마침내 솟아오른 누리호… 12년 우주강국 프로젝트 ‘결실’

세계 7대 우주강국
개발부터 성공까지 12년 염원 결실
75톤 엔진 개발 등 300여 기업 합심
1차 좌절·부품 역경 뚫고 '우주로'
성능 검증 위성도 2년 간 임무 수행

첫 한국형 발사체 ‘누리호’가 우주로 날아올랐다. 2010년부터 시작된 ‘우리 위성을 우리 발사체로 우리 땅에서 쏘아 올리자’는 중장기 프로젝트가 마침내 결실을 이루는 순간이었다. 한국의 우주항공 기술력을 세계에 알렸고, 글로벌 강국들이 난립하고 있는 우주 영역 개척에 우리도 발을 들였다는 데 의미가 크다.

21일 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원(항우연)에 따르면 한국형 발사체 프로젝트의 시작은 12년 전으로 거슬러 올라간다. 2010년 3월 개발 계획이 수립돼 궤도에 안착한 위성 운용까지 따지면 무려 2023년 6월까지 13년여에 걸친 중장기 전략이다. 준비 및 1단계는 설계 검토와 구축, 7톤급 액체 엔진 총 조립 및 연소시험에 관한 내용이다. 2단계는 상세 설계를 완료하고 75톤급 액체 엔진 및 시험발사체 개발을 완료하고 발사하는 단계까지다. 지난해 10월부터는 누리호 제작 및 2회 시험발사까지 계획을 담고 있다.

개발 비용만 2조원이 들었다. 이 과정에서 누리호의 심장이라 할 수 있는 75톤 액체엔진은 한화에어로스페이스가, 페어링 장치와 임무 제어 시스템 등은 ㈜한화가, 체계에 대한 총 조립은 한국항공우주산업(KAI)이 맡았다. 탱크와 동체 개발에 두원중공업, 한국화이바 등이 주목받았다. 그 외에도 300여 민간기업이 힘을 합했다.

한화에어로스페이스 측은 “누리호를 우주로 쏘아 올리는 데 우리가 맡은 엔진 부문에서 모든 작업에 최선을 다하며 만전을 기하려 했다”면서 “이번 2차 발사에 성공하면서 과기부와 항우연의 오랜 노력이 좋은 결과로 나타나 무척 기쁘고 다행”이라고 전했다.

준비 과정은 시련의 연속이었다. 2014년 10월, 누리호의 성패를 좌우할 75톤 액체엔진을 개발했지만 첫 번째 연소기 시험은 짧은 섬광을 내며 실패하고 만다. 막대한 양의 추진제가 급속도로 연소하는 과정에서 엔진 고장이나 추진력 저하, 심할 경우 폭발을 일으키는 연소 불안정 현상이 나타난 것이다.

이 현상은 중대형 액체 엔진 개발자들을 괴롭히는 가장 큰 기술적 어려움이면서 해결방법이 정립되지 않은 난제다. 미국도 달에 갈 당시 연소불안정이 발생해 이를 해결하기까지 4년간 1332회 시험을 거쳐야 했다. 우리 연구진은 포기하지 않고 설계를 무려 12번이나 바꿔가며 10개월 만에 연소 불안정을 극복해냈다. 이듬해인 2015년엔 추진제 탱크 납품지연 사태가 발생했다. 극한의 기술로 얇지만 강하게 만들어지는 추진제 탱크를 만드는 게 쉽지 않았던 탓이다.

2016년 마침내 우리 기술로 75톤급 액체엔진이 첫 시험에 성공했다. 누리호의 심장이라 할 수 있는 엔진이 완성되면서 누리호를 우주로 쏘아 올릴 수 있다는 자신감도 커져갔다. 2018년엔 마침내 누리호를 위한 예비고사라 할 수 있는 시험발사체(TLV) 발사에 성공했다. 시험 발사체는 누리호 주엔진인 75톤급 액체엔진 성능을 실제 비행을 통해 확인하기 위한 1단형 발사체다. 나로 우주센터에서 발사된 시험발사체는 목표시간인 140초를 넘어 151초간 연소했다. 엔진을 비롯해 구조체, 전자, 제어, 열·공력 및 발사대, 추적시스템 등에 대한 성능이 검증되는 순간인 동시에 중대형 액체로켓엔진 기술을 보유한 세계 7번째 국가로 발돋움하는 순간이기도 했다.

채비를 마친 누리호는 지난해 10월 21일 드디어 1차 발사에 나섰다. 1단분리에 성공했고 페어링 분리와 2단분리까지 차질 없이 진행됐다. 하지만 521초간 타 올라야 했던 3단 엔진이 475초 만에 조기 종료 되면서 위성모사체 목표속도인 초속 7.5㎞에 이르지 못했고 결국 궤도 진입에 실패하고 말았다.

약 8개월 가까운 시간이 흐른 지난 15일, 당국은 1차 실패 이유였던 산화제 탱크부 구조를 강화하면서 대망의 제2차 발사 준비에 나섰다. 하지만 불과 하루 앞두고 센서 문제가 발견되면서 또다시 발사를 ‘전격 연기’, 누리호는 발사대에서 내려와야 했다. 험난한 우주강국의 꿈을 실감한 과기부와 항우연이 핵심 부품을 교체하고 5일간 점검에 점검을 거듭, 다시 누리호를 발사대에 세웠다. 끝내 21일 오후 4시 우주 발사체 독립을 향한 한국의 두 번째 도전이 성공했다. 누리호에 탑재된 성능검증 위성은 이날부터 약 2년간의 ‘지구 관측과 분석’ 임무 수행에 돌입했고 우리 우주산업에 새로운 전기를 써나가기 시작했다.