페어링 – 1,2단 로켓분리 관련 이번엔 우주소식 꼭 전하렴

9일 다시 한 번 우주의 문을 두드릴 우주발사체 나로호(KSLV-I)의 성공 가능성은 얼마나 될까. 지난해 8월 1차 발사에서는 페어링(위성 보호 덮개) 분리를 제외하고 나머지 과정은 성공적이었다는 게 한국항공우주연구원(항우연)의 평가다. 이번 2차 발사에서는 100점짜리 성공을 거둘 수 있을까. 성공과 실패를 가르는 주요 요소를 살펴봤다.

1 12단 엔진 정상 작동이 가장 중요

19572003년에 세계적으로 로켓 발사가 실패한 횟수는 198건. 이 중 엔진 이상이 131건(66.2%)으로 가장 많다. 나로호가 성공하기 위해서도 1단과 2단 엔진의 정상적인 작동이 가장 중요하다. 나로호는 러시아에서 들여온 1단 액체엔진과 국내에서 개발한 2단 고체엔진으로 이뤄졌다.

1단 엔진은 작년 발사에서 한 차례 성능을 인정받았다. 윤웅섭 연세대 기계공학과 교수는 나로호 1단 엔진은 러시아가 1991년부터 야심 차게 개발 중인 차세대 로켓 앙가라에 사용하는 것과 같은 종류라면서 소유스를 대체할 만큼 성능이 뛰어나고 안정적이라고 말했다. 엔진 폭발 가능성도 낮은 편이지만 무시할 수는 없는 변수다.

국내 기술로 만든 2단 로켓도 대체적으로 우수하다는 게 전문가들의 평가다. 우리나라는 1970년대부터 고체연료를 사용하는 로켓을 개발했다. 1993년과 1997년에 각각 발사한 KSR-I과 KSR-II의 추력이 이미 10여 t에 달하는 만큼 추력이 7t에 그치는 2단 로켓의 안정성은 크게 문제가 없다는 것이다.

2 1차 발목 잡은 페어링 분리

이번 2차 발사에서는 페어링의 정상 분리가 가장 큰 관심사다. 작년 1차 발사 당시 한쪽 페어링은 이륙 후 3분 36초(216초)에 정상적으로 분리됐지만 나머지 한쪽은 4분 24초(264초)가 더 지난 후에야 떨어져 나갔다. 330kg에 이르는 페어링 한쪽을 달고 날던 2단 로켓은 이리저리 흔들렸고 결국 목표궤도인 고도 306km를 크게 벗어나 실패했다.

페어링과 1단 로켓의 분리는 전기 신호로 이뤄진다. 폭발물이 들어 있는 특수 볼트가 터지면서 용수철이 튕겨나가듯 페어링을 떼어내는 식이다. 이때 전기 신호가 약하면 특수 볼트가 터지지 않아 페어링 분리가 제대로 이뤄지지 않는다.

3 1단과 2단, 50만분의 1초에 분리

1단과 2단의 분리도 나로호 발사의 성패를 가르는 열쇠다. 1단 엔진이 정지하고 3초 뒤에 1단과 2단 로켓을 연결하고 있던 폭발 볼트 4개가 터지면서 1단과 2단 로켓이 분리된다. 이때 50만분의 1초 안에 분리가 이뤄져야 2단 로켓이 궤도에서 벗어나지 않는다. 노태성 인하대 기계항공공학부 교수는 나로호의 1단과 2단이 분리될 때 로켓은 음속보다 빠른 속도로 비행하고 있다면서 불안정한 환경인 만큼 위험 부담이 크다고 말했다. 2단과 과학기술위성의 분리는 이미 궤도에 오른 상태에서 진행되기 때문에 상대적으로 안정적이다.

4 무시 못 할 복병, 소프트웨어 오류

나로호의 비행 및 유도제어장치, 내부측정장치 등 시스템의 정상 작동 여부도 중요하다. 시스템 결함은 발사체의 이상비행으로 이어진다. 유럽의 우주발사체 아리안 5호는 1996년 내부 프로그램 이상으로 지구 상공 4km 지점에서 궤도를 이탈했다. 윤웅섭 교수는 자체 개발한 발사 통제 프로그램은 1차 발사에서도 성능을 인정받았다면서 모의환경과 실제 비행환경이 크게 다르지 않은 만큼 이번에도 문제없을 것이라고 말했다.

5 날씨도 도와줘야

발사 당일 번개에 맞아 나로호가 공중 폭발할 여지는 거의 없다. 기상청은 9일 대기가 안정돼 소나기와 낙뢰 발생 확률이 낮은 것으로 내다봤다. 공창덕 조선대 항공우주공학과 교수(한국항공우주학회장)는 나로호 2차 발사일은 날씨가 좋아 기상 환경으로 인한 위험은 덜할 것이라며 이미 절반의 성공을 거뒀고 미흡했던 부분을 보완했기 때문에 이번 발사는 성공할 것이라고 기대했다.

이현경 변태섭 uneasy75@donga.com xrockism@donga.com