[과학TALK] ‘나로호’ 이후 첫 로켓 현장을 가다...“해보지 않고 할 수 없는 길”
“위이이이잉~탕!”
입춘 한파가 주춤했던 8일 전남 고흥군 외나로도 나로우주센터 로켓 종합조립동(Assembly Complex). 들어서자마자 들려온 이 소리는 7~8명의 엔지니어가 올해 10월 발사 예정인 한국형로켓 시험로켓 실제 비행모델(FM) ‘엔진지지부(ESS, Engine Support Structure)’의 압력을 테스트하는 소리였다. 엔진지지부는 로켓을 똑바로 세웠을 때 가장 아래쪽에 자리하는 엔진과 로켓 본체를 연결하는 중요한 부품이다.
- ▲ 시험로켓 비행모델 엔진지지부를 테스트하고 있는 엔지니어들. / 김민수 기자
시험로켓 FM 옆에는 FM과 똑같이 설계된 시험로켓 인증모델(QM)이 길이 26m, 직경 2.6m의 위용을 뽐내고 있었다. 현재 조립이 100% 완료된 QM은 실제 발사되는 FM 발사 전 엔진 연소, 추력 등 추진 관련 지상 테스트 모델이다. 2013년 1월 30일 나로호 발사 성공 이후 5년 9개월만인 2018년 10월 말 발사 예정인 한국형 로켓 시험로켓 발사 준비는 이미 카운트다운에 들어갔다.
◇ 시험로켓 비행모델 첫 공개...축적된 노하우로 순조로운 준비
한국형 로켓 시험로켓은 설계와 제작, 시험, 조립, 발사운용 등 우주로켓 발사 전 과정을 자체 기술로 개발해 발사하는 첫 로켓이다. 2번의 실패 끝에 성공한 나로호 발사 과정을 경험하며 축적된 노하우가 고스란히 한국형 로켓에 담겼다.
이창배 한국항공우주연구원(이하 항우연) 체계종합팀 책임연구원은 “75톤급 엔진 1기가 들어가는 시험발사체 QM 지상시험이 3월부터 시작된다”며 “QM과 똑같이 설계되는 실제 시험로켓 FM 조립은 1월부터 시작됐으며 엔진과 연료 탱크, 산화제 탱크 등 주요 부품은 이미 완성돼 조립동에 입고됐다”고 말했다.
- ▲ 조립이 완성된 한국형 로켓 시험로켓 QM모델. / 김민수 기자
75톤급 엔진 1기로 발사되는 한국형 로켓 시험로켓은 고도 약 177km까지 비행을 목표로 설계됐다. 총 무게는 약 53톤으로 상단에는 약 8톤에 해당하는 쇳덩어리가 탑재된다. 이창배 연구원은 “실제로는 177km 이상 올라갈 수 있지만 177km만으로 시험로켓 성능은 충분히 확인되기 때문에 무거운 물질을 탑재해 비행 고도를 줄이는 것”이라고 설명했다.
한국형 로켓은 1.5톤급의 실용위성을 지구저궤도(600~800km)에 올려놓는 게 목표다. 시험로켓에 사용되는 75톤급 엔진 4개를 묶은 300톤급 엔진을 1단 엔진으로 사용한다. 2단은 75톤급 엔진 1기로, 3단은 7톤급 엔진 1기로 구성된 총 3단 로켓이다. 2021년 2월과 10월 2회 발사될 예정이다.
- ▲ 이미 완성돼 나로우주센터 종합조립동에 입고된 한국형 로켓 시험로켓 FM 부분품. 이 부분품들이 조립되면 실제로 발사되는 시험로켓이 완성된다. / 김민수 기자
이창배 연구원은 “한국형 로켓은 엔진과 연소시험, 설계, 조립, 비행시험, 발사운용 등을 순수한 자체 기술로 개발하는 첫 우주로켓이라는 점에서 의미가 크다”고 말했다.
◇ 미로 같은 QM 시험설비·발사대 지하...“보이는 게 전부가 아니다”
3월부터 시작되는 시험로켓 QM 최종 시험은 종합 조립시설에서 100여미터 떨어진 ‘한국형 로켓 추진기관 시스템 시험설비’에서 진행된다. 1스탠드와 2스탠드로 구성된 시험설비는 실제 발사와 동일한 조건을 갖췄다. 높이 43m에 달하는 1스탠드는 300톤급의 한국형 로켓 1단엔진 QM을 시험할 수 있도록 했다. 1스탠드보다 작은 규모인 2스탠드는 시험로켓 QM과 한국형 로켓 2·3단 엔진 시험이 가능하다.
- ▲ 멀리서 바라본 한국형 로켓 추진기관 시스템 시험설비. 왼쪽이 1스탠드, 오른쪽이 2스탠드다. / 김민수 기자
시험로켓은 이곳에서 QM 시험이 문제없이 끝나면 QM과 동일한 FM으로 실제 시험발사에 나서게 된다. 조립동에서 QM 이송과 추진제·연료 충전, 엔진 연소, 추력 테스트 등 실제 발사에 준하는 절차를 거쳐 최종 성능 검증이 이뤄진다.
조기주 항우연 로켓추진기관 체계팀장은 “3월부터 시험로켓 QM 모델을 이곳으로 이송해 엔진 운용이 정상적으로 가능한지, 로켓 추력이 적합하게 나오는지 확인하는 테스트를 하게 된다”고 말했다.
조 팀장을 따라 시험설비 건물 지하로 내려갔다. 지하에는 한국형 로켓 엔진 연료인 케로신(JetA-1, 등유의 일종)과 산화제(액체산소) 저장 시설, 질소·헬륨·고압 공기 등 발사에 필요한 물질들이 주입되는 배관이 미로처럼 얽혀 있다.
- ▲ 한국형 로켓 추진기관 시스템 시험설비 지하 내부 모습. 복잡한 배관이 복층으로 얽혀 있다. / 김민수 기자.
발사 카운트다운이 시작되면 약 11톤의 케로신과 23톤의 액체산소가 약 1대2의 혼합비율로 로켓에 있는 각 탱크에 채워진다. 문제는 연료와 산화가 주입되는 동안 온도가 높아지면 연료 부피와 밀도에 영향을 준다는 점이다. 이 문제를 해결하기 위해 지하 배관을 이중진공단열 구조로 만들고 영하 196도의 액체질소를 연료탱크 주변에 공급한다. 발사 일정이 정해지면 이 모든 과정이 매뉴얼에 따라 진행된다.
조기주 팀장은 “케로신, 액체산소, 액체질소 외에도 QM 시험설비 지하에는 헬륨과 질소, 고압공기 배관들도 상상 이상으로 복잡하게 구성돼 있다”며 “헬륨은 각종 배관의 밸브를 제어하는 역할을, 질소는 배관에 혹시 있을지 모르는 수증기를 제거하는 역할을 한다”고 설명했다.
시험설비 건물 지하에서 본 설비 시설은 발사대 지하에도 거의 유사한 형태로 구성됐다. 시험로켓 발사는 나로호 발사대의 80%를 재활용한다. 2021년 발사 예정인 한국형 로켓 발사대는 현재 나로호 발사대 바로 옆에서 공사가 한창이다. 전체 공정률은 약 30% 내외로 토목 공정률은 50%에 달한다.
- ▲ 나로우주센터 발사대. 바다와 가까운 쪽이 나로호 발사대로 올해 10월 예정된 한국형 로켓 시험발사가 이뤄지는 곳이다. 안쪽에 골재가 쌓여있는 곳이 한국형 로켓 본 발사가 이뤄지는 발사대 공사 현장이다. / 김민수 기자
강선일 항우연 나로우주센터 발사대 팀장은 “한국형 로켓 발사대는 45m 높이의 타워를 구축, 활용할 것”이라며 “2단, 3단 엔진이나 상단 탑재체 등에 접근해 배관 연결 상태 등을 점검하는 용도로 타워가 활용된다”고 밝혔다.
고정환 항우연 한국형 로켓 개발사업 본부장은 “모든 과정을 해보지 않고서는 절대 알기 어려운 작업들을 경험을 통해 축적하고 시행착오를 거치며 완성해 나가고 있다”며 “올해 예정된 시험발사가 성공할 수 있도록 차질 없이 준비할 것”이라고 말했다.
원문보기:
http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2018/02/10/2018021000942.html#csidx301ddfff52bb884aca65ddb7c219268 
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[科学TALK] ‘ナロホ’ 以後初ロケット現場に行く...“して見ないでできない道”
“ウィイイイイング‾湯!”
立春寒波がたじろいだ 8日全南コフン郡ウェナロ島ナロウズセントロケット総合組み立て洞(Assembly Complex). 立ち入るやいなや聞こえたこの音は 7‾8人のエンジニアが今年 10月打ち上げ予定である韓国型ロケット試験ロケット実際飛行モデル(FM) ‘エンジン支承部(ESS, Engine Support Structure)’の圧力をテストする音だった. エンジン支承部はロケットをきちんと立てた時一番下側に位置するエンジンとロケット本体を連結する重要な部品だ.
- ▲ 試験ロケット飛行モデルエンジン支承部をテストしているエンジニアたち. / 金敏洙記者
試験ロケット FM 横には FMとまったく同じく設計された試験ロケット認証モデル(QM)が長さ 26m, 直径 2.6mの威容を威張っていた. 現在組み立てが 100% 完了した QMは実際打ち上げされる FM 打ち上げの前エンジン燃焼, 推進力など推進関連地上テストモデルだ. 2013年 1月 30日ナロホ打ち上げ成功以後 5年 9ヶ月ぶりの 2018年 10月末打ち上げ予定である韓国型ロケット試験ロケット打ち上げ準備はもうカウントダウンに入って行った.
◇ 試験ロケット飛行モデル初公開...蓄積されたノーハウで順調な準備
韓国型ロケット試験ロケットは設計と製作, 試験, 組み立て, 打ち上げ運用など宇宙ロケット打ち上げ全過程を自体技術で開発して発射する初ロケットだ. 2番(回)の失敗あげく成功したナロホ打ち上げ過程を経験しながら蓄積されたノーハウがそっくりそのまま韓国型ロケットに盛られた.
このウィンドウ盃韓国航空宇宙研究員(以下ハングウヨン) 体系総合チーム責任研究員は “75トン級エンジン 1ギガ入って行く試験発死体 QM 地上試験が 3月から始まる”と “QMとまったく同じく設計される実際試験ロケット FM 組み立ては 1月から始まったしエンジンと燃料タンク, 酸化剤タンクなど主要部品はもう完成されて組み立て洞に入庫された”と言った.
- ▲ 組み立てが完成された韓国型ロケット試験ロケット QMモデル. / 金敏洙記者
75トン級エンジン 1期で打ち上げされる韓国型ロケット試験ロケットは高度約 177kmまで飛行を目標に設計された. すべて重さは約 53トンで上端には約 8トンにあたるスェッドングオリが搭載される. このウィンドウ盃研究員は “実際では 177km 以上上がることができるが 177kmだけで試験ロケット性能は充分に確認されるから重い物質を搭載して飛行高度を減らすこと”と説明した.
韓国型ロケットは 1.5トン級の実用衛星をジグゾグェも(600‾800km)に乗せるのが目標だ. 試験ロケットに使われる 75トン級エンジン 4個を縛った 300トン級エンジンを 1段エンジンで使う. 2段は 75トン級エンジン 1期で, 3段は 7トン級エンジン 1期で構成された総 3段ロケットだ. 2021年 2月と 10月 2回打ち上げされる予定だ.
- ▲ もう完成されてナロウズセント総合組み立て洞に入庫された韓国型ロケット試験ロケット FM 部分品. この部分品たちが組み立てされれば実際に打ち上げされる試験ロケットが完成される. / 金敏洙記者
このウィンドウ盃研究員は “韓国型ロケットはエンジンと燃焼試験, 設計, 組み立て, 飛行試験, 打ち上げ運用などを純粋な自体技術で開発する初宇宙ロケットという点で意味が大きい”と言った.
◇ 迷路みたいな QM 試験設備・発射台地下...“見えるのが全部ではない”
3月から始まる試験ロケット QM 最終試験は総合組み立て施設で 100余メートル離れた ‘韓国型ロケット推進機関システム試験設備’で進行される. 1スタンドと 2スタンドで構成された試験設備は実際打ち上げと等しい条件を取り揃えた. 高さ 43mに達する 1スタンドは 300トン級の韓国型ロケット 1ダンエンジン QMを試すようにした. 1スタンドより小さな規模である 2スタンドは試験ロケット QMと韓国型ロケット 2・3段エンジン試験が可能だ.
- ▲ 遠くから眺めた韓国型ロケット推進機関システム試験設備. 左側が 1スタンド, 右側が 2スタンドだ. / 金敏洙記者
試験ロケットはこちらで QM 試験が問題なしに終われば QMと等しい FMで実際試験発射に出るようになる. 組み立て洞で QM 移送と推進剤・燃料充電, エンジン燃焼, 推進力テストなど実際打ち上げに準する手続きを経って最終性能検証が成り立つ.
早期株ハングウヨンロケット推進機関体系チーム長は “3月から試験ロケット QM モデルをこちらに移送してエンジン運用が正常に可能か, ロケット推進力が相応しく出るのか確認するテストをするようになる”と言った.
組チーム長に付いて試験設備建物地下におりた. 地下には韓国型ロケットエンジン燃料であるケロシン(JetA-1, 燈油の一種)と酸化剤(液体酸素) 保存施設, 窒素・ヘリウム・高圧空気など打ち上げに必要な物質たちが注入される配管が迷路のように絡んでいる.
- ▲ 韓国型ロケット推進機関システム試験設備地下内部姿. 複雑な配管がボックツングで縛られている. / 金敏洙記者.
打ち上げカウントダウンが始まれば約 11トンのケロシンと 23トンの液体酸素が約 1対2の混合割合でロケットにある各タンクに満たされる. 問題は燃料と酸化が注入されるうちに温度が高くなれば燃料体積と密度に影響を与えるという点だ. この問題を解決するために地下配管をこの中真空断熱構造で作って零下 196度の液体窒素を燃料タンク周辺に供給する. 打ち上げ日程が決まればこのすべての過程がマニュアルによって進行される.
早期株チーム長は “ケロシン, 液体酸素, 液体窒素外にも QM 試験設備地下にはヘリウムと窒素, 高圧空気配管たちも想像以上に複雑に構成されている”と “ヘリウムは各種配管のバルブを制御する役目を, 窒素は配管にもしあるかも知れない水蒸気をとり除く役目をする”と説明した.
試験設備建物地下で見た設備施設は発射台地下にもほとんど類似の形態で構成された. 試験ロケット打ち上げはナロホ発射台の 80%をリサイクルする. 2021年打ち上げ予定である韓国型ロケット発射台は現在ナロホ発射台すぐ側で工事が盛んでいる. 全体公正率は約 30% 内外で土木公正率は 50%に達する.
- ▲ ナロウズセント発射台. 海と近い方がナロホ打ち上げどおり今年 10月予定された韓国型ロケット試験発射が成り立つ所だ. 内側に骨材が積もっている所が韓国型ロケット本足私邸成り立つ発射台工事現場だ. / 金敏洙記者
鋼船であるハングウヨンナロウズセント発射台チーム長は “韓国型ロケット発射台は 45m 高さのタワーを構築, 活用すること”と言いながら “2段, 3段エンジンや上端タブゼチェなどに近付いて配管連結状態などを点検する用途でタワーが活用される”と明らかにした.
ゴゾングファンハングウヨン韓国型ロケット開発事業本部長は “すべての過程をして見なくては絶対分かりにくい作業を経験を通じて蓄積して試行錯誤を通しながら完成して行っている”と “今年予定された試験発射が成功するように蹉跌なしに準備すること”と言った.
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