누리호 3단엔진 부력 고려 부족 설계로 멈춰…2차 발사 연기

지난 10월 21일 발사돼 위성의 궤도 진입이라는 마지막 문턱을 넘지 못한 한국형 발사체 ‘누리호’의 3단 엔진 연소 조기 종료 원인은 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡한 채 설계를 했기 때문이라는 조사결과가 나왔다. 이에 따라 3단 엔진을 보강하기 위한 설계 변경·검증이 필요해 내년 5월로 예정된 2차 발사는 미뤄지게 됐다.

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 29일 ‘누리호 발사조사위원회’를 통해 누리호 1차 발사 시 위성모사체가 궤도에 투입되지 못한 원인을 규명하고 그 결과를 발표했다.

앞서 과기부는 지난 10월 말 항우연 연구진들과 외부전문가들이 참여하는 ‘누리호 발사조사위원회’를 구성해 총 5회에 걸쳐 조사위를 개최했으며, 항우연 실무연구진도 내부 회의를 개최(총 7회)하면서 누리호 1차 발사의 기술적 사항을 조사해왔다.

이번 조사는 비행 중 획득한 2600여개의 원격송수신장치인 ‘텔레메트리’ 데이터를 기반으로 누리호 비행과정 중 발생한 이상 현상을 찾아내고 그러한 현상을 유발시킨 원인을 밝혀내는 방식으로 진행했다.

조사위는 조사 초기 단계에 3단 산화제탱크의 압력이 저하되어 엔진이 조기에 종료됐음을 확인한 후, 구체적인 원인 규명에 초점을 맞췄다.

그 결과 최종적으로 다음과 같은 원인에 의해 3단 엔진이 조기에 종료됐다고 결론지었다.

누리호의 3단 산화제탱크 내부에 장착돼 있는 헬륨탱크의 고정장치 설계 시 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡했다. 이로 인해 실제 비행 시 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승할 때 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정했다.

이후 이탈된 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되기 시작했으며, 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설됐다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 조기에 종료되는 결과를 낳았다.

이에 따라 내년 5월 19일로 잠정 예정된 누리호 2차 발사일은 연기됐다. 이번 조사를 통해 밝혀진 원인을 기반으로 과기부와 항우연은 누리호의 기술적 보완을 위한 세부 조치방안을 마련하고 향후 추진 일정을 확정해 나갈 계획이다. 기술적 보완은 헬륨탱크 고정부와 산화제탱크의 구조를 강화하는 것 등을 중심으로 이뤄질 예정이다.

권현준 과기정통부 거대공공연구정책관은 “내년 5월로 예정된 2차 발사는 조금 어렵지 않을까 하는 상황”이라며 “구체적인 일정을 말하기는 아직 어렵고 사업추진위원회 및 국가우주실무위원회를 통해 기술적 조치에 따른 향후 추진 일정을 확정해 나갈 예정”이라고 언급했다.

조사위 위원장인 최환석 항우연 부원장은 “설계 시 비행 가속 상황에서의 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못해 국민들의 성원에 부응하지 못한 점을 안타깝고 송구스럽게 생각하고, 향후 철저한 보완을 통해 2차 발사를 준비해 나가겠다”고 말했다.

한편 누리호는 지난 10월 21일 나로우주센터에서 발사돼 목표 궤도인 700㎞ 상공까지 비행하고 함께 싣고 올라간 위성 모사체(가짜 인공위성)를 분리하는 데까지 성공했지만 궤도에 안착시키는 데는 실패했다. 3단에 장착된 7t급 액체엔진이 목표된 521초 동안 연소되지 못하고 46초 이른 475초에 조기 종료돼 위성모사체가 궤도 공전에 필요한 충분한 속도를 내지 못했기 때문이다.

모든 과정이 국내 기술로 이뤄진 한국형 우주발사체 ‘누리호’ 개발 사업에는 2010년 3월부터 2조원이 투입됐다. 발사에 성공하면 러시아·미국·유럽·중국·일본·인도·이스라엘·이란·북한에 이어 10번째로 발사체 기술을 확보하고, 미국·러시아·유럽·일본·중국·인도에 이어 7번째로 1t 이상 실용급 위성 발사가 가능한 우주 강국이 된다.

[서울=뉴시스]