세밑 떠들석하게 한 고체우주발사체가 뭐길래?

[해와별]

국방부가 지난달 30일 고체추진 우주발사체 2차 비행시험에 성공했다고 공식적으로 밝히면서 고체 우주발사체에 관심이 높아지고 있다. 당시 국방과학연구소 종합시험장 인근 해상에서 진행된 고체추진 우주발사체의 두 번째 비행시험 직후 전국적에서 '미확인 비행체'를 목격했다는 소식이 전해지는 해프닝이 벌어졌다.

고체 우주발사체는 지난 2021년 한미 정상회담을 계기로 미사일 지침이 종료되면서 개발에 탄력을 받았다. 이후 국방부는 지난해 3월 30일 1번째 비행 시험에 성공했다. 당시에도 이번 2차 비행시험과 마찬가지로 1단을 제외한 2∼4단 비행체를 발사했고, 그 중 2단 엔진의 연소만 실험했다.

우주발사체는 인공위성, 우주망원경, 탐사선 등을 우주 궤도에 실어 보내는 유일한 수송수단이다. 발사체에 사용하는 연료종류에 따라 고체 발사체, 액체 발사체로 나뉜다. 한국항공우주연구원이 지난해 6월 발사에 성공한 한국형발사체 '누리호'는 액체연료 발사체다.

액체연료 발사체는 연료탱크, 산화제탱크, 터보펌프, 가스발생기 등 많은 구조물과 부품이 필요해 구조가 복잡하고 무거울 뿐 아니라 제작비용도 비싸다. 이런 단점에도 불구하고, 액체연료 발사체는 비추력(추진제 무게당 추력)이 높고, 발사 뒤에도 밸브 조절이 가능해 추력을 제어할 수 있다. 엔진이 꺼진 후 재점화도 가능해 자세 제어가 용이하다.

이에 반해 고체연료 발사체는 우선 구조가 간단하다. 특히 밸브 등 제어 부품들이 많지 않아 무게가 가볍고, 제작비용도 상대적으로 저렴하다. 다만 한 번 점화하면 추력을 조절할 수 없고, 점화 후 연소 속도 조절도 불가능하다. 그렇다 보니 고체연료 발사체는 성냥불, 액체연료 발사체는 액체 라이터에 각각 비유된다.

채연석 전 한국항공우주연구원장은 "고체 발사체는 액체 발사체와 달리 연료를 채운 상태에서 언제 어디에서나 쉽게 발사할 수 있어 주로 군용 미사일 등에 쓰이지만, 비추력이 약하고 목표 궤도에 정확하게 투입하는 정밀한 제어는 어렵다"면서 "다이너마이트 원료로 사용되는 니트로글리세린 같은 물질이 고체연료로 활용되는데, 이를 얼마나 많이 균일하게 오랫동안 태울 수 있는 기술을 확보하느냐가 관건"이라고 말했다.

이 때문에 고체 발사체는 인공위성이나 우주선을 원하는 궤도에 정확하게 진입시켜야 하는 액체 발사체를 도와 추력을 내는 부스터나, 중형 발사체로 지구 저궤도에 탑재체를 올리는 데 주로 활용되고 있다. 한국군의 주력 미사일인 '현무'에도 고체연료가 쓰인다.

해외에선 고체 발사체가 활발하게 쓰이고 있다. 일본은 3단 고체 발사체인 '엡실론'을, 유럽우주국(ESA)은 4단 고체발사체 '베가'를 각각 개발해 1.5톤급 위성을 지구 저궤도에 올리는 데 활용한다. 유럽 아리안스페이스의 '아리안', 인도의 'GSLV-3', 최근 미국 무인 달 탐사선 '오리온'을 달에 보낸 역대 최강의 발사체인 'SLS(우주발사시스템)'은 고체 발사체를 부스터로 썼다. 국방부는 고체 발사체를 이용해 오는 2025년까지 500㎏급 초소형 위성을 지구 저궤도인 500㎞에 올려놓을 계획이다.

[진리는나의빛]

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