틴매일경제

지난 6월 1일, 완전히 조립된 형태의 누리호가 개발 11년 만에 처음으로 모습을 드러냈다. 총길이 47.2m의 거대한 로켓은 굽이굽이 이어진 오르막길을 걸음보다 살짝 느린 속도로, 그러나 힘차게 오르기 시작했다.

힘찬 발걸음의 끝자락에서 로켓을 반긴 것은 바로 올해 10월 누리호가 발사될 역사의 현장, 우주로 가는 뜀틀 제2발사대였다. 우선 눈에 띈 것은 세 개의 뽀족한 기둥과 초록색 타워였다.

Q. 세 개의 뽀족한 기둥 정체는?

A. 이 기둥들은 피뢰침과 같은 역할을 한다. 로켓을 벼락으로부터 보호해주는 일종의 수호신인 셈이다. 로켓 안에는 수많은 전자 장비가 있다. 비행 전 과정을 분석하고 제어하는 플라이트 컴퓨터, 자세 제어와 통신을 하는 장비, 이뿐만 아니라 꼭대기에 실려 있는 인공위성도 일종의 전자 장비다. 낙뢰는 이런 전자 장비를 고장 내거나 오작동하게 만들 수 있다. 우뚝 솟아 있는 로켓은 낙뢰가 내려치기 딱 좋은 먹잇감이다.

실제로 1969년 아폴로 12호는 벼락을 맞은 일이 있었다. 대통령 참관이 예정되어 있었기 때문에 먹구름이 낀 좋지 않은 날씨에도 발사가 강행된 탓이었다. 하나의 낙뢰 타워(낙뢰보호시스템)를 축으로 60도 원뿔모양을 그린다고 가정했을 때, 그 원뿔이 만든 보호반경 내에서는 95%의 확률로 낙뢰를 피할 수 있다. 추가로 2개를 더해 총 3개의 낙뢰타워를 보호반경이 겹치도록 세우면 그 확률은 99.9%로 올라간다. 게다가 바로 옆에 있는 봉래산도 자연 피뢰침 역할을 해주기 때문에 지형 조건상 번개가 떨어질 가능성은 더 희박해진다.

Q. 나로호 때는 없었던 초록색 타워 역할은?

A. 나로호가 발사되었던 제1발사대와 누리호가 발사될 제2발사대의 가장 큰 차이점은 엄빌리칼(umbilical) 타워라고 불리는 초록색 구조물의 유무다. 엄빌리칼(umbilical)은 '배꼽의, 탯줄로 이어진'이란 뜻의 영어 단어로 로켓은 엄빌리칼이라 불리는 탯줄을 통해 영양분(추진제, 전기)을 공급받는다. 또한 아기가 태어날 때 탯줄을 잘라야 하듯 로켓이 발사될 때 엄빌리칼도 잘 분리되어야 한다. 이런 과정들이 효율적으로 진행될 수 있도록 제작된 구조물이 엄빌리칼 타워다.

나로호는 총 2단 로켓으로 아래쪽 1단에는 액체 추진제, 그 위의 2단에는 고체 추진제가 사용됐다. 누리호(47.2m)는 나로호(33.5m)에 비해 높이가 더 높고 1단·2단·3단 모두에 액체 추진제를 사용한다. 더 높은 곳까지 액체 추진제를 주입·배출할 수 있어야 하기 때문에 엄빌리칼 타워와 같은 구조물을 설치해 활용하는 것이 유리하다.

Q. 고온의 화염, 어떻게 해결하나?

A. 누리호 화염의 온도는 섭씨 3000도가 넘는다. 고온을 견디는 것도 문제지만 배기가스가 잘 배출되지 않고 다시 엔진으로 반사되면 로켓에 악영향을 미친다. 때문에 화염이 나오는 곳 아래쪽에 배출구와 유도로를 마련하고, 물분사 노즐을 설치해 물을 뿜어대며 열기를 식혀준다. 나로호가 발사되었던 제1발사대의 경우 초당 0.9t의 물을 분사할 수 있었는데 새로 만들어진 제2발사대는 초당 최대 1.8t의 물을 뿌릴 수 있다.

분사된 물은 화염을 냉각하는 일도 하지만 소음을 줄이는 데도 효과가 있다. 발사 시 소음은 엄청난 진동을 만들어 내어서 꼭대기에 실린 인공위성을 손상시킬 수도 있다. 물분사로 발사대는 물론 인공위성까지 보호하는 셈이다.

Q. 외부로 보이는 것이 발사대의 전부인가?

A. 아니다. 발사대 지하에는 엄청난 규모의 시설들과 수많은 서브시스템이 숨겨져 있다. 나로호가 발사되었던 제1발사대의 경우 지하 3층, 47실 규모로 270개가 넘는 서브시스템으로 이루어졌는데 누리호가 발사될 제2발사대는 제1발사대에 비해 규모가 훨씬 더 커졌다. 연면적 6000㎡로 제1발사대(3300㎡)대비 2배에 가깝다. 발사대는 눈에 보이는 것보다 훨씬 복잡한 대형 복합 시스템인 셈이다. 발사대가 '발사대 시스템(Launch Complex)'라고 불리는 이유다.
Q. 발사까지 한참 남았는데 누리호가 발사대로 보내진 까닭은?

A. 10월 발사까지 아직 넉 달 넘게 남은 상황에서 누리호가 발사대로 향한 것은 왜 일까. 이번에 국내 독자 기술로 새로 만들어진 제2발사대를 테스트하기 위함이다. 발사대는 약 1개월간의 시험기간 동안 로켓의 이송·기립, 연료와 액체산소 충전·배출, 로켓 고정 장치 분리 및 엄빌리칼 분리 등 전체 발사 운용 절차가 정상적으로 이루어지는지 성능 검증 시험을 거치게 된다.

[한국항공우주연구원 과학교육파트]
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