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'누리호' 내달 21일 발사...성공땐 세계 7대 우주강국 첫발

['스페이스X' 우주 관광으로 본 한국의 발사체 수준은]

예산 2조 투입 2010년 개발 시작

내년 5월엔 위성 싣고 2차 도전

아직 정지궤도에 띄울 수준 안돼

2030년 달 착륙선 발사 위해선

후속 연구개발에 더 박차 가해야

한국형 발사체가 고흥 나로우주센터 발사대에 세워져 있는 모습. /과기정통부




일론 머스크가 이끄는 스페이스X의 ‘크루드래건’에 탑승한 4명의 우주 비행객이 지난 18일(현지 시간) 3박 4일간의 지구궤도 탐험을 마치고 플로리다 바다에 도착하면서 한국에서는 언제나 이런 서비스를 할 수 있을까 관심이다. 마침 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원이 오는 10월 21일 전남 고흥 나로우주센터에서 1.5톤 더미(모사체) 위성을 실은 한국형 발사체(누리호)를 발사할 예정이어서 성능에 대한 궁금증을 자아낸다.

크루드래건은 지상 575㎞ 궤도(최고 585㎞)에서 사흘간 음속의 22배인 시속 2만 7,359㎞로 지구 주위를 1시간 반마다 한 번씩 선회했다. 탑승객들은 국제우주정거장(420㎞)보다 더 높은 궤도를 돌며 돔 유리창을 통해 360도 우주를 탐험했다. 이번 프로젝트의 비용을 댄 재러드 아이작먼 미국 시프트4페이먼트 창업자는 17일 우주선에서 생방송을 통해 “지금 모든 시간을 (우주비행이 인체에 미치는 영향 등) 과학 연구에 쓰고 있다”며 소아암 병원(세인트주드 아동연구병원) 환자들과 대화했다. 그는 이 병원 환자들을 위한 2억 달러 모금 활동을 하고 있다.

스페이스X의 크루드래건 우주선에 탑승해 지구 저궤도 비행을 마치고 귀환한 민간 비행사들. /스페이스X 홈페이지


스페이스X는 2023년 우주 비행객들을 태우고 달 궤도 순회 우주여행도 계획하고 있다. 이 회사는 로켓 재활용 기술을 개발해 발사 비용을 대폭 낮춰 유럽의 아리안스페이스와 함께 세계 각국의 위성 발사를 대행하고 있다. 우리나라가 내년 8월 쏘는 달 궤도 탐사선도 스페이스X가 발사한다. 이 회사는 미국 항공우주국(NASA·나사)과 공군의 우주 화물 운송 사업을 대행하고 있고 지구 저궤도에서 초소형 위성을 대거 띄워 초고속 인터넷 사업도 본격화하고 있다. 2024년 미국 주도의 국제 달 탐사 프로젝트(아르테미스)에서 유인 달 탐사 착륙선 임무도 맡는다. 우주 벤처 기업인 애스트로보틱·인튜이티브머신이 내년 초 과학 장비를 싣고 달 남극에서 물 탐사에 나서게 되는 것도 스페이스X 발사체를 통해서다. 스페이스X는 장기적으로는 화성에 인류 정착촌을 건설한다는 포부다.

이에 비해 우리나라는 위성은 세계 7대 강국으로 평가되지만 우주 발사체는 미국·중국·러시아·유럽·일본·인도 등에 비해 상당히 뒤처져 있다. 10월 21일 나로우주센터에서 1.5톤 더미를 싣고 한국형 발사체를 지상 600~800㎞ 저궤도에 발사하는 것이 우주 발사체 자립의 첫 출발점이다. 한국형 발사체는 내년 5월에는 1.3톤 더미에 200㎏ 위성을 싣고 저궤도에 2차 발사를 하게 된다. 성공한다면 처음으로 우리 위성을 독자적으로 쏘아 올리는 셈이다. 세계에서 일곱 번째로 자체 발사체로 위성을 쏘아 올리는 것이다. 정부와 항우연은 10월과 내년 5월 발사에 성공하면 한국형 발사체의 성능을 높이기 위해 네 차례 더 발사할 계획이다. 앞서 항우연은 최근 한국형 발사체를 발사대에 세우고 영하 183도의 산화제를 충전·배출하는 WDR(Wet Dress Rehearshal)을 성공적으로 마쳤다. 한국형 발사체는 75톤 추력을 내는 로켓엔진 4개를 묶어 핵심인 1단부로 사용하고 2단부와 3단부는 75톤 추력 엔진과 7톤 추력 엔진을 각각 1개씩 쓴다. 모두 액체연료를 사용하는데 1단부에서 75톤 추력 엔진 4개가 똑같은 추진력을 내야 하는 등 애로가 만만치 않다. 초당 1,000㎏의 추진제를 엔진에 공급해 연소시키나 로켓을 둘러싼 알루미늄합금의 두께는 2~3㎜에 불과하다. 당초 올 5월에서 10월로 1차 발사가 연기된 것도 이 때문이다. 1단부는 대기권 돌파, 2단부는 우주 공간 이동, 3단부는 저궤도 위성 진입용이다. 조황희 과학기술정책연구원 국가우주정책연구센터장은 “한국형 발사체는 총 37만 개의 부품들이 수만 시간 동안 극한 조건의 우주 환경 실험을 거쳐 조립됐다. 2010년 개발을 시작해 약 2조 원의 예산이 투입됐다”며 “우리 발사체로 위성을 쏘아 올리는 것이 경제·안보적 측면에서 유리하다”고 강조했다.



하지만 일본이 이미 50여 년 전에 미국의 도움과 자체 기술로 우주 발사체 자립에 성공해 지구에서 3억㎞나 떨어진 소행성인 ‘류구’의 샘플을 지난해 말 지구로 가져오는 등 소행성 탐사에 열을 올리는 것과 대조적이다. 요시카와 마코토 일본우주항공연구개발기구(JAXA) 하야부사2 프로젝트 미션 매니저는 올 6월 ‘제3회 서경 우주포럼’에 앞서 서울경제와 인터뷰를 갖고 “미래의 우주 자원으로 소행성을 사용할 수도 있고 소행성이 지구에 충돌할 때 입게 될 큰 피해를 막기 위해서도 탐사가 필요하다”며 “소행성은 태양계의 기원과 진화를 연구할 때 중요하다”고 말했다.

국립중앙과학관에 전시된 한국형 발사체 실물 엔진 모습. /과기정통부


이창진 건국대 항공우주공학과 교수는 “한국형 발사체가 성공한다고 해서 바로 우리 위성을 저궤도나 정지궤도(지상 3만 6,000㎞ 상공)에 띄울 수 있는 것이 아니다”라며 “정부가 2030년 달 착륙선을 우리 발사체로 쏘아 올린다는 계획을 달성하기 위해서는 후속 연구개발(R&D)에 박차를 가해야 한다”고 말했다.

한편 국방부와 과기정통부는 올 7월 29일 국방과학연구소(ADD) 종합시험장에서 우주 발사체용 고체 연료 시험에 성공했다. 2024년 75톤급 고체 연료 엔진을 탑재한 2단 우주 발사체로 소형 위성이나 다수의 초소형 위성을 지구 저궤도에 쏘아 올릴 계획이다. 허환일 충남대 항공우주공학과 교수는 “우리나라는 올 5월 한미 미사일 지침 해제를 계기로 고체 우주 발사체 개발에 주력해왔다”며 “1980년대까지만 해도 미국의 미사일 지침 등 강대국들의 견제로 인해 우주 발사체 개발을 시도하지 못하다가 1991년 말 소련 해체 이후 러시아에 상당한 비용을 지불하고 ‘견학’ 수준의 기술 연수를 할 수 있었던 때에 비하면 격세지감”이라고 토로했다. 그러면서 우리나라가 2013년 1월 우주 발사체인 ‘나로호’를 세 번째만에 발사에 성공했을 때도 2단부 고체 엔진은 우리 기술로 개발했지만 핵심인 1단부 로켓은 러시아 기술이었다고 말했다.
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