작년에 정말 운좋게도 우리 학교에 누리호 사업 및 항우연 본부장님이 오셔서 1시간이라는 짧은 시간임에도 강의해주셔서 그거 들으러 감.

거기서 들은 내용과 질의한 내용을 최대한 기억나는 선에서 적은 내용.

또한 2차 발사 이후 3차 발사 전 내용이기에, 현 3차 발사와는 내용이 다를 수 있음.



<강의 내용>

처음 대한민국이 우주발사체개발을 시작한 것은 KSR-1이었음. 당시 KSR-1은 국방과학연구소(이하 ADD)와 육군의 도움(백곰, 현무-1)으로 고체로켓으로 개발되어 고체로켓 발사/운용과 무유도 스핀 안정화기술등을 얻을 수 있었음. 이후 KSR계획은 진행되어 KSR-2에선 유도제어와 단분리, 노즈부개방(페어링)등의 기술을 얻고, KSR-3에선 액체로켓, 킥모터 기술, 추력벡터제어/자세제어, 비행종단시스템, 노즈페어링, 고압탱크, 관성항법, 13톤급 액체로켓기술등 꽤나 많은 의미심장한 기술들을 얻을 수 있었음. KSR 계획은 이렇게 종료되었고, 이후론 KSLV 계획으로 넘어감.

KSLV계획의 첫 번째 타자로는 우리에게 매우 익숙한 KSLV-1(이하 나로호)이 있음. 여기선 러시아와의 협력이 있었.....다고 하지만, 최대한 기술을 어떻게든 안줄려는 쪽(러시아)과, 어떻게든 기술을 더 얻으려는 쪽(한국)간의 이해관계가 맞지않아 힘들었다고 함.(사실 러시아쪽에선 전략기술 유출을 매우 꺼려해 우리가 고생한 걸로 암. 장보고급 1번함도 해군장교분들이 그렇게 고생하셨으니 더 고급인 로켓은 말할 것도 없을 듯)
나로호는 기존 KSR과는 달리 대형발사체이고(상대적), 따라서 우리도 티비에서 봤듯이 한 번에 발사에 성공하지 못함. 그래도 나로호 사업에서 궤도 진입, 발사체설계/발사/종합적 기술등을 얻을 수 있었음.

여기서 의문인게 꺼무위키에선 KSR-3당시 대포동미사일발사로 인해 계획이 변경되어 KSR-3가 좀 다르게 나왔다는데, 특강 발표하실 때 나로호 사업 들어가면서 북한의 대포동 미사일 발사로 인해 자국산 발사체 개발 압력이 들어왔다고(물론 직접적으로 압력이란 표현은 쓰시진 않음)하심.

또한 중간에 발사실패하면서 예산이 대폭 삭감되어 매우 힘들었다고 하심. 결과적으로 3차발사에 성공해 예산을 배정받고 다음 계획으로 넘어갈 수 있었음.

그 다음 계획은 KSLV-2계획, 즉 누리호임.
기존에 러시아와 협력으로 발사했던 나로호와는 달리 순수 99퍼센트(몇 몇 부품은 해외에서 수입했다고 함. 그러나 매우 극소수) 국내 기술로 발사한 로켓으로 목적또한 발사체 개발&핵심기술 확보에 있었다고 함.

투입궤도 600km ~ 800km, 탑재중량 1.5 ~ 1.9t인 KSLV-2는 기존 나로호와는 달리 정말 정말 많은 변화가 있는 로켓이라 할 수 있었음. 그것이 비단 로켓에게만 적용되지 않은 것이라 할지라도.

우선 강조하시는 부분이 시험 설비였다고함. 초기엔 KSLV-2 시험설비를 외국에서 빌려서 진행할려고 했으나, 러시아에선 더 할려면 돈 더내라하고, 유럽쪽은 자기들 로켓쏘기도 바쁘다 그러고, 미국에서도 어려움을 겪었다함.
결국 누리호는 외나로도 우주센터에서 시험설비를 현대중공업이랑 같이 건설했다고함. 우리가 군갤에 지난 2017년, 2018년 연소시험등으로 올라와 자주 본 추진기관 시험설비뿐만 아니라, 고공연소 시험설비, 터보펌프실 매질 시험설비, 제어계측동, 연소기, 3단 엔진 시험설비등 다 적지못할 정도로 꽤나 적지않은 수의 시험설비들이 들어섬. 이때, 엔진시험을 하는데 주변 소개가 힘들어(다른 설비 건설하던 공사 관련 인력들이 있어서 함부로 시험을 못했음.) 엔진 테스트 시기는 점심과 저녘, 공사 관련 인력분들이 퇴근하신 이후에 주로 시행했다함.
총 184번의 엔진테스트를 하였는데, 이 중 잘 알다시피 연구원분들을 괴롭힌 엔진 트러블은 연소 불안정이었음.

연소불안정을 잡는데 14개월이 소요되었다함. 연소기를 제작하는데 4개월이 걸렸으며, 연소기를 받자마자 바로 시험하고, 피드백을 보내 다시 제작하고, 받자마자 또 시험하고....이 과정을 무려 14개월동안 반복함. 즉,

엔진 시험 -> 설계수정 -> 한화로 보내고, 한화에서 제작 및 납품(4개월) -> 다시 시험 -> 수정 -> 한화 -> 반복

이러한 과정이라는 것.

사실 75톤급엔진이 국내에선 개발과정이 그나마 알려져 있지만, 상층부에 탑재된 7톤급 엔진 개발또한 어려웠다 하심.

연소기 얘기가 많이 나왔지만, 추진제 탱크또한 만만치 않게 어려움을 겪으셨다하심. 탱크 내부 압력과 비행하중을 모두 견뎌야 했던 추진제 탱크는 고강도와 고강성을 필요로 하였기에 특히나 어려울 수 밖에.
재질은 알루미늄을 사용했으며, 탱크를 제작하는데 필요한 공작기계와 용접장비(선형, 비선형 전부) 모두 새로 들여오고 제작해야했다 하심. 추가로 고난도의 용접기술이 필요로 했으니, 이리하여 1단 탱크 제작에는 10개월이 소요가 되었다 하심.(물론 그걸 2mm두께로 마참내 만들어내신 걸 보면 얼마나 갈려나가셨는지는 뻔하다.)

누리호는 이런식으로 개발이 되어 1번의 시험발사체 발사와 2번의 발사시도끝에 성공적으로 사업이 마무리되었으며, 추후 계획을 준비 중이라하심.(정확히는 예산 타당성 조사 받는 중이라 하심.

현재 발사체 관련해선 크게 두 가지로 나뉘었다함.
1. 발사한 KSLV-2 누리호를 고도화시켜서 2027년까지 위성 을 5번 발사한다는 계획
2022~2027년까지 총 예산 6,874억원을 투입해 차세대 중형위성을 2024, 차세대 소형위성을 2023년에 발사하고, 초소형 인공위성 1호는 2024년에, 2~6호는 2026년에, 7~11호는 2027년에 발사 예정이라 하심.

2. KSLV-3
초기엔 KSLV-2 좀 더 강려크한 엔진과 파워를 넣어 만들까?(즉 KSLV-2개량화 버전낼까?) 하다가 여러번의 회의 끝에 아예 다음단계의 새로운 발사체를 개발하자로 방향을 틀었고, 이것이 KSLV-3계획이라 하심. 2023년부터 2031년까지 총 사업비 1조 9330.1억원을 투입해 개발할 예정으로 1단의 각 로켓 추력을 75톤급에서 100톤급으로, 2단은 7톤급에서 10톤급으로 강화할 예정이고, 주 임무는 저궤도 대형/정지궤도 위성 발사, 우주탐사(아마 달 탐사같음)라 하심.

우주탐사 관련되어선 달착륙선이 2031년, 그 뒤로는 소행성&심우주 탐사와 더불어 화성탐사도 염두에 두고 있는 듯함.


마지막으로 발사체 개발의 특수성을 설명해주셨는데...이건 이쪽 관련해서 조금만 찾아봐도 알 수 있는 내용이었음.
비단 로켓뿐만이 아니더라도 공통된 사항들이었음.

1. 극한의 환경에서 작동해야한다.
2. 전략적 기술이라 국산화는 반드시 필요하다.
3. 신뢰성과 품질보증이 필수적이며
4. 장기간동안 대규모의 예산과 인력 및 기관들이 참여한다.
5. 로켓으로는 로켓연료의 공급 안정성(하이드라진 같은 건 에바라는 것이지....)

그외에도 여러 특수성이 있었지만 다 적지못함.

아래는 강의가 끝나고 질의응답 시간동안 나온 질문들이었음.

Q. 현재 스페이스X의 팔컨 로켓의 엔진이 연료로서 메테인을 쓰는 것으로 안다. 혹시 항우연에선 나중에 메테인 연료 로켓을 개발할 것을 고려중인가?

A. 메테인을 연료로 쓰는 로켓은 스타쉽이다. (중간에 잘 못들었으나 메테인은 현재 항우연이 주력으로 밀만큼 관심은 아닌 듯한 뉘앙스였음.), 수소로켓을 현재 한 번 시도를 해볼려고는 하나, 수소로켓부분이 워낙 기술적 난이도 높아 쉽지가 않다. 우리가 쓰는 케로신은 미국, 러시아등의 우주 선진국들이 쓰는 로켓용 케로신이 아닌 일반 항공유를 국내 정유사들과 협업하여 품질을 더 높여 정제한 연료를 사용중에 있다. 우리는 이러한 연료면에서 수요가 적어 규모의 경제가 불가능해 로켓용 케로신을 못쓰는 중이다.


Q. 먼저 항우연의 그간 로켓개발의 노고에 정말 수고하셨다는 말씀을 드린다. 혹시 우주센터를 제주도에 짓지않은 이유를 알 수 있는가? 또한 차기발사체를 발사하기에는 발사대가 협소해보인다. 이 점에 대해 어떤 계획이 있는가?

A. 초기에 제주도 우주센터를 생각했었다. 그러나 주민분들의 반대로 무산이 되었고, 결국엔 외나로도를 선택하게 되었다. 현재 차세대 발사체(KSLV-3)는 나로호를 발사한 제1발사대를 확장 공사를 한 후 사용할 것이 고려중이다.


Q. 발사시각을 보면 16시 00분 01초 처럼 01초, 또는 미세하게 더 차이나던데, 그러한 것은 왜 그런 것인가? 또한, 단분리와 페어링 분리에 화약이 사용이 되었는가?

A. 원래 발사 전 엔진을 점화한 후 최대 추력까지 내기까지 시간이 천차만별이고, 차이가 있을 수 밖에 없다. 그것이 고려되어 우리가 16시 00분에 발사하겠다고 하지만 실제로 01초처럼 미세하게 차이가 나는 것이다. 또한 단 분리에는 겉을 잘보면 단 경계에 아주 조그맣게 튀어나와있다. 그것이 단 분리 고체로켓으로 하위단은 아래로 내려가게 분사하고, 상단 부는 위로 올라가게끔 점화된다.페어링분리에선 화약을 사용한다. (필자 주 : 아무래도 신뢰성이 필요한 부분이다보니 확실한 화약을 사용한 듯)


Q. 중간에 성능 검증위성(성능검증위성에 관한 내용중에 참여한 기관, 기업과 장치 내용이 있었음)에 보면 발열전지를 한국 원자력연구원과 협업하여 탑재되었다고 하는데, 이것이 RTG를 의미하는가?

A. 아니다. RTG가 아니라 히터로 열을 내고, 그열로 전기를 생산하는 방식이다.


강의중간의 추가 내용

우리가 발사한 발사방향은 170도정도로 제주도와 큐슈 중간으로 발사하였다. 원래는 목표보다 더 살짝 서쪽으로 발사하는 것이 맞으나 제주도와 큐슈의 민간피해가 우려되어
3단에서 서쪽으로더 틀기로 결정하였다.
자료의 사진에선 외나로도에서 발사되어 제주도와 큐슈를 통과하고, 필리핀 민다나오 섬 최남부 지점을 통과해 술라웨시 섬쪽으로 진행하다가 궤도에 진입하는 듯

누리호 발사에 추가된 엄빌리카 타워에서 누리호에 연료와 전기를 공급하는 케이블은 상단부(2,3단)의 경우는 사람이 직접 꽂는 방식이라 하심. 그런데 1차 발사시도(시험발사체 X)때 태풍으로 인해 강한 바람으로 엄빌리카 고공작업이 위험하여 발사가 연기된 것임.


이후 강의 끝나고 추가질문함.

Q. 2013년 공개된 로드맵을 봤을 때, 추후 대형발사체 그림으로서 본체에 9개 클러스터링된 로켓과 각 옆의 부스터의 9개로 클러스터링 된 로켓이 위치한, 1단에만 27개 로켓이 있는 모습인데, 현재 KSLV-3에선 여기서 변화하였는가?

A. 물론 클러스터링 작업을 누리호에서 해봤는데, 작업공간이 좁아서 클러스터링이 만만치 않았고, 따라서 그정도의 클러스터링은 에바다. 우리는 현재 1단에 85톤급 5개 클러스터링을 하고, 옆에 부스터를 붙힐까 말까 고려중이다. 85톤급 5개중 중앙의 1개로 스페이스X의 재사용로켓처럼 (재사용 할 때)착륙조절용으로 쓸 것이다.



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이건 강의 끝나고 질문한 뒤에 받은 것.


마지막으로 이건 2022년 기준 내용임. 지금은 88톤 엔진이랑 100톤 엔진도 나오고, 사업도 중간에 변경될 가능성이 0은 아니기에 확정된 내용도 아님.

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