`극한기술의 어려움` 세차례 모두 발사직전 발목

나로호, 두번 발사실패 포함 5가지 기술문제 경험
초고온ㆍ초경량ㆍ초고속ㆍ진공 등 극한조건 견뎌야
7분56초, 2시간58분. 나로호는 1ㆍ2차 도전에서도 모두 발사 당일 발사 예정시각을 불과 수분에서 몇시간 남기고 중단된 경험이 있다. 이로 인해 예정된 발사가 하루에서 6일까지 미뤄졌다.

이번까지 1ㆍ2ㆍ3차 발사 모두 기술적 문제로 발사 직전 멈춰선 좌절을 경험했다. 극한의 조건에서 단 한 개 부품만 문제가 있어도 발사 실패로 이어질 수밖에 없다. 이번 3차 발사는 작은 고무링이 중단의 원인이었다.

2009년 1차 발사 당시는 발사 자동 카운트다운이 진행되는 도중에 헬륨가스 압력측정 소프트웨어 결함으로 중단돼 화면을 지켜보던 전 국민이 가슴을 쓸어 내렸다. 2010년 2차 발사 시에는 액체산소를 주입하기 전 액체산소 공급라인을 냉각하는 작업을 하던 중 발사대 소화장치 오작동으로 소화용액이 뿜어져 나와 발사가 무산됐다. 이번 3차 도전에서는 발사 5시간29분 전 헬륨 주입부 고무링 파손이 또한번 발목을 잡았다.

두 번의 발사 실패까지 감안하면 총 5가지 기술적 문제를 나로호 발사 과정에서 경험했다. 전문가들은 우주발사체가 수십만개의 부품으로 구성된 현대 과학기술의 집약체이지만 초고온, 초고압, 진공, 초고속, 초경량 등 극한의 조건을 견뎌야 하는 만큼 실패와 연기는 선진국들도 피해갈 수 없는 과정이라고 설명한다.

우주발사체의 원리는 엄청난 양의 연료와 이를 폭발적으로 태워주는 산화제를 넣고 폭발적인 추력을 얻는 것이다. 일견 단순해 보이지만 연료와 산화제가 폭발적이면서도 안정적인 연소를 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다.

이창준 건국대 교수(항공우주공학과)는 "나로호는 우리가 살고 있는 기압의 236배인 236기압을 유지해야 하고, 연료와 산화제가 3000℃의 초고온에서 연소하는 등 고온고압에 노출된다"며 "초당 300∼400㎏에 이르는 엄청난 양의 연료를 태우면서 총 130톤에 이르는 연료와 산화제가 140∼150초 동안 모두 타야 한다"라고 설명했다.

이같은 극한 성능을 유지하면서 극도로 가벼워야 한다는 게 또다른 도전이다. 100㎏의 위성을 제 궤도에 올려놓기 위해 나로호는 위태로울 정도의 감량을 해야 한다.

총 중량 140톤이 넘는 나로호에서 연료와 산화제를 뺀 질량은 불과 10톤 남짓. 나로과학위성이 2단에서 분리돼 제 궤도에 올라서려면 분리 순간 초속 8㎞, 시속으로는 무려 2만8800㎞로 빠르게 날아야 한다. 정지 상태에서 이륙한 나로호가 10분도 채 안 되는 시간 동안 초속 8㎞까지 도달하려면 엄청난 가속 능력이 요구된다.

이 때문에 나로호의 몸무게는 개발 초기부터 엄격하게 관리된다. 시스템 전체의 '다이어트 목표'가 정해지고 다시 각 부분품의 목표로 세분화돼 담당팀에 할당된다. 이렇게 감량에 성공한 부품들은 236기압을 견디면서 시속 2만8800㎞의 엄청난 속도와 충격, 진동에도 성능을 유지하며 느슨해지지 않아야 한다.

온도 역시 문제다. 3000℃의 초고온을 견디는 금속은 현재까지 없다. 이 때문에 냉각기술이 필요하지만 냉각장치를 추가 설치할 무게 여유가 없다. 나로호는 타기 전의 연료를 연소실 벽으로 흘려줌으로써 냉각효과를 낸다.

안경애기자 naturean@