누리호 2차 발사, 내년 5월→하반기로 연기...차세대 소형위성도 차질 빚나

1차 발사, 예상치 못한 내부 헬륨탱크 분리로 발사 실패...스페이스엑스와 동일

해외 실패 사례에 대한 고려 미흡, 발사체 재설계→2차 발사 연기로 이어져

한국형 발사체 누리호 1차 발사 [사진=사진공동취재단]

내년 5월로 예정되어 있던 한국형 발사체 '누리호' 2차 발사의 연기가 불가피해졌다. 1차 발사 실패에서 발견된 문제로 인해 3단 로켓(발사체)을 재설계해야 하기 때문이다. 빨라도 내년 하반기는 되어야 2차 발사를 시도할 수 있을 전망이다.

29일 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 '누리호 발사조사위원회'를 구성해 지난 10월 21일 진행한 누리호 1차 발사가 실패로 돌아간 원인을 찾고 그 결과를 발표했다.

이에 따르면 누리호는 데이터 부족에 따른 설계 오류로 인해 3단 엔진이 조기에 종료되어 모의 위성을 궤도에 올리지 못한 것으로 조사됐다.

3단 로켓에는 로켓 추진제(연료)와 산화제가 충전되어 있는데, 이를 엔진에 원활하게 공급하려면 보관 탱크에 적절한 압력이 가해져야 한다. 항우연은 궤도가 높아짐에 따라 떨어지는 외부 압력을 보완하기 위해 3단 로켓에 압력용 헬륨을 담은 헬륨탱크를 추가했다.

문제는 1차 발사 후 36초가 지난 시점에서 헬륨탱크를 움직이지 않게 하는 고정장치가 발사체의 속도에 비례해서 증가하는 부력을 견디지 못하고 풀린 것이다.

이후 자리에서 이탈한 헬륨탱크가 3단 로켓 내부에서 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설됐고, 산화제 탱크에 균열을 일으켜 산화제가 흘러나오기 시작했다. 

이로 인해 3단 엔진에 공급되는 산화제 양이 줄어들면서 3단 엔진이 목표로 한 궤도에 도착하기 전에 먼저 멈추는 현상이 일어났고, 결국 위성을 궤도에 올리는 데 실패했다.

이번 1차 발사 실패로 인해 항우연은 당분간 로켓을 설계하면서 외부 실패 사례에 대한 고려가 부족했다는 비판을 피할 수 없을 전망이다. 헬륨탱크 고정장치는 로켓 발사 실패의 주요한 원인으로 꼽히는 부분이기 때문이다.

일례로 미국 민간우주기업 스페이스X는 지난 2015년 6월 외부에서 공수한 지지대가 헬륨탱크를 고정하지 못하고 추진제 탱크를 건드려 팰컨9 2단 로켓이 발사 도중 공중에서 폭발하는 사고를 일으켰다.

유명한 발사 실패 사례인 만큼 항우연이 헬륨탱크 고정장치를 설계하면서 더 심혈을 기울여야 했다는 지적이다. 외부에서 고정장치를 공수한 스페이스X와 달리 누리호는 항우연과 두원중공업이 관련 부분을 직접 설계했다는 점에서 책임론은 더 커질 수밖에 없다.

최환석 항우연 부원장은 "직접 발사하며 발사 도중 일어날 문제에 대한 데이터를 수집한 외국 기업과 달리 누리호는 지상에서 시험하다 보니 실제 비행 상황에 대한 고려가 부족했다"고 말했다.
 

최환석 한국항공우주연구원 부원장 [사진=연합뉴스]

이에 과기정통부와 항우연은 3단 로켓을 재설계하고 발사 성공 가능성을 검증한 후 발사 일정을 다시 세울 예정이다. 재설계 일정이 지체될 경우 내년 10월까지로 예정되어 있던 누리호 발사 테스트 기간을 넘어설 가능성도 제기된다.

2차 발사가 연기됨에 따라 내년 연말로 계획되어 있단 누리호 3차 발사 시기도 2023년 이후로 늦춰질 전망이다. 특히 3차 발사는 모의 위성을 탑재한 1·2차 발사와 달리 100㎏급 차세대 소형위성 2호를 실제로 탑재할 계획이라 차세대 소형위성 개발도 함께 차질을 빚게 됐다.

최 부원장은 "설계 시 비행 가속 상황에서의 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못하여, 국민들의 성원에 부응하지 못한 점을 안타깝고 송구스럽게 생각한다. 향후 철저한 보완을 통해 2차 발사를 준비해 나가겠다"고 말했다.

권현준 과기정통부 거대공공정책관은 "앞으로 사업추진위원회 및 국가우주실무위원회를 통해 기술적 조치에 따른 향후 누리호 발사 추진일정을 확정해 나갈 예정"이라고 말했다.
 

3단 산화제탱크 내 고압헬륨탱크 및 배관 배치도 [사진=한국항공우주연구원]