누룽아빠의 매일

우리나라의 발사체 개발

모두 나로호라고 들어보셨나요? 가끔 축구에서 선수들이 골대앞에서 공을 골문 위쪽으로 차버리면 나로호발사! 하며 장난치는 팬들을 볼 수 있습니다. 저도 가끔 그런 표현을 하긴하는대 이 나로호가 무엇인지는 사실 잘 모르고 그냥 남들이 하니까 사용하곤 했습니다. 나로호는 한국형발사체라는 개발사업으로 2조억원에 가까운 예산이 사용된 국가주도적 우주개발 사업의 산물입니다. 무려 10년이 걸렸습니다. 그간 우리는 다른 나라의 기술력을 빌려와서 로얄티를 지불하며 사용했다면 이러한 프로젝트로 고추력 액체엔진개발, 추진기관의 시험설비와 시험 장비구축, 체계종합 운용능력 확보, 발사채 개발에 필요한 기술들을 모두 우리의 것으로 만들게됩니다. 이러한 성과덕분에 2조원의 금액은 전혀 아깝지 않은 금액이 되었습니다. 여기서 고추력엔진을 개발하였는대 이것이 참 중요합니다. 75톤과 7톤급 액체엔진으로 나뉘는대 이 엔진이 바로 로켓 발사체의 기술핵심이됩니다. 우리나라는 나로호를 통하여 30톤급 액체엔진을 개발하고있었습니다. 이것은 75톤급 액체엔진을 개발하기 위한 선행연구로 시작되었습니다. 그 덕분에 75톤과 7톤의 엔진을 개발하는 비용과 기술적 문제를 모두 줄이고 그를위해 가스발생기 및 터보펌프 구동방식을 사용하게됩니다. 우리의 한국형발사체 엔진개발은 연소기 연소시험설비, 터보펌프 실매질 시험설비, 엔진 지상·고공 연소시험설비, 추진기관 시스템 시험설비 등 총 10종의 엔진 시험설비가 나로우주센터에 구축되었습니다. 이러한 설비를 구축한 이유는 우리나라는 고추력 엔진 시험이 가능한 대형 시험 설비가 없어 사실상 엔진 개발이 불가능했기 때문입니다. 시험시설에서 75톤급 및 7톤급 엔진의 핵심구성품인 연소기, 터보펌프, 가스발생기에 대한 품질 성능시험과 조립이 완성된 엔진의 지상 및 고공환경에 잘 활용이 되는지에 대한  성능시험이 단계적으로 진행됩니다. 엔진 별로 준비, 수행, 결과 분석에 1주일의 시간이 소요가되는대 이 시험에는 수십 회에서 많게는 200회 정도 시험이 실시가 된다고합니다. 그 만큼 이 실험이 우리의 우주발사체 개발에 핵심적인 부분을 차지한다라는 것을 알수 있습니다. 만약 이러한 과정이 없이 바로 발사하게 된다면 백이면 백 실패로 끝나고 말 것이기 때문에 완벽하게 준비하고 테스트하여 성공률을 높이는 과정입니다. 한국형 엔진개발은 많은 기술적 어려움이 있습니다. 대표적인 것이 연소불안정입니다. 연소불안정은 발사체가 발사되면 연소가 시작이 되는대 이 연소 과정에서  진동이나 추진제 공급계통의 교란, 음향장 등이 연소실 내의 압력, 온도, 유속 등에 영향이 미쳐 불안정한 연소 상태가 발생하는 현상입니다. 엔진이 멈추거나 폭파되는 등 대형 사고를 발생시킬 수 있어 이러한 연소불안정은 가벼워보이지만 사람의 목숨까지도 왔다갔다하는 일이 발생할 수도 있습니다. 연소불안정 현상은 액체로켓이 개발되기 시작한 1930년대부터 발견된 기술적 문제이지만 아직도 명확히 해결되지 않았습니다. 다른 얘기론 자동차의 급발진 현상도 아직 원인을 판명할 수 없다고합니다. 이처럼 엔진 분야에는 정말 우리가 아직까지도 모르는 부분이 많은 것 같습니다. 현재 기술로는 연소불안정 현상의 근본적 제거가 불가능하기에 연소불안정 현상이 생기면 연소안정화 장치 등 새로운 구조물을 장착하여 안정을 꾀하든, 최악의 경우에는 설계를 변경해 새로 제작해야 하는 등 개발계획에 큰 차질을 빚을 수 있습니다. 발사체 엔진 개발은 개발 경험과 노하우, 그리고 보유하고 있는 기술의 정확성이 매우 중요하게 꼽힙니다.

로켓 엔진 개발은 짧은 연소 시간 동안 고온, 고압, 극저온을 동시에 견뎌야하는 시스템을 개발하는 일이기 때문에 연소불안정 외에도 과열 방지, 내열 합금 기술, 극저온 물질 취급 기술 등 새로운 기술이 개발되거나 적용되어야 합니다.