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한국형 우주발사체 KSLV-1 개발비화

첨단 우주산업에도 ‘아홉수’ 낄까 전전긍긍

  • 이정훈 동아일보 출판국 전문기자 hoon@donga.com

한국형 우주발사체 KSLV-1 개발비화

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한국형 우주발사체 KSLV-1 개발비화

발사통제동 옥상에서 바라본 발사대와 조립동(아래 건물). 발사대는 발사통제동에서 직선으로 1.8km 떨어져 있다.

하늘 문이 열리는 시각

우주센터 안에서도 KSLV-1의 발사 광경을 가장 잘 볼 수 있는 자리를 차지한 TV 중계팀은 대낮보다 밝은 불빛을 받고 우뚝 서 있는 KSLV-1을 화면 가득 비추면서 치열했던 한국의 우주개발 이야기를 쏟아낸다. 그러나 방송사 중계팀이 포진한 곳은 KSLV-1 근처가 아니다. KSLV-1이 세워진 발사대로부터 1.8㎞나 떨어진 발사통제동의 옥상이다.

연말을 앞두고 뭔가 큰 이벤트가 벌어졌으면 하는 시기에, 더구나 해가 져서 폭죽이라도 터질 것 같은 기대감이 넘치는 시각에 한국항공우주연구원이 한국의 첫 번째 우주발사체 KSLV-1을 발사하는 것은 국민적 기대에 부응하기 위해서가 아니다. KSLV-1을 발사하기 위해 준비해온 작업이 이때 마무리됐기 때문이다. 일몰 무렵을 발사 시간으로 삼은 것은 과학적인 근거가 있다.

KSLV-1은 한반도 남쪽을 향해 수직으로 날아간다. 발사 후 540초가 지나면 KSLV-1은 호주 부근에서 2단까지 떨어뜨리고 고도 306km까지 올라간다. 이곳은 공기가 없으니 마찰도 거의 없다. 그리고 위성을 보호하기 위해 탑재부에 설치한 페어링(fairing)을 떼어내 위성을 분사시킨다. 1단과 2단 로켓이 실어준 힘 덕분에 위성은 점점 더 고도를 높이다 발사 40여 분이 지나면 남극을 넘어 지구 반대편에서 돌아야 할 궤도에 진입한다.

한국형 우주발사체 KSLV-1 개발비화
그리고 태양전지판을 펼치는데, 이때 해가 떠 있지 않으면 태양전지판은 에너지를 발생시키지 못한다. 한반도에서 발사한 위성이 지구 반대편으로 넘어가 가장 오랫동안 태양전지판을 가동하려면, 12월 말에는 일몰 즈음에 우주발사체를 쏘아야 한다. 이러한 판단에서 역산한 발사시각이 오후 4시에서 7시 사이다. 그래서 이 시간을 ‘하늘 문이 열리는 시각’, 영어로는 ‘론칭 윈도(launching window)’라고 한다.



저녁 7시를 넘겨 KSLV-1을 발사해도 위성은 햇빛이 쏟아지는 한반도 반대편에 들어갈 수 있다. 그러나 이때 위성이 펼치는 태양전지판은 태양을 정면으로 바라보는 게 아니라 등진 형태가 되므로 에너지를 많이 발생시키지 못한다. 물론 위성에는 배터리가 장착돼 있어 태양전지판이 가동하지 않아도 위성을 가동시킬 수 있다. 하지만 배터리의 조기 작동은 위성 수명을 감소시킨다.

그래서 2008년 12월 말의 KSLV-1 발사는 하늘 문이 열리는 일몰 직후에 이뤄지는 것이다. 덕분에 방송사 중계팀과 국민은 밤하늘을 배경으로 한 화려한 우주쇼를 구경할 수 있게 되었다. 더구나 이날은 바람 한 점 없어 불꽃이 더욱 잘 보일 수밖에 없다.

ICBM 만들던 흐루니체프 사

방송사 중계팀이 옥상을 차지한 발사통제동에는 나로우주센터의 두뇌에 해당하는 ‘발사관제소(LCC)’와 ‘발사지휘소(MDC)’가 있다. 우주발사체 발사에서 가장 중요한 과제는 최초 추력을 내는 1단 로켓엔진을 점화시켜 제대로 날아가게 하는 것이다. KSLV-1의 1단은 러시아 흐루니체프(Khrunichev) 사가 제작한 ‘앙가라(Angara)’ 로켓이다.

우주발사체와 로켓의 차이점

로켓은 과거 이름, 지금은 우주발사체


KSLV는 ‘한국형 우주발사체’란 뜻을 가진 영문 ‘Korea Space Launch Vehicle’의 머리글자를 딴 것이다. 옛날에는 우주로 가는 기동체를 로켓으로 불렀다. 그러나 지금은 우주발사체 또는 줄여서 발사체라고 한다. 로켓은 발사체를 구성하는 한 부분이 된 것이다.
로켓은 로켓엔진을 줄인 말이다. 자동차 엔진이나 항공기에 쓰이는 제트엔진은 대기 중에서 가동하기에 산소를 싣고 다니지 않는다. 연료만 싣고 다닌다. 자동차나 항공기용 엔진과 구분되는 것이 로켓엔진이다.
로켓은 가솔린이나 케로신(등유) 같은 연료는 물론이고 산소도 싣고 다니는 엔진이다. 따라서 산소가 없는 우주공간을 날아가는 데 적합하다. 로켓엔진에는 액체산소가 실리는데, 순도 100%의 액체산소는 폭발력이 대단하다. 따라서 매우 빠른 속도를 내야 하는 물체는 지상에서 운영하는 것이라도 로켓엔진을 쓸 수 있다.
자동차와 항공기의 엔진은 연료가 떨어지면 다시 채워서 사용한다. 그러나 우주왕복선을 제외한 발사체에 들어가는 로켓엔진은 1회용이다. 한 번 사용하면 버린다. 이유는 속도를 내는 데 부담을 주기 때문이다.
그런데 발사체의 연료통이 하나라면 이 발사체는 목적지에 도달할 때까지 연료통을 달고 다녀야 한다. 이러한 부담을 줄이기 위해 발사체는 보통 2개 이상의 연료통을 달고, 각각의 연료통에 로켓엔진을 탑재한다.
발사체에서 가장 먼저 소진돼 떨어지는 연료통과 로켓엔진 덩어리를 1단이라고 한다. 다음이 2단, 3단이다. KSLV-1은 2단으로 돼 있다. 1단이 분리되면 KSLV-1의 무게는 11분의 1로 줄어들고, 2단이 분리될 때쯤이면 11분의 1 정도로 작아진다. 1단이 분리될 때 KSLV-1는 우주(대기권 밖)에 나와 있다.
우주에서는 지구 중력이 약하니 작은 에너지로도 빨리 움직일 수 있다. 2단이 떨어지면 탑재부의 덮개가 갈라지며 안에 있던 위성이 나오는데 위성에도 작은 로켓엔진인 추력기가 달려 있다. 위성은 이 1단과 2단 로켓이 밀어준 타력으로 궤도를 도는데 이때 자세에 문제가 있으면 추력기를 점화해 바로잡는다. 위성은 4~5년 이상 지구를 돌며 임무를 수행한다.과거에는 로켓이 곧 발사체였으나 지금은 발사체를 구성하는 엔진과 연료통을 가리키는 부분이 로켓이 됐다.


우주발사체는 ICBM으로 불리는 대륙간탄도미사일과 불가분의 관계에 있다. 흐루니체프 사가 우주발사체 개발에 참여하게 된 것은 미국과 러시아가 맺은 전략무기 감축협정 START-2와 아주 밀접한 관계가 있다. 제2차 세계대전 때 흐루니체프 사는 ‘23호 공장(OKB-23)’으로 불리며 폭격기를 생산했다. 1951년 소련은 23호 공장에 대형 폭격기를 개발하는 설계1국’을 만들었다.

한국형 우주발사체 KSLV-1 개발비화

KSLV-1 발사와 관제를 하는 발사통제동의 발사관제소. 이곳에서는 러시아 흐루니체프 사 기술진이 주도권을 잡고 포진해 KSLV-1 발사를 최종 결정한다. 이들 옆에는 동수의 항우연 연구진이 앉는다.

23호 공장의 설계1국은 1960년대 들어와 ICBM과 순항미사일(일명 크루즈미사일) 개발에도 참여했다. 이 시기 23호 공장이 생산한 대표적인 ICBM이 UR-100과 UR-100N, UR-200, UR-500이다. 이 가운데 가장 유명한 것이 초대형 ICBM인 UR-500이다. 미국과 소련이 핵무기 개발에 박차를 가하자 핵전쟁이 일어나면 전 인류가 공멸한다는 의기의식이 생겨났다.

이러한 여론에 직면한 미·소는 1970년대 두 나라가 생산하는 ICBM을 제한하자는 전략무기제한협정(SALT)을 맺었다. 이로써 두 나라가 보유할 수 있는 ICBM에 한계가 지어졌는데, 이러한 제한은 23호 공장의 풀가동을 막는 브레이크 기능을 했다. 그러나 이때의 브레이크는 그 후 요동치는 역사가 건 제동에 비하면 아무것도 아니었다.

SALT 협정을 통해 상대도 핵전쟁을 두려워한다는 것을 파악한 미·소 양국은 1982년부터 핵무기를 줄이는 새로운 협상에 들어가 1991년 START-1으로 약칭된 전략무기감축협정을 맺었다. SALT는 ICBM과 SLBM(잠수함발사탄도미사일)의 생산을 제한하자는 것이었으나 START는 이미 실전 배치된 핵무기를 폐기해 일정 숫자 이하로 줄이자는 것이었다.

그런데 이 합의 직후 소련이 붕괴했다. 88 서울올림픽이 있은 후 헝가리를 필두로 민주화 바람이 불면서 동유럽의 공산 정권이 줄줄이 무너지더니 START-1 협정 서명이 있은 직후인 1991년 말 소련도 무너졌다. 그리고 구소련 영토에서 러시아와 발트3국, CIS의 12개 나라가 독립하는 초유의 사태가 벌어졌다. 이렇게 역사가 요동치자 전략물자를 생산하던 구소련의 공장이 일제히 멈춰 섰다. 23호 공장도 마찬가지였다.

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