액체엔진 등 추진시스템 최대변수
나로호 개발의 현장 지휘자인 이주진 한국항공우주연구원장은 16일 연합뉴스와 통화에서 실패 가능성을 묻는 질문에 "거기에 대해선 생각한 바 없고 그런 말조차 꺼내고 싶지 않다"는 말로 답변을 대신할 정도다.
항우연이 1957∼2003년 사이에 발생한 우주발사체 비행실패의 원인을 분석한 결과에 따르면 발사체의 추진시스템(Propulsion)이 무엇보다 중요한 것으로 나타났다.
비행실패 원인 가운데 추진시스템 관련은 66.2%로 가장 높은 비율을 기록한 것.
추진시스템이란 가장 중요한 액체엔진 및 고체 모터를 비롯해 추력기, 동력장치(TVC), 연소실, 노즐 및 노즐밸브, 연료 및 산화제, 터보펌프, 점화 장치, 연소실 내부의 단열장치 등을 말한다.
우리 나로호와 같이 '처녀비행'을 대상으로 한 통계에서도 추진시스템 문제로 발사가 실패한 비율은 56%로 가장 높았다.
미국 최초의 위성발사체인 뱅가드(Vanguard)의 경우가 이의 대표적 사례다. 뱅가드 발사체는 1957년 12월6일 발사에서 탱크 및 인젝터의 낮은 압력 때문에 연소실의 고온가스가 인젝터를 통해 연료시스템으로 새어들어 간 것에 기인해 발사 2초 만에 폭발했다.
두번째로 중요한 실패 원인으로는 나로호 등과 같은 2단형 이상 발사체에서 단 및 페어링 분리 메커니즘에 문제가 있거나, 분리를 위한 전기적 연결에 문제가 있는 경우가 꼽히고 있다고 항우연은 분석한다. 분리 기술 문제는 전체 비행실패 건수의 12.6%를 차지한다.
세번째로 높은 비행실패 원인은 항공전자공학(Avionics) 기계장치 문제로 전체 원인의 10.6%를 차지했다. 여기에는 발사체 탑재 소프트웨어와 컴퓨터를 비롯해 회로 보드, 비행안전 관련 장치, 비행 및 유도 제어 장치, 내부 측정 장치, 텔레메트리 장치, 비행장치 등이 있다.
이밖에 ▲고체로켓모터 내부 구조, 모터 케이스, 점화기 하우징(housing), 각종 탱크, 단 연결구조, 페어링, 발사체 외피 등과 관계된 구조부문(4.5%) ▲전기연결 및 배선, 전력공급장치, 전력 릴레이 박스, 솔레노이드 등 전기장비(4.0%) ▲번개 등 기상환경, 통신의 문제 등과 관계된 기타 요소(2.0%)가 있다.
나로호의 성공을 위해서는 발사 시간도 매우 중요하다. 여기에는 당일의 기상환경 조건과 위성의 궤도진입 조건이 영향을 준다고 한국항공우주연구원은 밝혔다.
우선 기상조건을 보면 낙뢰를 피해야 한다. 발사궤적 20㎞ 반경 내에 낙뢰가 발생하면 발사체 전자장비 및 탑재체에 전기적인 손상을 가할 것으로 우려되기 때문이다.
또 지상에서 평균풍속 초속 15ｍ, 순간 최대풍속 초속 21ｍ 이상의 바람이 불 때는 발사체가 발사될 때 자세제어와 안정성을 확보하기가 어려워 발사에 영향을 준다.
지상 30㎞ 이하 상층부에서 초속 100ｍ 이상의 강풍이 몰아칠 때도 같은 이유로 나로호의 발사가 쉽지 않을 것으로 관측된다.
특히 나로호의 발사 시점이 오후 4시40분 이후 2시간 이내로 잡힌 것은 탑재되는 위성의 궤도진입 조건 등을 종합적으로 고려한 것이다.
나로호에 탑재되는 과학기술위성 2호는 태양 에너지를 동력으로 하기 때문에 궤도 진입 초기에 위성의 태양 전지판이 태양을 정면으로 바라보거나 혹은 최소한 지구 그림자에 완전히 가려지지는 않아야 하기 때문이다.
만약 궤도에 진입한 위성이 지구 그림자 속으로 들어가 태양 에너지를 이용할 수 없다면 자체 전지를 많이 사용해야 하기 때문에 효율적으로 운영되기 힘들다. 따라서 발사시간에 따른 태양의 위치와 위성 궤도면을 계산해 태양 에너지를 가장 효과적으로 이용할 수 있는 시간대에 발사하는 것이다.
위성이 궤도에 오를 때 태양을 만날 수 있는 시간을 우주과학자들은 '하늘 문(Launching Window)이 열리는 시간'으로 부른다.
항우연에 따르면 지구 상공에서 최고 1천500㎞, 최저 300㎞ 사이 지구 저궤도에서 타원형으로 돌게 되는 과학기술위성 2호는 오후 4시40분 이후 발사되면 남극을 지나 북극을 향하면서 한반도의 지구 반대편 상공에 도달하는 궤도 진입 초기에 위성 전지판을 태양빛에 충분히 노출할 것으로 관측된다.<연합뉴스>
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