10층 높이 연소기 “연료 초당 243kg씩 145초간 태워라”

나로우주센터, 2020년 쏘아올릴 한국형 발사체 개발 한창

전남 고흥군 봉래면 나로우주센터에는 한국형발사체에 들어갈 연소기를 시험할 수 있는 10층 규모의 설비가 새롭게 들어섰다. 한영민 한국항공우주연구원 추진시험평가팀장은 “지금까지 이곳에서 75t급 연소기 연소시험을 3차례 진행했다”고 설명했다. 고흥=전승민 동아사이언스 기자

“연소기 시험설비 설계도만 3000장을 그렸습니다. 이렇게 완성한 설비에서 한국형발사체의 꿈이 영글어 가고 있습니다.”

8일 차가운 바닷바람을 뚫고 도착한 전남 고흥군 봉래면 나로우주센터. 지난해 1월 나로호를 우주에 쏘아올린 이곳은 2020년 발사될 한국형발사체(KSLV-Ⅱ)를 위한 업그레이드 작업이 한창이었다.

○ 1초에 243kg씩 145초 동안 태운다

우주센터 한가운데에 다다르자 아파트 10층 높이(32m)의 거대한 연소기 연소시험 설비가 세워져 있었다. 한국형발사체의 연료인 케로신(등유)과 산화제인 액체산소를 넣고 한 번에 연소시키는 시험을 하는 곳이다. 여기서는 한국형발사체 1, 2단에 들어갈 75t급 엔진의 연소기와 3단에 쓰이는 7t급 엔진의 연소기를 모두 시험할 수 있다.

1초에 태우는 양만 243kg. 실제 엔진에서는 최대 145초 동안 태워야 하는 만큼 연소시간을 조금씩 늘리며 시험하고 있다. 한영민 한국항공우주연구원 추진시험평가팀장은 “지금까지 75t급 연소기 연소시험을 3번 진행했다”며 “최대 5초 동안 연소시키는 데 성공했다”고 말했다.

연소시험 때는 3000도에 이르는 고온의 화염이 뿜어 나온다. 열기를 식히기 위해 초당 1800L의 물을 뿌려주는데, 이때 배출되는 수증기를 내보내기 위한 굴뚝의 크기도 어마어마하다. 혹시 모를 폭발에 대비하기 위해 모든 설비는 두께 1m의 콘크리트 벽에 둘러싸여 있다.

○ 시험설비 10종 중 6종 완공, 나머지도 착공

언덕을 넘어가자 터보펌프 시험설비도 모습을 드러냈다. 터보펌프는 엔진에 연료와 산화제를 고압으로 뿜어내는 장치로 이곳에서 7t급, 75t급 엔진에 들어갈 터보펌프를 모두 시험할 수 있다. 현재 75t급 터보펌프 1호기 개발을 마치고 지난주 최종시험까지 완료한 상태다.

이런 시험설비들은 나로호 발사와 별개로 2010년부터 꾸준히 조성되고 있었다. 한국형발사체에 필요한 부품을 개발하고 시험하려면 총 10종의 시험설비가 필요한데, 먼저 시급한 6종이 올해 완공됐다.

앞으로 세워질 시험설비는 4종으로, 75t급 엔진을 개발한 뒤 지상에서 연소하는 시험설비와 고공의 진공 환경에서 연소하는 시험설비, 7t급 엔진을 연소하는 시험설비 등 3종은 착공한 상태다. 완성된 1, 2, 3단을 시험하는 ‘추진기관 시스템 시험설비’도 내년 1월 착공할 예정이다.

○ 발사대와 추적소도 준비 착착

시험설비와 함께 발사대 건설 계획도 차근차근 진행되고 있다. 한국형발사체는 높이 47.5m, 무게 200t으로 33.5m, 140t인 나로호보다 크고 무거워서 새로운 발사대가 필요하다. 당장 2017년 75t급 엔진 하나로 로켓을 시험발사할 때에는 기존 나로호 발사대 시스템을 일부 개조해 사용할 예정이지만 2020년 발사할 한국형발사체는 전용 발사대인 ‘한국형 발사대’에서 우주로 향한다. 이를 위한 예비 설계가 내년 2월 완료된다.

한국형발사체의 위치를 추적해 비행궤적 정보를 파악하기 위한 추적소도 추가로 구축한다. 현재 나로우주센터와 제주추적소에는 추적 레이더가 1기씩 있지만 관측 범위인 3000km를 넘어선 곳에 추적소가 더 필요하다.

나로호 때는 당시 해양경찰청의 도움을 받아 선박에 탑재된 장비를 이용했지만 도움을 받을 수 있는 기간과 장소에 제약이 있고 해상 날씨에 따라 어려움을 겪을 수 있다는 한계가 있었다. 이에 항우연은 필리핀 동남쪽에 위치한 팔라우에 고정형 다운레인지 추적소를 구축하기로 했다. 또 시험설비와 발사대 확충 등으로 전력 사용이 많아질 경우를 대비해 현재 3대 설치된 2.5MW급 발전기를 추가로 1기 더 지을 계획이다.

이효근 항우연 나로우주센터장은 “모든 시험설비가 완공되는 2016년이면 한국형발사체 개발이 완연히 본궤도에 올라서게 될 것”이라고 말했다.

고흥=이재웅 동아사이언스 기자 ilju2@donga.com