【서울=뉴시스】나로호(KSLV-I) 외형 및 내부도
(그래픽=윤정아 기자) [email protected]
【고흥=뉴시스】송창헌 기자 = 우리나라 첫 우주발사체 나로호(KSLV-1)는 2단(段)형 로켓이다. 이유는 뭘까.
24일 한국항공우주원에 따르면 현재까지 성공적으로 임무를 수행한 우주발사체는 모두 독립적인 추진기관을 갖는 2개 이상의 단(stage)으로 구성된 다단형 발사체라는 공통점이 있다.
발사체의 임무는 기본적으로 탑재물을 목표 위치에서 목표속도로 분리해 줌으로써 탑재물이 계획된 우주 임무를 무사히 실행할 수 있도록 그에 필요한 운동에너지와 위치에너지를 제공하는 것이다.
나로호와 같은 지구 저궤도 발사체의 경우 액체엔진을 사용하면 3단형이 이륙중량 대비 궤도 투입성능이 가장 효율적이며 고체 모터만을 사용하는 경우 액체 엔진에 비해 상대적으로 비추력 성능은 낮고 구조비는 높아 대부분 4단형을 사용하는 것이 일반적이다.
그런데 지구저궤도에서 지구정지전이궤도 또는 행성탐사를 위해 지구 탈출 궤도에 진입하기 위해서는 추가적으로 초속 2.5∼3.2㎞의 속도 증분이 필요한데 이러한 크기는 추가의 단이 필요한 값이다.
따라서 액체엔진을 사용하더라도 프로톤(PROTON)과 '소유즈'(SOYUZ)와 같이 4단형으로 구성하고, 고체 모터를 사용하는 경우 미노타우르(Minotaur) V 발사체처럼 5단형 발사체로 구성된다.
나로호는 100㎏급의 소형위성을 근지점 고도 300㎞, 원지점 고도 1500㎞의 궤도에 투입할 수 있는 성능을 갖도록 요구됐다.
단수가 증가하면 개발해야 되는 엔진과 구조체, 분리장치의 개수가 증가하며 이에 따라 개발 기간과 예산이 늘게 된다.
또 분리된 단은 안전한 영역에 낙하해야 하기 때문에 각 단의 설계 때 이러한 추가 요구 조건을 고려해야 한다.
따라서 단수를 결정하기 위해서는 발사체 개발에 적용하는 기술 수준, 신뢰도, 안전성 등을 종합적으로 검토해 결정하게 되는데 나로호 개발 과정에서는 러시아와의 국제협력이 이뤄짐에 따라 2단이 최적의 조건으로 결정됐다.
항우연 관계자는 "나로호에서는 국내에서 개발한 킥모터를 사용한 2단이 초속 3.3㎞, 1단이 6.8 ㎞의 속도 증분을 갖도록 설계함으로써 2단형 발사체로 임무수행이 가능하다"며 "이러한 고성능을 갖기 위해 1단에서는 추력조절이 가능한 높은 비추력 엔진과 경량 구조 기술을 사용하게 된다"고 밝혔다.
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24일 한국항공우주원에 따르면 현재까지 성공적으로 임무를 수행한 우주발사체는 모두 독립적인 추진기관을 갖는 2개 이상의 단(stage)으로 구성된 다단형 발사체라는 공통점이 있다.
발사체의 임무는 기본적으로 탑재물을 목표 위치에서 목표속도로 분리해 줌으로써 탑재물이 계획된 우주 임무를 무사히 실행할 수 있도록 그에 필요한 운동에너지와 위치에너지를 제공하는 것이다.
나로호와 같은 지구 저궤도 발사체의 경우 액체엔진을 사용하면 3단형이 이륙중량 대비 궤도 투입성능이 가장 효율적이며 고체 모터만을 사용하는 경우 액체 엔진에 비해 상대적으로 비추력 성능은 낮고 구조비는 높아 대부분 4단형을 사용하는 것이 일반적이다.
그런데 지구저궤도에서 지구정지전이궤도 또는 행성탐사를 위해 지구 탈출 궤도에 진입하기 위해서는 추가적으로 초속 2.5∼3.2㎞의 속도 증분이 필요한데 이러한 크기는 추가의 단이 필요한 값이다.
따라서 액체엔진을 사용하더라도 프로톤(PROTON)과 '소유즈'(SOYUZ)와 같이 4단형으로 구성하고, 고체 모터를 사용하는 경우 미노타우르(Minotaur) V 발사체처럼 5단형 발사체로 구성된다.
나로호는 100㎏급의 소형위성을 근지점 고도 300㎞, 원지점 고도 1500㎞의 궤도에 투입할 수 있는 성능을 갖도록 요구됐다.
단수가 증가하면 개발해야 되는 엔진과 구조체, 분리장치의 개수가 증가하며 이에 따라 개발 기간과 예산이 늘게 된다.
또 분리된 단은 안전한 영역에 낙하해야 하기 때문에 각 단의 설계 때 이러한 추가 요구 조건을 고려해야 한다.
따라서 단수를 결정하기 위해서는 발사체 개발에 적용하는 기술 수준, 신뢰도, 안전성 등을 종합적으로 검토해 결정하게 되는데 나로호 개발 과정에서는 러시아와의 국제협력이 이뤄짐에 따라 2단이 최적의 조건으로 결정됐다.
항우연 관계자는 "나로호에서는 국내에서 개발한 킥모터를 사용한 2단이 초속 3.3㎞, 1단이 6.8 ㎞의 속도 증분을 갖도록 설계함으로써 2단형 발사체로 임무수행이 가능하다"며 "이러한 고성능을 갖기 위해 1단에서는 추력조절이 가능한 높은 비추력 엔진과 경량 구조 기술을 사용하게 된다"고 밝혔다.
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