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발사체 포커스

시험발사체 “이제 쏠 일만 남았다”

  • 이름 : 관리자
  • 작성일 : 2018-08-01
  • 조회수 : 646

세 차례 종합연소시험 성공 마무리…10월 발사 준비 돌입

7월 5일, 전남 고흥군 나로우주센터의 추진기관 시스템 시험설비(PSTC). 지축을 흔드는 굉음과 함께 순식간에 하얀 연기가 치솟았습니다. 한국형발사체 시험발사체 3차 종합연소시험. PSTC에 고정된 채 불을 내뿜던 75t급 엔진의 연소가 끝나자 지상통제실에서 이 장면을 지켜보던 개발진은 담담한 표정으로 악수를 했습니다. 종합연소시험 성공! 우주발사체 기술을 우리 손으로 확보했다는 사실을 확인하는 순간이었습니다.



종합연소시험을 앞두고 나로우주센터 추진기관 시스템 시험설비(PSTC)에 설치된 시험발사체 인증모델.




*세 차례 종합연소시험 성공리에 마쳐

이날 연소시험으로 세 차례에 걸친 시험발사체 종합연소시험은 일단락되었습니다. 시험 과정에서 발견된 일부 문제점만 보완해 오는 10월 시험발사체를 발사하게 되는데요. 지난 5월 17일에 이어 6월 7일, 그리고 7월 5일 세 차례에 걸친 3차 종합연소시험의 결과가 전하는 메시지는 모두 같았습니다. ‘현 상태대로 시험발사체를 발사해도 이상 없음.’


시험발사체 종합연소시험은 오는 10월 실제 발사하는 비행모델(FM. Flight Model)과 똑같이 제작한 시험발사체 인증모델(QM. Qualification Model)로 진행되었습니다. 75t급 엔진은 물론 추진제 탱크, 배관, 밸브, 밸브를 제어하기 위한 각종 전자제어장치까지 똑같이 만들어졌는데요. 인증모델은 글자 그대로 실제 발사해도 좋은지, 보완점이나 문제점은 없는지 인증하는 모델입니다.

따라서 시험발사체 인증모델 조립을 완성했다는 것은 시험발사체 로켓엔진, 추진제 탱크, 각종 배관 및 밸브, 전자장치 등의 구성품 설계, 제작, 조립 기술을 확보했다는 것을 의미하고요. 이러한 인증모델로 종합연소시험에 성공했다는 것은 우주발사체 전반에 관련된 기술을 우리 손으로 확보했다는 것을 의미합니다.


시험발사체 인증모델 종합연소시험은 비행만 하지 않을 뿐 비행모델 실제 발사와 똑같은 절차로 이루어진다. 엔진이 점화되어 붉은 화염을 내뿜는 모습이 보인다.



*시험발사체 실제 발사와 똑같이 진행

종합연소시험은 글자 그대로 ‘시험’이지만, 모든 과정은 실제 발사와 동일하게 진행되는데요. 발사대가 아니라 PSTC에서, 실제 날아가진 않고 고정된 채 진행된다는 점에서만 차이가 있을 뿐입니다. 정해진 시퀀스에 따라 연료와 산화제를 주입하고 압력을 내는데 필요한 헬륨 가스를 공급하고요. 자동절차에 들어가면 추진기관, 추진제, 각종 밸브 상태 등을 자동으로 점검해 카운트다운에 들어가고 정해진 시간이 되면 엔진이 점화됩니다. 실제 발사 상황이라면 발사체가 발사대에서 분리돼 땅을 박차고 이륙하는 순간입니다.

한국형발사체 개발진은 2017년 7월부터 올해 2월까지 나로우주센터 종합조립동에서 시험발사체 인증모델 조립을 완료했습니다. 조립을 완료한 시험발사체는 나로호 때와 마찬가지로 수평이동장치에 실려 PSTC로 이동했고요. 여기서 다시 이렉터라는 장치를 통해 시험발사체를 수평에서 수직으로 세우고 고정 장치로 단단히 체결하는 과정을 거쳤습니다.



종합연소시험을 위해 PSTC로 이동해 수직으로 세워진 시험발사체 비행 모델



PSTC에 세웠다고 곧바로 종합연소시험에 들어간 게 아닙니다. 그동안 엔진만 별도로 연소시험을 진행할 때는 지상설비로 연료와 산화제를 공급했지만, 시험발사체 종합연소시험에서는 실제 추진제 탱크에서 연료와 산화제를 엔진에 공급하게 됩니다. 추진제 공급이 제대로 이루어지는지도 중요한 점검 사항. 그래서 추진제를 충전하고 배출하는 수류시험만 두 차례나 실시했습니다.

이어 추진제와 가스류를 공급하는 각종 배관 및 밸브에 새는 곳은 없는지 수차례에 걸쳐 기밀 시험을 수행하고요. 시험발사체와 지상통제실 간의 교신 상태를 점검합니다. 이러한 기계적·전기적 점검을 모두 마치면 비로소 종합연소시험을 진행할 수 있는 최종 준비 상태가 됩니다. 실제 발사 때와 마찬가지로 종합연소시험에서도 연료와 추진제 공급은 발사 당일에 이루어집니다. 이렇게 추진제를 공급하고 최종 상태 점검이 끝나며 발사(점화) 시퀀스에 들어갑니다.



종합연소시험 진행 시 PSTC 하단의 모습. 시험발사체의 75t 엔진이 연소하고 있다.



*엔진 점화 후 진동에도 발사체 ‘이상無’

종합연소시험에서는 인증모델을 PSTC에 고정한 채 연소가 이루어집니다. 1차 30초, 2차 60초, 3차 종합연소시험은 154초 동안 연소를 진행했습니다. 가장 눈여겨보는 대목은 로켓엔진의 상태입니다. 정해진 시간 동안 연소가 안정적으로 진행되는지, 75t급 엔진이 성능을 제대로 발휘하는지를 확인하는 것이 핵심입니다.


이번 종합연소시험에서는 실제 발사 상황에서 요구하는 설계 성능을 유감없이 발휘했고요. 엔진 시동 시 발생할지 모를 연소 불안정 현상이나 압력 저하 등의 문제도 발생하지 않았습니다. 한 연구진의 표현대로 “고정 장치만 풀면 날아가기에 충분한 상태”였습니다.

사실 종합연소시험 과정에서 한국형발사체 개발진이 가장 걱정했던 것은 엔진 점화 후 연소 과정에서 구조체가 잘 견딜 수 있느냐는 것이었습니다. 로켓엔진도 그동안 수십 회에 걸쳐 시간을 늘려가며 연소시험을 하고 구성품별로 성능시험도 거쳤지만, 실제 발사체와 동일하게 로켓엔진과 모든 구조체를 완성해 연소시험을 하는 것은 처음이었기 때문입니다. 개발진의 걱정과 달리 이번 종합연소시험 과정에서 엔진 점화 후 엄청난 진동에도 발사체에 별문제가 발생하지 않았습니다.



조립을 마친 뒤 PSTC로 이동중인 시험발사체 인증모델



*시험발사체 발사 준비 곧바로 착수

종합연소시험을 성공적으로 마쳤지만, 한국형발사체 개발진은 긴장의 끈을 놓을 수 없습니다. 여러 가지 측면에서 큰 의미가 있더라도 종합연소시험은 글자 그대로 ‘시험’이기 때문입니다. 일종의 모의고사를 치른 셈이죠. 오는 10월 시험발사체 발사가 기다리고 있기 때문입니다. 한국형발사체 발사가 ‘본고사’라면 시험발사체 발사는 ‘예비고사’입니다. 예비고사를 우수한 성적으로 통과해야 본고사를 치를 수 있습니다.

시험발사체 종합연소시험을 마친 한국형발사체 개발진은 약 3개월 앞으로 다가온 시험발사체 발사 준비에 돌입했습니다. 실제 시험발사체 발사에 사용할 비행모델은 조립 완성을 코앞에 두고 있는데요. 다행히 인증모델을 대상으로 벌인 종합연소시험에서 설계나 구조를 변경할 정도의 문제가 발견되지 않은 만큼, 앞으로의 일정에도 별다른 문제가 없을 것으로 보입니다.

시험발사체 비행모델 조립과 동시에 다른 한쪽에서는 발사대 검증 및 운용 준비에 착수했습니다. PSTC에서 이루어지는 종합연소시험과 달리 시험발사체 발사는 발사대에서 이루어지기 때문인데요. 발사대 검증시험에서는 인증모델의 종합수류 시험과 똑같은 과정을 거치게 되고요. 비행모델을 발사대로 이동한 뒤 수직으로 세우고 발사 직전까지 추진제를 공급하는 각종 배관 및 밸브의 이상 여부, 기밀시험 등을 수행합니다.



PSTC 바깥에서 본 시험발사체 인증모델 종합연소시험(2차) 장면.



*한국형발사체 발사까지 갈 길 멀어

시험발사체가 성공적으로 발사되면 오는 2021년을 목표로 한국형발사체 발사에 도전하게 됩니다. 종합연소시험이라는 모의고사를 좋은 성적으로 치른 만큼 예비고사와 본고사에서도 좋은 성적이 기대되는데요. 하지만 PSTC에서의 종합연소시험과 발사대에서의 실제 발사가 다르고, 시험발사체와 한국형발사체는 또 차원이 다릅니다. 종합연소시험을 성공적으로 마쳤다고 해도 긴장의 끈을 놓을 수 없는 이유입니다.

종합연소시험에서 엔진을 점화하고 연소가 끝날 때까지의 시간은 불과 140여초 안팎입니다. 이 짧은 시간을 위해 한국형발사체 개발진은 지난 2년 동안 매주 로켓엔진을 시험하고, 조립과 시험을 반복했습니다. 종합연소시험을 성공리에 마친 후 담담한 표정으로 악수를 했던 개발진이 부담 없이 환호하고 기뻐할 수 있는 날은 한국형발사체가 성공적으로 우주에 날아간 날이 되겠죠? 그날을 향해 한국형발사체 개발진은 다시 신발 끈을 조여 맸습니다.



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