2025. 6. 29. 오전 6:04:58
“우리는 달로 간다”…우주산업 노크하는 LG “계열사 기술력 총집결”
출처: 매일 경제 ( 한국 / 한국어 )
나로호
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목차
1. 개요
나로호는 대한민국 최초의 우주 발사체로, 1999년 시작된 국가 우주 개발 계획의 일환으로 개발되었다. 2000년대 초반 러시아와의 기술 협력을 통해 개발 계획이 구체화되었으며, 2013년 1월 30일 3차 발사 성공으로 나로과학위성을 궤도에 진입시키며 대한민국을 세계 11번째 자국 발사체로 위성을 궤도에 올린 국가로 만들었다. 나로호 개발 과정에서 발사체 체계 기술, 액체엔진 기술 등 핵심 기술을 습득하였으나, 미국의 기술 이전 견제, 1단 엔진 기술 도입 관련 논란, 그리고 1, 2차 발사 실패 등 어려움도 겪었다.
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| 나로호 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 기능 | 발사체 |
| 제작사 | 흐루니체프 국가 연구 생산 우주 센터(1단) 한국항공우주연구원(2단) |
| 비용 | ₩ 5205억 원; 미화 4억 6천만 달러 |
| 높이 | 33 m |
| 직경 | 3 m |
| 질량 | 140,000 kg |
| 단수 | 2단 |
| 상태 | 퇴역 |
| 발사장 | 나로우주센터 |
| 총 발사 횟수 | 3 |
| 성공 횟수 | 1 |
| 실패 횟수 | 2 |
| 최초 발사 | 2009년 8월 25일 |
| 마지막 발사 | 2013년 1월 30일 |
| 1단 | |
| 엔진 | 1 x RD-151 |
| 추력 | 1670 kN |
| 연소 시간 | 300 초 |
| 비추력 | 338 초 |
| 연료 | 액체산소/RP-1 |
| 2단 | |
| 엔진 | 1 x 고체 로켓 모터 |
| 추력 | 86.2 kN |
| 비추력 | 288 초 |
| 연소 시간 | 25 초 |
| 연료 | 고체 |
2. 역사
대한민국의 우주발사체 개발 계획은 1999년 '국가우주개발 중장기계획' 발표로 본격화되었으며, 초기 목표는 2005년까지 100kg급 소형위성 발사체(KSLV-I) 기술 확보 등 단계적인 기술 자립이었다.[142] 그러나 KSR-III 개발 과정에서 기술적 한계에 직면하면서[143], 2001년 미사일 기술 통제 체제(MTCR) 가입[144] 이후 러시아와의 국제 협력으로 방향을 수정했다.
2004년 흐루니체프사 등 러시아 기업들과 1단 공동 개발 및 기술 도입 계약을 체결하고[9][53], 같은 해 한러 우주기술협력협정을 맺었다.[9] 이에 따라 1단은 러시아 기술을 도입하고, 2단 고체연료 로켓(킥 모터)은 대한항공, 한화 등이 참여하여 국내에서 개발하는 방식으로 진행되었다.[48][49]
그러나 2005년 말 러시아 측이 기술 유출 방지를 이유로 한러 우주기술보호협정(TSA)의 조기 체결 및 강화를 요구하면서 개발 일정에 차질이 생기기 시작했다.[147] 2006년 TSA 체결 이후 러시아 측의 비준 지연, 보호 품목 통제 강화 등으로 인해 당초 계획했던 기술 이전 및 협력이 원활하지 못했고[147], 발사 시기는 2007년 10월에서 2008년 12월로 연기되었다. 이후에도 2008년 중국 쓰촨성 지진 여파로 인한 부품 도입 차질[148], 성능 시험 항목 추가, 1단 연소 시험 데이터 분석 지연[149] 등으로 발사 일정은 계속 미뤄졌다.
2009년 5월, 발사체 명칭 공모를 통해 나로우주센터가 위치한 지역명을 딴 '나로'라는 이름이 최종 선정되었다.[57] 같은 해 8월 19일 첫 발사를 시도했으나, 발사 7분 56초를 남기고 발사 통제 컴퓨터의 소프트웨어 오류로 자동 중단되었다.[153][154]
2009년 8월 25일 오후 5시, 재시도 끝에 나로호는 성공적으로 이륙했다. 하지만 이륙 후 216초경 위성 보호덮개인 페어링 한쪽이 분리되지 않는 문제가 발생했고, 이로 인해 과학기술위성 2호는 목표 궤도에 진입하지 못하고 실패했다.[155] 발사 직후 교육과학기술부는 1단 엔진과 2단 킥모터는 정상 작동했으나 페어링 분리 실패로 위성이 제 궤도에 오르지 못했다고 발표했다.[155] 이후 구성된 나로호 발사 조사위원회는 2010년 2월, 페어링 분리 실패 원인으로 전기배선 장치의 방전 또는 분리 장치의 기계적 결함 가능성을 제시했다.[156]
나로호 개발에는 2009년 1호기 발사까지 총 8.2조원 가량이 투입되었으며, 이 중 나로호 자체 개발비는 약 5.025조원, 나로우주센터 건설비는 약 3.2조원였다.[54][55][56] 나로호는 러시아 앙가라 로켓 1단을 기반으로 한국이 개발한 2단 고체 모터를 결합한 형태였으나, 전체 시스템 최적화 부족으로 저궤도(LEO) 위성 투입 능력이 100kg에 불과하여 동급 발사체에 비해 성능이 낮다는 평가를 받았다.[51]
나로호는 2010년 6월 2차 발사에서도 실패를 겪었으나, 마침내 2013년 1월 30일 3차 발사에서 성공했다. 3차 발사를 끝으로 러시아와의 계약이 만료됨에 따라 나로호 운용은 종료되었다. 나로호 개발 경험은 이후 독자 기술로 개발된 한국형 발사체 누리 개발의 밑거름이 되었다.
2. 1. 국내 개발 노력과 초기 계획
대한민국 정부가 처음으로 우주발사체 개발 계획을 공식화한 것은 1996년 발표된 '국가 우주 개발 중장기 계획'이었다. 이 계획은 2010년까지 우주 로켓과 저궤도 위성을 개발하고, 2015년까지 우주 산업을 세계 10위권으로 육성하는 것을 목표로 삼았다.1998년 8월 북한의 미사일 발사 실험 이후, 같은 해 9월 김대중 정부는 한국항공우주연구원(KARI)에 2005년까지 "장거리 우주 로켓" 개발을 지시하며 초기 예산 100억원을 배정했다.[58] 이는 기존의 고체 연료 로켓 개발에서 액체 연료 로켓 개발로 방향을 전환하는 계기가 되었다.
1999년 발표된 '국가우주개발 중장기계획'에서는 보다 구체적인 목표가 제시되었다.
| 목표 연도 | 목표 내용 |
|---|---|
| 2010년 | 국내 기술에 의한 저궤도위성 및 발사체 개발 |
| 2015년 | 우리나라 우주산업 세계 10위권 내 진입 |
이후 2000년 '우주개발중장기기본계획 수정(안)'에서는 KSLV-I, II, III라는 명칭과 함께 다음과 같은 세부 목표가 설정되었다.
| 구분 | 목표 내용 | 목표 연도 |
|---|---|---|
| KSLV-I | 100kg급 저궤도 소형위성 발사체 기술 확보 | 2005년 |
| KSLV-II | 1톤급 저궤도 실용위성 발사체 기술 확보 | 2010년 |
| KSLV-III | 1.5톤급 저궤도 실용위성 발사체 기술 확보 | 2015년 |
당시 KSLV-I의 초기 계획은 1997년부터 개발 중이던 액체 연료 관측 로켓 KSR-III 7개를 수평으로 묶어 3단 로켓을 구성하고, 4단에 고체 킥모터를 사용하는 방식이었다.[142][59][58] 그러나 KSR-III 개발 과정에서 압력 공급식 엔진의 한계가 드러났다. 압력을 견디기 위한 가압제 탱크가 지나치게 무거워져 발사체 전체 성능이 저하되는 문제가 발생한 것이다. 이에 따라 2000년 7월, 국내 전문가들은 1단에 보다 강력한 터보펌프 방식의 액체연료엔진을 새로 개발하고 2단에 KSR-III 엔진을 사용하는 방안을 제시했다. 이 방안은 2001년 5월 한국과학기술연구원의 연구를 통해 채택되어, 1단과 2단은 액체 추진, 3단은 고체 추진 방식의 기본 형태가 도출되었다.[143]
한편, 2001년 대한민국은 미사일 기술 통제 체제(MTCR)에 가입하여 우주발사체 기술 관련 국제 협력의 길을 열었다.[144] 이를 바탕으로 러시아에 다음과 같은 개념 설계 관련 용역을 발주했다.[142]
| 기간 | 내용 | 수행 기관 |
|---|---|---|
| 2001년 7월 ~ 12월 | 위성발사체 개념설계 관련 용역 | 러시아 MAI |
| 2001년 11월 ~ 2002년 2월 | 추진기관시스템 분석 용역 | 러시아 Keldysh |
이 용역 결과들을 토대로 2002년 우주개발 현안사항 협의회에서는 KSLV-I 계획을 다시 변경하여, 1단에 고추력 액체 추진, 2단에 고체 추진 방식을 사용하는 것으로 최종 확정했다.[142] 이후 러시아와의 기술 협력을 위한 논의가 진행되었고, 2004년에는 1단은 한러 공동개발, 2단은 국내 개발 방식으로 협력 내용이 구체화되었다. 시스템 설계는 양국 기술진이 공동으로 수행하고, 1단 서브시스템 설계·제작·시험은 러시아가 주도하되 한국 기술진이 참여하며, 2단은 러시아의 기술 지원을 받아 한국이 독자적으로 설계 및 제작하기로 했다.[145][146] 이러한 협력 분위기는 2004년 한러 우주기술협력협정 체결로 더욱 공고해졌다.[9][53]
계획 변경에 따라 2005년 '우주개발중장기기본계획'에서는 KSLV-I의 발사 시기를 2007년 10월로 조정했다.
2. 2. 러시아와의 협력과 기술 도입
2001년 대한민국은 미사일 기술 통제 체제(MTCR)에 가입하여 우주발사체 기술 관련 국제협력의 기반을 마련했다.[144][58] 이전까지 KARI는 KSR-3 엔진을 활용한 자체 개발을 추진했으나, 압력 공급 사이클 엔진의 무게 문제 등으로 어려움을 겪고 있었다.[143] MTCR 가입 이후, 외국 기술 도입을 모색하게 되었는데, 미국과 프랑스는 높은 비용을 요구했고 일본은 기술 이전에 소극적이었으며, 중국과 인도는 MTCR 미가입국이라 협력이 어려웠다.[60] 결국 상대적으로 저렴한 비용을 제시한 러시아를 협력 파트너로 선정하여 2001년 5월 기술 협력 양해각서를 체결했다.[61]KARI는 러시아와의 협력을 바탕으로 KSLV-I 개발 계획을 수정했다. 2001년부터 2002년까지 러시아 MAI(모스크바 항공대학교)와 Keldysh 연구소에 각각 위성발사체 개념설계와 추진기관 시스템 분석 용역을 의뢰했다.[142] 이 결과를 토대로 2002년에는 KSLV-I의 1단에 고추력 액체연료 엔진을, 2단에는 고체연료 엔진을 사용하기로 최종 확정했다.[142] 2004년 무렵에는 1단은 한-러 공동 개발, 2단은 국내 개발(러시아 기술 지원 및 설계 검토) 방식으로 협력 내용이 구체화되었다. 당시 계획상 1단 서브시스템의 설계, 제작, 시험은 러시아가 주도하고 한국 기술진이 참관 및 참여하는 형태였다.[145][146] 이러한 협력 분위기는 2004년 10월, 흐루니체프사를 중심으로 한 러시아 기업들과 약 2.1억달러 규모의 KSLV-1 우주 로켓 복합단지 설계 및 건설 계약을 체결하면서 본격화되었다.[9][62][64][65][66][67] 계약에는 1단 추진 시스템 설계 및 제작에 NPO 에네르고마쉬, 지상 종합 시설 설계에 수송기기 제조 설계국 등이 참여하는 내용이 포함되었다.[68] 같은 해 한러 우주기술협력협정도 체결되었다.[9]
그러나 2005년 말, 상세 설계 단계에 접어들면서 러시아 의회가 기술 유출 우려를 제기하며 한러 우주기술보호협정(TSA)의 조기 체결을 강하게 요구했다.[147] 이전까지 러시아 측은 TSA 체결이 사업 후반부에 필요하다는 입장이었으나, 갑작스럽게 입장을 바꾼 것이다.[147] 결국 협상 끝에 2006년 10월 TSA가 체결되었고(2007년 7월 발효)[69], 이 과정에서 한국은 1단 엔진의 기술 이전을 포기하고 완성품을 수입하는 조건에 합의해야 했다.[64] 또한 TSA 발효로 보호품목에 대한 통제가 강화되어, 당초 KARI가 기대했던 수준의 기술 참관, 관리 감독, 관련 자료 확보가 어려워졌다.[147]
러시아와의 계약은 여러 제약 조건을 포함하고 있었다. 나로호 1단의 운용과 관련 장비는 모두 러시아에서 반입되었고, 상주하는 러시아 기술자 중 일부는 보안 요원으로 활동하며 1단 주변에 한국인 기술자의 접근을 통제했다.[72][73] 이로 인해 한국 측은 1단 내부를 확인하거나 사진 촬영을 하는 데 제약을 받았고, 일부 소프트웨어 수리에도 참여할 수 없었으며, 1단에서 전송되는 데이터 역시 암호화되어 내용을 파악하기 어려웠다.[73] 심지어 발사 실패 시 1단에 대한 조사나 2단을 포함한 잔해 회수조차 러시아 측의 동의가 필요하도록 규정되어[74], 계약 체결 당시부터 국내에서는 불평등 계약이라는 비판이 제기되었다.[75]
이러한 러시아와의 기술 협상 과정에서 1단 핵심 기술 이전이 어려울 수 있다는 점이 예상되자, KARI는 대안으로 2003년 우크라이나로부터 30톤급 액체 연료 엔진 설계도를 입수하여 독자적인 엔진 개발을 병행했다.[58][77] 비록 연소 시험 설비 부족 등으로 실제 비행 가능한 수준에는 이르지 못했지만, 2009년까지 이어진 30톤급 엔진 개발 경험은 이후 누리에 사용될 75톤급 엔진 개발의 중요한 밑거름이 되었다.[78][79]
2. 3. 미국과의 관계
대한민국이 자체 우주 발사체 개발을 추진하는 과정에서 미국의 지속적인 견제를 받아왔다. 미국은 한국의 로켓 및 미사일 개발 프로그램이 군사적 목적으로 전용될 가능성을 우려하여 수십 년간 정치적 압력을 가해왔다.[12][13]구체적으로, 2002년 항공우주연구원(항우연)이 액체로켓 KSR-3을 개발할 당시, 미국 기업과 계약했던 부품 수입이 미국 국무부의 수출 불허 결정으로 무산되었다. 또한 나로호 발사에 필요한 추적·계측·통제 장비 도입 계약 역시 국가 전략 산업이라는 이유로 미국 국무부의 수출 허가를 받지 못했다. 이로 인해 항우연은 기술 도입선을 이스라엘과 프랑스 등 유럽 국가로 급히 변경해야 했으며, 이는 개발 일정 지연의 한 요인이 되었다.[150]
한국이 기술 협력을 요청했을 때, 미국은 군사적 전용 가능성을 이유로 기술 제공에 소극적인 태도를 보이며 높은 비용을 제시하기도 했다.[60] 이러한 미국의 견제 속에서 한국은 제한된 국내 로켓 기술을 보완하고자 미사일 기술 통제 체제(MTCR) 가입 이후 러시아 등 다른 국가와의 협력을 모색하게 되었다.[14]
2009년 8월, 뉴욕 타임스는 "미국이 동북아의 무기 경쟁 촉발을 우려해 지원하지 않자, 한국은 러시아와 손을 잡았다"고 보도하며 한국의 우주 개발 과정에서 미국의 입장을 전했다.[151]
3. 발사 역사
대한민국 최초의 우주발사체인 나로호(KSLV-I)는 2002년 개발이 시작되어[52] 러시아와의 기술 협력을 통해 진행되었다.[9] 개발 과정에서 기술 이전 제한 문제[147]와 여러 차례의 기술적 문제 및 일정 지연[148][149]을 겪으며 총 세 차례 발사가 시도되었다.
첫 발사는 2009년 8월 25일 과학기술위성 2A호를 탑재하고 시도되었으나, 페어링 분리 실패로 위성 궤도 진입에 실패했다.[21][26] 이어진 2010년 6월 10일 2차 발사에서는 과학기술위성 2B호를 탑재했지만, 발사 137초 만에 통신 두절 후 공중 폭발로 추정되어 실패했다.[152][24] 2차 발사 실패 후 원인 규명을 놓고 대한민국과 러시아 간 이견이 있었으며[163], 발사 과정의 문제점에도 불구하고 발사를 강행했다는 비판도 제기되었다.[160]
두 차례 실패 후 문제점을 보완하여 시도된 2013년 1월 30일 3차 발사에서는 나로과학위성을 성공적으로 목표 궤도에 진입시켰다.[3][25] 이 성공으로 대한민국은 자국 발사장에서 자국 기술이 일부 포함된 발사체로 위성을 쏘아 올린 국가가 되었다.
나로호의 발사 기록은 아래 표와 같다.
| 순차 | 발사 일시 (KST) | 발사장 | 위성 | 결과 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2009년 8월 25일 17:00 | 나로우주센터 | 과학기술위성 2A호 | 실패 | 페어링 미분리로 궤도 진입 실패[21] |
| 2 | 2010년 6월 10일 17:01 | 나로우주센터 | 과학기술위성 2B호 | 실패 | 발사 137.19초 후 통신 두절 및 폭발 추정[152][24] |
| 3 | 2013년 1월 30일 16:00 | 나로우주센터 | 나로과학위성 | 성공 | 대한민국 최초 자력 위성 발사 성공[25] |
나로호는 3차 발사 성공을 끝으로 운용이 종료되었으며, 후속 발사체로 누리호가 개발되어 운용 중이다. 각 발사에 대한 자세한 내용은 하위 문단에서 확인할 수 있다.
3. 1. 1차 발사 (2009년 8월 25일)
나로호 1호기의 첫 번째 발사는 여러 차례 연기되었다. 2008년 8월에는 중국 쓰촨성 지진 등의 여파로 발사대 관련 부품 도입에 차질이 생겨 발사 예정일이 2009년 2분기로 연기되었고[148], 2009년 3월에는 성능시험 항목 추가를 이유로 2009년 7월 30일로 연기되었다. 이후 러시아 측의 사정으로 발사 예정일은 2009년 8월 11일[149], 다시 8월 19일로 변경되었다[149]. 최종적으로 발사 연기는 총 7차례에 달했다.[82]2009년 8월 19일 첫 발사 시도가 있었으나, 발사 카운트다운이 7분 56초 남은 상황에서 자동 발사 시퀀스가 중단되어 발사가 취소되었다.[82]
결국 8월 25일 한국 시간 17시 00분, 나로호 1호기는 과학기술위성 2A호(STSAT-2A)를 탑재하고 나로우주센터에서 발사되었다.[20][83] 발사체는 남쪽 동중국해 상공을 지나 오키나와 근해를 통과하며 고도 300km 이상까지 상승했다.[83] 그러나 위성 보호 덮개인 페어링의 한쪽이 정상적으로 분리되지 않는 문제가 발생했다.[21][26][83] 이로 인해 로켓은 추가적인 무게 부담으로 정상 궤도를 벗어나 계획된 고도보다 20km 더 높이 올라갔다가[21] 궤도 속도에 도달하지 못하고 추락했다. 탑재된 과학기술위성 2A호는 대기권 재진입 과정에서 소실된 것으로 추정된다.[27][83]
실패 후 진행된 조사 결과, 페어링의 한쪽은 발사 216초 후 정상적으로 분리되었으나, 다른 한쪽이 264초 후에 분리되면서 2단 추진체의 무게 중심이 틀어져 목표 궤도 진입에 실패한 것으로 밝혀졌다.[84] 실패 책임 소재에 대해 당시 김중현 교육과학기술부 제2차관은 "페어링 분리 부분은 한국이 담당하고 있지만, 러시아가 기술 지원을 총괄적으로 맡았으므로 공동 책임을 진다"고 언급했다.
한편, 발사 실패 후 불타지 않은 로켓의 일부 부품이 오스트레일리아의 다윈 근교에 떨어졌으나[85], 인명 피해는 보고되지 않았다.
3. 2. 2차 발사 (2010년 6월 10일)
2차 발사 시도 전에 러시아 기술자가 부산 시내에서 자살을 시도하는 사건이 있었으나 생명에는 지장이 없었고, 발사 일정은 연기되지 않았다.[158][87][88] 2010년 6월 7일, 나로호를 발사대에 수직으로 세우는 기립 작업 중 발사체 상태를 확인하는 전기 신호가 불안정하게 감지되는 이상 징후가 발생했다. 한국항공우주연구원(항우연)은 6시간의 조사에도 원인을 찾지 못했으나, 결국 기립 작업을 중단했다가 불안정 현상이 해소되었다며 야간에 조명까지 동원해 20분 만에 기립 작업을 완료했다.[89][90]대한민국 고흥군의 나로우주센터에서 과학기술위성 2B호를 탑재한 나로호는 원래 2010년 6월 9일 17시에 발사될 예정이었다. 그러나 발사를 약 3시간 30분 앞둔 13시 28분경, 발사대 소방 시설이 전기 장치 결함으로 오작동하여 노즐 3곳에서 화학 용제와 소화 용액이 분출되는 사고가 발생했다. 이로 인해 발사 운용 절차가 중단되었고 발사는 연기되었다.[93][94][31] 당시 교육과학기술부 대변인은 발사체 자체에는 영향이 없을 것으로 판단하며, 한·러 비행시험위원회에서 재발사 일정을 정할 것이라고 밝혔다.
나로호는 다음 날인 2010년 6월 10일 17시 1분에 발사되었다.[22] 발사 후 137.19초까지는 정상적으로 비행했으나, 이후 지상 추적소와의 통신이 두절되었다. 고도 70km 지점에서 페어링 분리 여부부터 확인되지 않았다. 문화방송이 공개한 나로호 비행 영상에는 첫 번째 폭발 후 추가 폭발이 일어나며 추락하는 모습이 담겼다.[152][159][24][96] 안병만 당시 교육과학기술부 장관은 공식 브리핑을 통해 나로호가 1단 연소 구간에서 비행 중 폭발했을 것으로 추정하며 2차 발사가 실패했음을 공식 발표했다. 한국항공우주연구원은 즉시 원인 규명에 착수했다.
발사 실패 원인을 규명하는 과정에서, 발사 전날 있었던 발사체 기립 과정에서의 고장에도 불구하고 한국항공우주연구원이 발사 연기를 규정한 '발사계획서'를 무시하고 발사를 강행했다는 비판이 제기되었다. 당시 한나라당 소속 김선동 의원은 국회 교육과학기술위원회 회의에서 항우연이 작성한 발사계획서에 '지상 전기케이블 이상' 발생 시 '발사 연기'를 하도록 명시되어 있음에도, 7일 발생한 '지상측정시스템(GMS)' 연결 커넥터 이상에도 불구하고 발사를 강행했다고 지적했다. 발사계획서상 연기 사유에 해당하는 고장을 단 몇 시간 만에 보완했다고 판단하고 발사를 진행한 것에 대해, 성과에 집착하여 무리하게 발사를 추진한 것이 아니냐는 비판이 나왔다.[160] 이로 인해 국민들의 비판적인 여론이 형성되기도 했다.[161]
한국항공우주연구원은 러시아와 함께 한·러 공동조사위원회(FRB)를 구성하여 실패 원인 분석에 착수했다.[32] 나로호는 1단 추진체를 러시아가, 2단 및 위성체는 한국이 담당하여 개발했는데, 만약 러시아가 담당한 1단 문제로 밝혀질 경우 계약상 러시아가 1단 로켓을 한 번 더 제공해야 했다. 그러나 계약서상 한국의 요구 권한이 명시되어 있더라도 러시아의 이행 의무 규정이 명확하지 않아 해석상 논란의 여지가 있었다. 또한, 러시아 담당 부분이 정상 작동했다면 설령 발사 전체가 실패했더라도 러시아 측에서는 성공으로 간주할 수 있다는 해석도 제기되었다.[162]
한·러 공동조사위원회(FRB)는 2011년 1월 러시아에서 4차 회의를 열었으나, 실패 원인을 두고 양측의 의견 차이를 좁히지 못했다. 항우연 측은 러시아가 제작한 1·2단 분리 장치의 문제를, 러시아 측은 한국이 제작한 2단의 비행종료시스템(FTS) 오작동을 원인으로 지목하며 의견 차이를 좁히지 못했다.[163][97][98] 결국 원인 규명이 지연되면서 당초 2011년 말로 예정되었던 3차 발사는 2012년 2분기 이후로 미뤄질 것으로 전망되었다.[163]
정부는 2차 발사 실패 원인을 명확히 규명하고 보완해야만 3차 발사를 추진할 수 있다는 신중한 입장을 보였다. 이는 3차 발사마저 실패할 경우 정권에 부담이 되고 향후 우주 개발 계획 전반에 타격을 줄 수 있다는 우려와 함께, 일각의 부정적인 견해도 영향을 미친 것으로 보인다. '성공해도 본전'이라는 인식과 함께, 러시아와의 협력을 통해 얻을 기술적 이득은 이미 충분히 얻었으므로 독자 개발로 전환해야 한다는 주장도 제기되었다. 반면, 한국항공우주연구원과 과학기술계는 발사 전 과정을 경험하는 것이 중요하며, 성공 시 얻게 될 연구진의 자신감이 향후 국산 발사체 개발에 큰 자산이 될 것이라며 3차 발사를 추진해야 한다는 입장이었다. 특히 3차 발사에 필요한 2단 발사체는 이미 제작되어 있어 추가 비용 부담이 적다는 점도 강조했다.[164]
이후 2011년 6월 8일, 한국항공우주연구원과 러시아 흐루니체프사 전문가들은 폭발 원인 가능성을 다음 세 가지로 압축했다.[165]
# 2단 로켓 고체 킥모터의 비행종료시스템(FTS) 오작동으로 인한 점화 및 폭발
# 러시아 측 1단 산화제 시스템 오작동으로 인한 산화제 누설 및 1-2단 연결부에서의 발화
# 1단부의 1-2단 분리용 폭발 볼트 오작동 후 발생한 1차 충격
2차 발사 실패 후, 3차 발사에서는 한국항공우주연구원이 제작한 2단 비행종료시스템을 제거하고, 러시아가 공급한 1단 시스템 및 페이로드 작동 전기 시스템 등을 변경하기로 계획되었다.[43]
'''발사 과정 요약'''
| 시각 (KST) | 상태 | 비고 |
|---|---|---|
| 15:07 | 나로호 1단 연료 충전 시작 | |
| 15:53 | 나로호 1단 연료 충전 완료 | |
| 16:46:00 | 최종 카운트 다운 시작 상단 배터리 전원공급 | |
| 17:01:00 | 나로호 2차 발사 이륙 | |
| 17:01:55 | 나로호 음속돌파 | |
| 17:03:17 | 나로호 폭발 추정 (통신 두절) | 이륙 후 137.19초 |
3. 3. 3차 발사 (2013년 1월 30일)
1, 2차 발사의 실패 이후, 대한민국 정부와 러시아는 3차 발사 추진 여부를 놓고 난항을 겪었다. 계약상 발사 실패 시 러시아 측이 1단을 무상으로 제공하기로 되어 있었으나, 실패 원인에 대한 양측의 입장이 달라[62][65][100][96] 3차 발사 자체가 불투명한 상황이었다. 수차례의 공동 조사 위원회(FRB)와 공동 조사단(FIG) 회의에도 불구하고 명확한 원인 규명에는 이르지 못했으나[113][114][118][119], 결국 2010년 10월 양측은 3차 발사 추진에 합의하고 관련 문서에 서명했다.[111][112] 이때 한국 측의 추가 비용 부담은 없었으며, 발사 시기는 당초 2011년 말 또는 2012년 초로 예상되었으나[111] 원인 규명 난항 등으로 연기되었다. 최종적으로는 실패 원인이 되었을 가능성이 있는 모든 부분을 개선하여 3차 발사를 진행하기로 결정했다.[118][119]3차 발사에는 기존 과학기술위성 2호 시리즈가 1, 2차 발사로 소진됨에 따라 새로 개발된 나로과학위성(STSAT-2C)이 탑재되었다. 개발 비용과 기간을 단축하기 위해 기존 위성보다 일부 기능이 간소화되었다. 3차 발사체는 1단과 상단(2단)의 기본 성능은 이전과 동일했지만, 실패 가능성을 줄이기 위해 몇 가지 개선이 이루어졌다. 대표적으로 KARI에서 제작한 2단 비행 종료 시스템(FTS)을 제거하고[43], 페어링 분리 시스템을 저전압 방식으로 교체했으며[120], 외부 산화제 주입 파이프와 발사장 시설(소방 장치, 연료 주입 시설 등)도 보완되었다.
당초 3차 발사는 2012년 10월로 예정되었으나[120], 발사 당일 1단 로켓과 발사대를 연결하는 부위의 헬륨가스 누출(손상된 고무 씰 문제[35])로 인해 발사가 연기되었다.[36][37][38] 추가 조사 결과 로켓과 발사대 연결 어댑터 블록 자체의 결함이 발견되어 러시아에서 새 부품을 공수해야 했다.[41][42] 이후 11월 29일 오후 4시로 발사 일정이 다시 잡혔으나, 발사를 불과 17분 앞두고 2단 로켓 추력제어기에서 전기 신호 이상(과도한 전류 측정)이 감지되어 또다시 발사가 중단되었다.[39] 익명의 전문가는 수많은 테스트 과정에서는 문제가 없던 부품이 발사 직전에 고장 난 점에 대해 의문을 제기하기도 했다. 거듭된 발사 연기로 인해 고흥군은 어민들에게 두 차례에 걸쳐 어업 손실 보상을 실시하기도 했다.[166] 대한민국 정부는 이번 발사가 마지막 시도이며, 실패 시 프로젝트를 종료할 것이라고 발표하기도 했다.[40]
여러 차례의 연기 끝에 마침내 2013년 1월 30일 오후 4시, 나로우주센터에서 나로호의 3차 발사가 성공적으로 이루어졌다.[3] 이는 대한민국이 자체 발사장에서 자국 기술이 포함된 발사체로 인공위성을 저궤도에 진입시킨 최초의 성공 사례이다. 발사 과정은 다음과 같다.
| 시각 (KST) | 상태 | 비고 |
|---|---|---|
| 10:07 | 나로호 1단 연료 탱크 관련 탑재물 기능 점검 완료 | |
| 11:28 | 나로호 상단 자세제어시스템용 질소가스 충전 시작 | |
| 14:00 | 나로호 1단 산화제 탱크 냉각 시작, 발사 시각 공식 발표 | |
| 14:03 | 나로호 1단 산화제 충전 시작 | |
| 14:45 | 상단 질소가스 충전, 1단 연료 및 산화제 헬륨가스 충전 | |
| 14:59 | 나로호 1단 연료 충전 완료 | |
| 15:10 | 나로호 1단 산화제 충전 완료, 산화제 보충 충전 진행 | |
| 15:11 | 나로호 기립장치 철수 작업 시작 | |
| 15:22 | 나로호 자세제어 시스템용 질소가스 충전 완료 | |
| 15:45:00 | 최종 카운트 다운 시작, 발사 준비 완료 | |
| 16:00:00 | 나로호 발사, 발사대 회피 기동 작동 | 성공 |
| 16:00:54 | 음속 돌파 | 성공 |
| 16:03:35 | 페어링 분리 | 성공 |
| 16:03:49 | 1단 엔진 정지 | 성공 |
| 16:03:52 | 1단 분리 | 성공 |
| 16:06:35 | 2단 로켓 킥모터 엔진 점화 | 성공 |
| 16:07:33 | 목표 궤도 진입, 2단 로켓 연소 완료 | 성공 |
| 16:09:00 | 위성 분리 | 성공 |
| 17:00:00 | 발사 성공 여부 공식 발표 | 성공 |
| 17:26:00 | 나로과학위성, 노르웨이 지상국과 첫 교신 | 성공 |
| 익일 03:27:12 | 나로과학위성, 대한민국 내 지상국과 첫 교신 | 성공 |
나로호에서 성공적으로 분리된 나로과학위성은 약 1년간 지구 저궤도에서 우주 환경 관측 임무를 수행할 예정이었다.[167]
나로호 3차 발사 성공은 조선민주주의인민공화국이 자체 개발한 은하 3호 로켓 발사에 성공한 지 약 한 달 만에 이루어졌으며[46], 당시 북한의 3차 핵실험 계획이 거론되던 시점이기도 했다.[47]
4. 성과 및 논란
나로호 개발을 통해 대한민국은 우주발사체 관련 핵심 기술을 확보하는 성과를 거두었다. 2009년 5월 한국연구재단의 분석에 따르면, 나로호 개발을 통해 국내 발사체 기술 수준이 선진국 대비 46.3%에서 83.4%로 크게 향상되었다.[142] 특히 수십만 개의 부품을 통합하여 설계, 제작, 시험, 조립, 운영, 발사에 이르는 전 과정을 종합적으로 관리하는 체계 기술의 습득이 중요한 성과로 평가된다. 이러한 체계 기술은 문서나 이론만으로는 얻기 어렵고 실제 발사체 개발 경험을 통해 체득해야 하는 기술인데, 러시아와의 공동 개발을 통해 이를 확보할 수 있었다.[142] 또한 개발 초기 국제협력 불발에 대비하여 자력개발안을 병행 추진하는 과정에서 KARI 30톤급 로켓엔진 시제품을 제작하였으며, 이는 후속 발사체인 누리호의 KARI 75톤급 로켓엔진 개발에 중요한 밑거름이 되었다.[168]
한편, 나로호 개발 과정에서는 여러 논란도 제기되었다. 가장 큰 쟁점은 1단 로켓을 러시아 안가라 로켓의 완제품 형태로 도입했다는 점에 대한 비판이었다. 그러나 나로호 개발은 처음부터 한·러 공동개발을 기본 방향으로 설정했으며[142], 전체 시스템 개발을 양국이 함께 수행했다는 점에서 단순 부품 수입과는 다르다는 반론이 있다. 또한 초기 3번의 발사에 총 5000억원 (당시 약 4.5억달러) 이상이 소요되면서[11], 막대한 예산 투입 대비 실효성에 대한 국민적 우려가 제기되기도 했다.[11]
4. 1. 안가라 로켓과의 관계
나로호 1단은 러시아 안가라 로켓의 범용로켓모듈(URM-1)을 기반으로 제작되었다.[8] 이는 당초 완전한 국산 로켓 개발 계획이 미국의 정치적 압력 등으로 인한 기술적 제약에 부딪히면서 변경된 결과이다.[8] 소련 붕괴 후 신형 안가라 로켓 개발 예산이 부족했던 러시아는 국제 공동개발을 모색했고, 한국이 참여하면서 나로호 사업이 추진되었다.나로호 1단 엔진은 RD-191의 추력을 190톤에서 170톤급(1.7 MN)으로 낮춘 RD-151 엔진을 사용했다.[16][17] 이 엔진은 러시아에서 완제품 형태로 직수입되었으나, 연료통 등 나머지 1단 동체와 부품들은 한국에서 제작되었다. 러시아에서 1단 엔진 완제품을 수입한 점에 대해 비판적인 시각도 있었지만, 나로호 개발은 기본적으로 한국과 러시아가 전체 시스템 개발을 공동으로 수행하는 방식이었으므로 단순 부품 도입과는 성격이 다르다는 반론도 제기되었다.[142] 실제로 미국의 아틀라스 V 로켓도 러시아제 RD-180 엔진을 수입해 사용하며, 일본 역시 초기 액체연료 로켓 1단은 미국의 기술을 도입하여 N-I부터 H-I까지 라이선스 생산한 경험이 있다.[169]
초기 계획 단계에서는 1단 서브시스템의 설계, 제작, 시험을 러시아가 담당하고 한국 기술진이 참여하는 공동개발 방식이었으나[145][146], 2006년 한러 우주기술보호협정 체결 과정에서 러시아 의회가 기술 유출 방지를 이유로 제동을 걸면서 기술 이전이 제한되었다.[147] 또한, 한국은 RD-191 엔진의 설계도와 실물을 받아 국산화하려 했으나, 미국 국무부의 제동으로 관련 계약이 중도 취소되기도 했다.
나로호와 러시아 안가라 로켓의 초기 모델인 안가라 1.1은 1단 로켓(URM-1)을 공유하지만, 2단과 탑재 중량 등에서 차이가 있다.
| 비교 | 나로호 | 안가라 1.1 |
|---|---|---|
| 길이 | 33m | 34.9m |
| 직경 | 2.9m | 2.9m |
| 무게 | 140ton | 149ton |
| 1단 엔진 | RD-151 (추력 170톤급) | RD-191 (추력 200톤급) |
| 2단 | KRE-KM (추력 8톤급 고체연료) | 브리즈-KM (추력 2톤급 액체연료) |
| 탑재 중량 (저궤도) | 100kg | 2ton |
나로호 사업 이후에도 한국은 독자적인 발사체 기술 확보 노력을 지속했다. 추력 30톤급 가스발생기 사이클 엔진인 KRE-030을 개발했으며, 이는 안가라 로켓 2단(URM-2)에 사용되는 추력 30톤급 단계식 연소 사이클 엔진 RD-0124A와 비교될 수 있다. 또한 항우연은 2010년부터 연구를 시작하여 추력 10톤급 단계식 연소 사이클 엔진 KRE-010 개발도 진행했다.[170]
2021년 10월, 누리호 첫 발사 이후 중앙일보는 조광래 전 KARI 원장의 인터뷰를 통해 나로호 개발 비화를 보도했다. 나로호 3차 발사 성공 후, 러시아 측이 RD-151 엔진이 장착된 1단 지상 검증용 발사체(GTV)를 한국에 남겨두고 갔다는 것이다. 조 전 원장은 당시 러시아의 경제적 어려움과 혼란 속에서 벌어진 일로 추측하며, 계약상 GTV의 한국 인도가 명시된 점을 근거로 러시아 반출을 막았다고 밝혔다. 이 일로 러시아 흐루니체프 우주센터 사장이 해임된 것으로 알려졌다.[138] 한국은 이 GTV의 RD-151 엔진을 누리호 개발 및 향후 고성능 단계식 연소 사이클 엔진 개발에 활용하고 있는 것으로 전해졌다.[138]
4. 2. ICBM 전용 가능성
나로호는 우주 로켓이지만, 모든 우주 로켓은 ICBM으로 전용될 수 있다는 가능성이 제기된다.이러한 주장은 러시아가 안가라 로켓의 첫 시험 발사를 ICBM 형식으로 진행하면서 더욱 주목받았다. 2014년 7월 9일, 러시아는 플레세츠크 우주 기지에서 안가라-1.2pp를 발사했다. 이 로켓은 1.43ton의 모의 탄두를 싣고 22분 동안 5700km를 비행하여 캄차카반도의 쿠라 미사일 시험장에 도달했다. 플레세츠크에서 쿠라까지의 경로는 통상적인 ICBM 시험 발사 경로이며, 이 발사는 러시아 우주국이 아닌 러시아군이 주관하여 성공을 확인했다.
한국이 발사한 나로호는 안가라 1.1 모델과 관련이 있는 것으로 알려져 있으며, 2008년 이명박 당시 대통령이 러시아 방문 시 안가라 1.1 로켓 모형을 선물 받기도 했다. 러시아가 안가라 로켓의 첫 시험 발사를 ICBM 방식으로 진행한 것은, 한국 정부가 나로호를 평화적인 우주 개발용이라고 강조했던 것과는 대조적인 모습이다. 이는 나로호 역시 군사적 목적으로 전용될 수 있음을 시사하는 사례로 해석될 수 있다.
과거 한국 정부와 일부 언론에서는 나로호에 사용되는 액체산소 연료는 군사용으로 부적합하다는 주장을 펴기도 했다. 액체산소는 저온 보관이 필요하고 증발 문제가 있어 즉각적인 발사가 중요한 ICBM에는 맞지 않다는 논리였다. 하지만 러시아는 안가라 로켓 시험 발사를 통해 액체연료 로켓도 ICBM 방식으로 운용 가능함을 보여주었다. 또한, 1960년대 미국의 초기 ICBM인 HGM-25A 타이탄 I 역시 지하 사일로에서 액체산소를 연료로 사용했으며, 연료 주입에 약 15분이 소요되어 명령 후 발사까지 약 20분이 걸렸다. 이는 액체산소 사용이 군사적 운용에 반드시 제약이 되는 것은 아님을 보여주는 역사적 사례이다.
2020년 기준으로 러시아가 운용 중인 SS-19 ICBM의 발사 준비 시간은 약 25분으로 알려져 있다. 타이탄 I의 사례에 비추어 볼 때, 나로호 역시 별다른 개조 없이도 20분 내외의 준비 시간을 거쳐 ICBM으로 사용될 수 있다는 추정이 가능하다.
5. 나로호 1단 엔진
나로호 사업 초기에는 KSR-III 엔진을 여러 개 묶어 사용하는 방식 등 국내 기술을 활용한 발사체 개발을 목표로 했으나, 기술적 한계와 성능 문제에 부딪혔다. 특히 1998년부터 개발된 KSR-III의 가압식 엔진은 탱크 무게 문제로 성능 저하가 예상되어, 2000년 7월에는 1단에 더 강력한 터보펌프식 액체연료엔진을 새로 개발하고 2단에 KSR-III 엔진을 사용하는 방안이 제시되었다.[142][143]
2001년 대한민국이 미사일 기술 통제 체제(MTCR)에 가입하면서 외국과의 기술 협력이 가능해졌고, 러시아와의 협력을 통해 1단 엔진 문제를 해결하고자 했다.[144] 초기 계획은 1단은 한러 공동개발, 2단은 국내 개발 방식으로 진행될 예정이었다. 1단 서브시스템의 설계, 제작, 시험은 러시아가 담당하고 한국 기술진이 참여하는 형태였다.[145][146] 2004년에는 한러 우주기술협력협정이 체결되면서 협력이 강화되는 듯 보였다.
그러나 2005년 말, 러시아 의회가 기술 유출 우려를 제기하며 우주기술보호협정의 조기 체결 및 강화를 요구하면서 사업에 제동이 걸렸다. 이로 인해 기술 이전 범위가 축소되고 한국 기술진의 참여와 자료 확보가 예상보다 어려워졌다.[147] 나아가 미국 국무부가 ICBM 기술 이전 가능성을 문제 삼아 항의하자, 러시아와의 계약 내용이 변경되어 당초 논의되었던 1단 엔진의 국내 생산 계획은 무산되었다. 원래 계약은 러시아 완제품 엔진으로 시험 발사 후 한국이 1단 엔진을 국내 생산하는 것이었으나, 미국의 반대로 인해 러시아는 완제품 엔진 제공 및 기술 이전에 소극적인 태도를 보이게 되었다.
나로호 1단에는 러시아 NPO 에네르고마쉬에서 개발한 RD-191 엔진의 파생형인 RD-151 엔진이 사용되었다. 이는 RD-191의 추력을 190톤포스에서 170톤포스(1.7MN)로 낮춘 버전이다.[16][17] 이 엔진은 액체 산소와 케로신을 연료로 사용한다.
한편, 2021년 10월 조광래 전 한국항공우주연구원 원장은 언론 인터뷰를 통해 2008년 8월 러시아가 RD-191 엔진 완제품 1기를 한국에 제공했다고 밝혔다.[171] 또한 나로호 3차 발사 성공 이후인 2013년, 러시아 측이 RD-151 엔진이 장착된 1단 지상 검증용 발사체(GTV)를 한국에 남겨두고 갔다는 사실도 공개했다. 조 전 원장은 당시 러시아의 경제적 어려움과 혼란 속에서 가능한 일이었으며, 계약서상 GTV의 한국 측 인도가 명시되어 있어 반출을 막을 수 있었다고 주장했다. 이 GTV의 RD-151 엔진은 이후 누리호 개발 과정에서 참고용으로 활용된 것으로 알려졌다.[138]
나로호 1단의 주요 제원은 다음과 같다.
| 구분 | 내용 |
|---|---|
| 사용 엔진 | RD-151 x 1 (앙가라 URM) |
| 추진제 | 액체 산소 / 케로신 |
| 추력 (진공) | 1,856.6 kN |
| 비추력 (진공) | 340 s |
| 연소 시간 | 300.1 s |
| 출처:[132][133][134] | |
6. 세계의 최초 우주발사체 비교
알제리에서 발사했다.
오스트레일리아에서 발사했다.
오스트레일리아에서 발사했다.
프랑스령 기아나에서 발사했다.