추진제탱크

[과린이를 부탁해] 과학소년 12월호. 우리나라 최초의 한국형 발사체! 누리호

대한민국 우주 개발의 역사에서 2021년 10월 21일은 잊을 수 없는 날입니다. 전라남도 고흥 나로우주센터에서 순수 국내 기술로 제작된 최초의 한국형 발사체 누리호가 힘차게 날아올랐기 때문입니다. 과거 러시아와 공동 개발했던 나로호가 100kg급 소형 위성을 저궤도에 진입시키는 수준이었다면, 누리호는 1.5톤급 실용 위성을 고도 600~800km의 저궤도에 안착시킬 수 있는 강력한 성능을 자랑합니다. 이는 우리나라가 독자적인 우주 수송 능력을 갖추게 되었음을 의미하는 중요한 이정표입니다. 우주 발사체 개발에서 가장 큰 숙제 중 하나는 무게를 줄이면서도 강도를 유지하는 것입니다. 누리호의 총 중량 200톤 중 연료와 산화제가 차지하는 비중은 무려 90%에 달합니다. 따라서 추진제를 담는 탱크 자체의 무게를 최소화하는 것이 필수적입니다. 연구진은 특수 소재를 활용해 탱크 두께를 얇게 만들면서도, 내부의 엄청난 압력을 견딜 수 있도록 정밀한 특수 용접 공법을 도입했습니다. 또한 액체 추진제가 흔들려 기체가 불안정해지는 현상을 막기 위해 탱크 내부에 칸막이를 설치하는 등 세밀한 공학적 설계를 적용했습니다. 액체 엔진 개발의 최대 난관은 '연소 불안정성'을 극복하는 일이었습니다. 고온 고압의 추진제가 엔진으로 급격히 유입되어 연소되는 과정에서 발생하는 진동은 자칫 엔진 폭발로 이어질 수 있습니다. 이는 현대 과학 기술로도 완벽한 해답을 찾기 어려운 복잡한 물리 현상입니다. 우리 연구원들은 10여 차례의 설계 변경과 20회 이상의 가혹한 시험을 거치며 끈질기게 매달렸습니다. 결국 16개월이라는 짧은 시간 안에 이 문제를 해결하며 독자적인 액체 엔진 기술을 확보하는 쾌거를 이루어냈습니다. 누리호 1단에는 75톤급 액체 엔진 4개를 하나로 묶는 '클러스터링' 기술이 적용되었습니다. 거대한 단일 엔진을 새로 개발하는 대신, 검증된 성능의 엔진 여러 개를 조합하는 방식은 경제성과 안전성 측면에서 매우 효율적입니다. 이러한 방식은 미국의 스페이스X나 러시아 등 우주 선진국들도 즐겨 사용하는 기술로, 향후 발사체 재사용 기술로도 확장될 수 있는 유용한 기반이 됩니다. 누리호는 이번 클러스터링을 통해 300톤에 달하는 강력한 추력을 성공적으로 증명하며 국산 발사체의 기술력을 세계에 알렸습니다. 비록 첫 발사에서 위성 모사체를 궤도에 완벽히 안착시키지는 못했지만, 누리호가 보여준 성과는 대한민국 우주 산업의 밝은 미래를 예고합니다. 우주는 이제 단순한 탐사의 대상이 아니라 영화 촬영이나 비즈니스가 이루어지는 새로운 기회의 공간으로 변모하고 있습니다. 또한 웨어러블 로봇 기술이나 폐마스크 재활용과 같은 환경 문제 해결 등 우리 주변의 다양한 과학적 도전들도 계속되고 있습니다. 누리호의 성공적인 2차 발사를 기원하며, 끊임없는 호기심과 탐구 정신이 우리를 더 넓은 우주와 미래로 인도할 것입니다.