 레벨 센서와 연결된 컨트롤 박스 및 이와 관련된 전기신호 부품 문제에는 이상이 없었다.

당초에는 부품을 교체하기 위해 단 분리를 하려고 했으나, 단 분리 없이도 교체가 가능한 방안을 마련해 분리 없이 부품을 교체하는 방향으로 선회하였다. 부품 교체가 완료된 후 레벨 센서가 정상 작동되는 것을 확인하고, 더불어 1, 2, 3단 전체의 전기적 검토도 완료되어 발사관리위원회는 오후 4시 30분 최종 이상없음을 판정하였다. 이에 따라 6월 21일에 누리호 2차 발사를 실시할 예정이라고 밝혔다.

20일 7시 20분부터 보완 조치가 완료된 누리호를 발사대로 재이송하기 시작하였다.
20일 11시 10분, 누리호의 기립 및 고정 작업이 완료되었다.
20일 18시 37분, 전원 및 추진제 등을 충전하기 위한 엄빌리칼 연결 및 기밀점검 등 발사 준비 작업을 모두 완료했다.

21일 10시 30분 경 발사관리위원회는 오전 회의를 통해 당일 발사 운용 절차를 정상적으로 진행하는 것으로 결정을 내렸다.

14시 30분 경 한국항공우주연구원은 브리핑을 통해 예정대로 당일 16시에 발사를 진행하기로 결정하였음을 발표하였다.
15시 10분 경 연료 및 산화제 충전이 완료 되었다.
16시 00분 누리호 2차 발사가 진행 되었다.

1.3톤의 위성모사체와 함께 AP위성에서 제작한 성능검증위성(PVSAT) 및 성능검증위성에서 사출되는 큐브위성 4기[][]가 탑재된다. 이렇게 탑재체 2개가 발사체로부터 2번에 걸쳐 탈착 제어 및 궤도 안착이 진행된다.

발사 이후 성능검증위성이 먼저 분리된 뒤, 위성모사체가 분리된다. 성능검증위성에서 나오는 첫 신호는 발사 42분 23초 뒤, 남극 세종과학기지에서 수신한다. 두 번째 신호 수신은 발사 100분 이후로 대전 항공우주연구원 지상국에서 신호를 수신 받게 되며 , 세번째 수신은 발사 140분 이후 이며 다시 남극 세종기지가 신호를 받게된다. 발사 4시간 뒤 세종과학기지에서 자세정보를 수신하며, 발사 11시간 뒤부터는 대전 항공우주연구원 지상국에서 지속적으로 교신하며 위성의 상태를 점검한다. 여기까지가 누리호가 맡은 임무다. 큐브위성부터는 성능검증위성의 임무지 누리호가 맡은 임무가 아니기 때문.

성능검증위성에 탑재되어있는 큐브위성 4기는 발사 일주일 후 부터 이틀 간격으로 조선대-KAIST-서울대-연세대 위성 순으로 사출된다. 마지막에는 큐브위성 모사체(더미)[]도 내보내, 성능검증위성에 설치된 5개의 큐브위성 사출 발사관의 성능을 모두 점검한다. 성능검증위성에는 사출 장면을 촬영할 수 있는 카메라(VCS)가 조선대에서 제작한 큐브위성이 담겨진 사출 발사관 바로 아래에 달려있어[] 큐브위성이 떨어져 나가는 모습을 볼 수 있다.사출 시뮬레이션

성능검증위성이 큐브위성까지 성공적으로 사출하게 되면 국내에서 개발한 발열전지, 자세제용 구동기, S-band 안테나를 실제 우주환경에서 검증하는 작업을 수행 할 예정이다