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누리호

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목차

1. 개요

누리호는 대한민국이 자체 기술로 개발한 3단형 우주 발사체이다. 1996년 우주 개발 계획 수립 이후, 2010년 개발 사업이 본격적으로 시작되어 75톤급 액체 엔진과 7톤급 액체 엔진을 사용한다. 누리호는 2018년 시험 발사에 성공했으며, 2021년 1차 발사에서 3단 엔진 문제로 실패했으나, 2022년 2차 발사에서 성능검증위성을 궤도에 성공적으로 진입시켰고, 2023년 3차 발사에서 실용위성을 궤도에 안착시키는 데 성공했다. 2025년부터 2027년까지 추가 발사가 예정되어 있으며, 차세대 발사체 개발도 진행될 예정이다. 누리호 개발은 대한민국 우주 기술 자립의 중요한 이정표로 평가받으며, 상업용 발사 서비스 시장 진출 및 우주 산업 발전에 기여할 것으로 기대된다.

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누리호
기본 정보
2021년 10월 21일, 나로 우주 센터에서 발사되는 누리호
이름누리 (KSLV-II)
로마자 표기Nuri
문화어누리호
영어Korea Space Launch Vehicle-II
기능궤도 발사체
제조사한국항공우주연구원 (설계)
한국항공우주산업 (최종 조립)
한화에어로스페이스 (엔진 제조)
현대중공업 (발사대)
원산지대한민국
개발 비용₩ 1조 9600억; 미화 17억 달러 (우주 기지 포함)
높이47.2 m
지름3.5 m
질량200,000 kg
단수3단
상태작동 중
발사 장소나로 우주 센터, LC-2
발사 횟수3회
성공 횟수2회
실패 횟수1회
첫 발사2021년 10월 21일, 08:00 UTC
마지막 발사2023년 5월 25일, 09:24 UTC
탑재물모형 위성
궤도 탑재 능력
LEO (200 km)3,300 kg
SSO (500 km)2,200 kg
SSO (700 km)1,900 kg
GTO1,000 kg
1단
구분1단
길이21.6 m
지름3.5 m
엔진4 × KRE-075 SL
추력2,942 kN
비추력261.7초 (해수면), 298.6초 (진공)
연소 시간127초
연료Jet A / LOX
2단
구분2단
지름2.6 m
엔진1 × KRE-075 진공
추력788 kN
비추력315.4초 (진공)
연소 시간148초
연료Jet A / LOX
3단
구분3단
길이3.5 m
지름2.6 m
엔진1 × KRE-007 진공
추력68.7 kN
비추력325.1초 (진공)
연소 시간498초
연료LOX / Jet A-1
기타
홈페이지누리호 공식 홈페이지

2. 역사

대한민국의 우주발사체 독자 개발 계획은 1996년 우주개발중장기기본계획 수립과 함께 시작되었다. 초기에는 소형위성 발사체부터 단계적으로 개발하는 방향이었으나, 계획 변경과 기술적 도전을 거치며 2007년에는 1.5톤급 실용위성 발사체를 독자 개발하는 방향으로 전환되었다.[97] 여러 후보안 검토 끝에 75톤급 액체엔진 4기를 1단에 사용하는 K2안이 최종 채택되었고,[99] 이는 현재 누리호 설계의 기반이 되었다.

누리호 개발은 2010년부터 본격적으로 시작되었으며,[17][18] 러시아와의 협력으로 개발된 나로호와 달리, 설계부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모든 과정을 대한민국 독자 기술로 수행하는 것을 목표로 했다. 이를 위해 한국항공우주연구원(KARI)뿐만 아니라 국내 산업체, 대학 등이 참여하는 '개방형 사업단' 방식으로 추진되었다.[46][103] 단계적인 개발 과정을 거쳐, 2018년 11월 누리호 시험발사체 발사에 성공하며 75톤급 엔진 성능을 검증했고,[49] 2021년 3월에는 75톤급 엔진 4기를 묶은 1단부 종합연소시험을 성공적으로 마쳤다.[104]

2021년 10월 첫 번째 발사에서는 위성 모사체의 궤도 안착에 실패했으나,[51][52] 2022년 6월 21일 두 번째 발사에서 성능검증위성과 큐브샛 등을 성공적으로 목표 궤도에 투입하며 독자적인 우주 수송 능력을 확보했다.[53] 누리호 개발 성공 이후, 엔진 성능 개선 등을 통해 탑재 중량을 1.5ton에서 2.8ton까지 늘리는 후속 연구가 계획되어 있다.

2. 1. 초기 계획 (1996년 ~ 2009년)

대한민국에서 우주발사체를 국내에서 개발하겠다는 계획은 1996년 발표된 우주개발중장기기본계획에서 처음으로 정해졌다. 이는 구체적인 계획보다는 장기적인 목표를 제시하는 선언적인 성격이었다. 실질적인 계획은 2000년에 발표된 우주개발중장기기본계획 수정(안)에서 구체화되었으며, 위성 발사체 개발 계획을 크게 3단계로 나누었다.

# 2005년까지 100kg급 저궤도 소형위성 발사체 개발

# 2010년까지 1톤급 저궤도 실용위성 발사체 개발

# 2015년까지 1.5톤급 저궤도 실용위성 발사체 개발

그러나 첫 단계인 소형위성 발사체 개발 계획이 변경되고 지연되면서, 2005년 우주개발중장기기본계획에서는 기존의 3단계 개발 계획을 수정했다. 2007년과 2015년 두 번에 걸쳐 발사체를 개발하는 것으로 변경되었고, 2010년 발사 예정이었던 1톤급 저궤도 실용위성 발사체 계획은 폐기되었다.

2006년 '실용위성 발사체(KSLV-Ⅱ) 개발 사업을 위한 조사분석 연구(KAIST, 박승오)'에서는 총 8개의 발사체 구성안을 검토했다. 이 연구에서는 해외 협력을 우선으로 하되, 어려울 경우 자력 개발안(VK2)을 채택하는 방안을 제시했다. 하지만 2007년 5월부터 7월까지 세 차례 열린 '발사체 기술자립을 위한 전문가 검토회의'에서는 발사체 자력 개발안을 확립했다. 이에 따라 30톤급 액체엔진 개발은 중단하고, 80톤급 액체엔진을 개발하여 1.5톤급 실용위성 발사체를 개발하는 방향으로 결정되었다.[97]

이 결정에 따라 2008년과 2009년 한국과학기술기획평가원에서 한국형발사체 개발사업에 대한 예비타당성조사를 실시했다. 조사에서는 크게 나로호의 RD-151 엔진을 1단에 사용하는 R1 ~ R3 안과 55~75톤급 엔진을 독자 개발하여 사용하는 K1 ~ K7 안을 비교 검토했다. 각 안의 구체적인 내용은 다음과 같다.[98]

구분ID부스터1단2단3단비고채택
RD-151
엔진 기반		R1-RD-151
스테이지 도입		30톤+3톤
스테이지 도입		-흐루니체프 제안아니오
R2-RD-151
스테이지 도입		25톤7.5톤 (KM)EADS-ST 제안아니오
R3-RD-151
엔진 기술 도입		1단 엔진만 해외 도입아니오
55~75톤급
엔진 기반		K155톤×455톤×425톤7.5톤 (KM)EADS-ST 제안아니오
K2-75톤×475톤5톤 (가압식)-예
K3RD-8 (8톤)
엔진 기술 도입		RD-8 엔진 기술도입 후 자력 생산 또는 도입아니오
K4-75톤×4HM7B (6.4톤)
스테이지 도입		-2단 스테이지 해외도입아니오
K5-75톤×5RD-8 (8톤)
엔진 기술 도입		-RD-8 엔진 기술도입 후 자력 생산 또는 도입아니오
K6-75톤×4RD-809 (9톤)
엔진 기술 도입		-RD-809 엔진 기술도입 후 자력 생산 또는 도입아니오
K761톤×461톤×25톤 (가압식)--아니오



비교 검토 결과, R1 ~ R3 안은 독자적인 자력 개발 목표와 맞지 않아 제외되었다. 나머지 K안들에 대한 적절성 평가를 거쳐 최종적으로 K2안이 채택되었다.[99]

2. 2. 누리호 개발 본격화 (2010년 ~ 현재)

대한민국 최초의 인공위성 발사체인 나로호가 러시아와의 기술 협력을 통해 개발된 것과 달리, 누리호는 대한민국의 독자 기술로 개발되었다.[46] 나로호 개발 과정에서 러시아로부터 1단 로켓 엔진 기술을 이전받으려던 계획이 무산되면서, 독자 개발의 기술적 실현 가능성에 대한 불확실성으로 인해 개발 예산 편성이 여러 차례 연기되기도 했다. 2010년도 예산에서 처음으로 본예산이 승인되면서 누리호 개발 사업이 본격적인 "개발 연구" 단계에 진입했다.[48] 개발 목표는 대한민국 자체 기술로 완전히 개발된 새로운 일회용 중형 발사체를 확보하는 것이었다.[17][18]

나로호 개발 당시 한국항공우주연구원(KARI)이 개발을 주도했던 경험을 바탕으로, 누리호는 대한민국의 산업계(기업), 학계(대학), 연구계(KARI)가 긴밀하게 협력하는 "개방형 사업단" 형태로 개발이 추진되었다.[46] 사업 초기부터 시험 시설 구축과 부품 개발 등에 기업의 주도적 참여를 유도하는 계획을 세웠다.[103] 개발 총 예산은 2014년 1월 기준으로 약 1.96조원으로 책정되었으며,[45] 약 1,000명의 전문 인력이 개발에 참여했다.[46][47] 누리호가 2022년 6월 처음으로 위성을 궤도에 진입시키는 데 성공하기까지, 개발 프로그램에 투입된 총 비용은 약 15억달러로 추산된다.[19]

2013년 11월, 제6회 국가우주위원회는 「한국형발사체 개발계획 수정(안)」을 통과시켰고, 이에 따라 누리호 개발은 3단계로 나누어 진행되게 되었다.[100][101]

  • 1단계 (2010년 3월 ~ 2015년 7월): 발사체 예비설계 완료, 액체엔진 시험설비 구축, 3단에 사용될 7톤급 엔진 개발 추진.[48]
  • 2단계 (2015년 8월 ~ 2019년 2월): 발사체 상세설계, 1단 및 2단에 사용될 75톤급 엔진 개발 및 인증, 시험발사체 발사 수행. (당초 2018년 3월 종료 예정이었으나 2019년 2월로 연장)[48][102]
  • 3단계 (2018년 4월 ~ 2022년 3월): 75톤급 엔진 4기를 클러스터링하는 기술 완성, 각 단별 시스템 기술 개발 완료, 발사체 인증 및 2회 발사 수행. (당초 2021년 3월 종료 예정이었으나 2022년 3월로 연장)[100][101][102]


2단계 목표 중 하나였던 시험발사체(TLV)는 KRE-075 엔진의 성능을 검증하기 위한 1단형 발사체였다. TLV는 길이 25.8m, 지름 2.6m, 무게 52.1ton이었으며, 주 엔진은 완전 짐벌 방식의 액체로켓 추진제 엔진이었다.[23][24] 2018년 11월 28일, 누리호 시험발사체는 성공적으로 발사되어 탄도 비행 시험을 완료했다.[49]

이후 3단계 개발 과정에서 2021년 3월에는 KRE-075 엔진 4기를 클러스터링한 누리호 인증모델(QM, Qualification Model) 1단의 종합연소시험이 성공적으로 수행되었다.[104]

2021년 10월 21일, 누리호의 첫 번째 발사가 시도되었으나, 3단 엔진이 계획보다 일찍 연소를 종료하면서 탑재되었던 위성 모사체가 목표 궤도에 안착하는 데는 실패했다.[51][52]

2022년 6월 21일, 누리호 2차 발사가 성공적으로 이루어졌다. 이 발사를 통해 180kg이 넘는 성능검증위성 1기와 대한민국 대학들에서 개발한 큐브샛 4기, 그리고 1.3ton의 위성 모사체로 구성된 탑재체가 성공적으로 목표 궤도에 안착했다.[53] 이 성공으로 대한민국은 독자적인 우주발사체 기술을 확보하게 되었다.

3. 설계

2022년 6월 21일 나로우주센터에서 발사된 누리호(KSLV-II)의 두 번째 발사


KRE-075 엔진


누리호는 한국 독자 기술로 개발된 3단형 우주발사체이다. 98.2도의 궤도경사각을 가진 700km 태양동기궤도에 1500kg의 화물을, 80도의 궤도경사각을 가진 300km 지구저궤도에 2600kg의 화물을 올릴 수 있도록 설계되었다. 위성을 탑재하는 페어링 내부에는 직경 2.7m, 길이 4m 크기의 공간이 있다. 이는 과거 위성 발사 수요 분석 결과[105] 충분한 성능을 갖춘 것으로 평가된다.[106]

누리호는 총 3단으로 구성되며, 75톤급 로켓엔진(KRE-075)과 7톤급 로켓엔진(KRE-007)을 사용한다.[107]

  • 1단: 75톤급 엔진 4기를 클러스터링하여 구성하며, 총 266.4ton의 추력을 낸다. 해수면 기준 비추력은 289.1초이다.[17]
  • 2단: 75톤급 엔진 1기를 사용한다. 1단과 기본적으로 같은 엔진이지만, 고도 55km 이상 고고도 환경에서의 연소를 고려하여 노즐 팽창비를 12에서 35로 늘려 진공 비추력을 315.4초로 높였다.[17]
  • 3단: 7톤급 엔진 1기를 사용하며, 94.5의 팽창비와 325.1초의 진공 비추력을 가진다.[17]


모든 단의 엔진은 연료로 Jet A를, 산화제로는 액체 산소(LOX)를 사용한다.[17]

궤도 투입 방식은 각 단이 연속으로 점화하여 목표 고도 700km에 직접 도달하는 직접투입 방식을 사용한다. 이는 3단 엔진의 재점화 기능을 개발하는 데 필요한 기술적 복잡성을 피하기 위한 선택이다. 다만, 3단 엔진을 이용해 타원궤도를 형성한 뒤 원지점에서 재점화하여 원궤도를 만드는 호만 전이 궤도 방식에 비해 약 500kg의 탑재 중량 손실이 있는 것으로 추정된다.[108] 만약 누리호가 재점화 기능을 갖춘 3단을 사용했다면 3.1ton의 화물을 지구저궤도에 올릴 수 있었을 것으로 예상된다.

3. 1. 엔진 개발

국립중앙과학관에 전시된 누리호의 75t급 엔진


대한민국에서 처음으로 인공위성을 발사한 나로호는 러시아의 기술 협력을 받아 공동 개발되었지만, 누리호는 기본적으로 한국이 독자적으로 개발했다. 나로호 개발 과정에서 한국항공우주연구원(KARI)이 개발을 주도했던 것과 달리, 누리호는 한국의 산업계(기업), 학계(대학), 연구계(KARI)가 긴밀하게 협력하는 “개방형 사업단” 형태로 개발되었다.[46]

누리호 개발 계획은 초기에 나로호 1단 로켓 엔진 기술을 러시아로부터 이전받을 계획이었으나 무산되면서, 국산 개발의 기술적 어려움으로 인해 예산 편성이 여러 차례 연기되었다. 2010년도 예산에서 처음으로 본예산이 승인되어 “개발 연구” 단계에 진입했다.[48] 개발은 세 단계로 나뉘어 진행되었다. 1단계(2010년~2015년 7월)에서는 3단용 7톤급 엔진 개발과 1단 및 2단용 75톤급 엔진 시험 설비 건설을 추진했다.[48] 2단계에서는 1·2단용 75톤급 엔진을 개발하여 2018년 11월 시험 발사를 실시했다.[49] 3단계에서는 1단에 75톤급 엔진 4기를 클러스터 방식으로 묶어 누리호를 완성했다.[50]

엔진 개발의 기술적 기반 마련을 위해 한국항공우주연구원(KARI)은 우크라이나로부터 30톤급 액체연료 엔진 설계도를 확보하였고,[54][55] 2003년부터 'K-엔진 프로젝트'라는 이름으로 가스발생기 사이클 방식의 30톤급 케로신 엔진을 개발해왔다.[56][57] 누리호 1단과 2단에 사용되는 75톤급 엔진(KARI 75톤급 로켓엔진) 개발은 2009년부터 이 30톤급 엔진을 기반으로 시작되었으며,[58][47] 2013년 나로호 발사 성공 이후에는 러시아로부터 기술을 이전받은 RD-151 엔진(RD-151)도 참고하여 진행되었다.[59]
7톤급 엔진 (KRE-007)3단에 사용될 7톤급 엔진(KRE-007) 개발은 1단계 사업의 주요 목표 중 하나였다.

  • 2014년 3월: 7톤급 연소기의 첫 연소 시험이 성공적으로 완료되었다.[17][18]
  • 2015년 7월: KRE-007 엔진의 총조립 및 초기 점화 시험이 시작되었다. 이와 함께 3단 엔진 연소 시험 설비, 연소기 연소 시험 설비 등이 추가로 구축되면서 1단계 사업이 마무리되었다.[17][18]

75톤급 엔진 (KRE-075)1단과 2단에 사용될 75톤급 엔진(KRE-075) 개발은 누리호 개발의 핵심 과제였다. 개발 초기에는 연소기의 연소 불안정 문제와 액체엔진 연료 탱크 용접 기술 확보에 어려움을 겪었다.[17][18]

  • 2016년 1월 8일: 2단계 사업이 시작되면서 연소 불안정 및 용접 기술 문제를 극복하기 위한 노력이 본격화되었고, KRE-075 엔진의 수 초간 연소 시험에 성공했다.[17][18] 같은 날, 7톤급 엔진 역시 100초간 연소 시험에 성공했다.
  • 2016년 1월 25일: 한화테크윈은 한국항공우주연구원(KARI)과 누리호용 액체 추진제 로켓 엔진 2종(7톤급, 75톤급) 생산 계약을 141억원(1177만달러)에 체결했다.[20]
  • 2016년 5월 3일: 전남 고흥 나로우주센터의 로켓 엔진 시험 설비에서 KRE-075 엔진의 첫 연소 시험(1.5초)이 이루어졌다.
  • 2016년 6월 8일: 75초간 연소 시험에 성공했다.
  • 2016년 7월 20일: 최종 목표 연소 시간인 145초를 넘어 147초간 연소 시험에 성공했다. 이 시험들에서 연소 안정성 및 추력 등 모든 측정값이 정상 범위 내에서 작동함을 확인했다.[109] 실제 발사 시 1단 엔진은 127초, 2단 엔진은 143초간 연소된다.


항목제원
연료제트 A-1 / 액체산소
추력80.3 tf (진공)
비추력315.4 초
사이클가스발생기 사이클


  • 2016년 10월부터: KRE-075 엔진 2호기의 연소 시험이 시작되었으며, 총 17기의 시험 모델을 제작해 200여 차례에 걸쳐 지상 및 고공 연소 시험을 추진할 계획이었다.[109] 2021년 10월까지 실제로 184회 이상의 연소 시험이 진행되었다.[21] 국내 지상 연소 시험 설비 완공 전까지는 엔진 구성품(가스 발생기, 터보펌프, 연소기)을 분리하여 시험하거나, 러시아에서 가스 발생기와 터보펌프 결합체 시험을 진행했다.[60][61] 초기에는 부분 시제품의 출력을 40%까지 낮춰 시험하기도 했다.[62][61]
  • 2018년 7월: 75톤급 엔진을 실제 기체에 장착한 상태에서의 최종 연소 시험을 통과하여 154초 연소를 달성했다.[45]
  • 2018년 11월: 나로우주센터에서 75톤급 엔진 1기를 장착한 시험 발사체를 이용한 탄도 비행 시험 발사가 성공적으로 이루어졌다. 발사체는 고도 100km 이상 도달했으며, 엔진은 목표 연소 시간을 초과하여 성공적으로 작동했다.[45] (당초 10월 계획이었으나 기체 결함 발견으로 연기됨[63])
  • 2021년 2월 25일: 실제 발사에 사용될 자동 발사 소프트웨어를 이용한 100초간 연소 시험에 성공했다.[64]


한편, 엔진 시스템의 일부인 헬륨 탱크는 우크라이나에서 수입한 것을 사용했다.[65]

3. 2. 기술 확보를 위한 노력

대한민국 최초의 우주발사체인 나로호는 러시아와의 기술 협력을 통해 공동 개발되었으나, 누리호는 기본적으로 한국의 독자 기술로 개발되었다. 나로호 개발 당시 한국항공우주연구원(KARI)이 개발을 주도했던 경험을 바탕으로, 누리호는 국내 산업계, 학계, 연구계가 협력하는 "개방형 사업단" 형태로 추진되었다.[46]

초기 누리호 개발 계획은 나로호 1단 로켓 엔진 기술을 러시아로부터 이전받으려 했으나 무산되면서, 독자 개발의 기술적 어려움과 불확실성으로 인해 예산 확보에 난항을 겪었다. 2010년이 되어서야 본예산이 승인되어 본격적인 개발 연구 단계에 진입할 수 있었다.[48]

기술 확보 노력의 일환으로 한국항공우주연구원은 우크라이나로부터 30톤급 액체연료 엔진 설계도를 확보했다.[54][55] 이를 바탕으로 2003년부터 'K-엔진 프로젝트'라는 이름 아래 가스발생기 사이클 방식의 30톤급 등유 엔진 개발을 진행해왔다.[56][57] 누리호 1단과 2단에 사용될 75톤급 엔진 개발은 2009년부터 이 30톤급 엔진 기술을 기반으로 시작되었다.[58][47]

2013년 나로호 발사 성공 이후에는 러시아로부터 기술 이전을 받은 RD-151 엔진 또한 75톤급 엔진 개발에 참고 자료로 활용되었다.[59] 2021년 10월, 조광래 전 한국항공우주연구원장은 중앙일보 인터뷰를 통해 러시아가 나로호 발사 성공 후 RD-151 엔진이 장착된 1단 지상 검증용 발사체(GTV)를 한국에 남겨두고 갔다는 사실을 공개했다. 한국은 이 실물 엔진을 분해하고 분석하여 75톤급 엔진 개발에 중요한 참고 자료로 삼았으며, 향후 2단 연소 사이클 방식의 고성능 엔진 개발에도 활용할 계획을 세웠다. 조 전 원장은 당시 러시아의 경제난과 사회 혼란 속에서 GTV 인도 계약 조항을 근거로 엔진 반환을 막았으며, 이 일로 러시아 크루니체프사 사장이 해임되기도 했다고 밝혔다.[45] 나로호 발사 성공 직후인 2013년 당시 언론 보도에서는 RD-151 엔진이 제거된 나로호 1단 동체가 누리호 개발에 활용될 것이라고 알려졌었다.[66]

이처럼 한국은 누리호 개발을 위해 우크라이나의 30톤급 엔진 설계도와 러시아의 RD-151 엔진 실물을 확보하는 등 다각적인 노력을 기울였다. 매일경제 보도에 따르면 누리호 사업단은 핵심 기술, 부품, 소재 확보를 위해 러시아, 우크라이나 외에도 프랑스, 독일, 미국 등 여러 국가와의 협력을 모색했다.[69] 실제로 누리호에 사용된 헬륨 탱크는 우크라이나에서 수입한 것이다.[65]

한편, 우주 기술 확보 과정에서 불법적인 시도도 있었다. 한국계 미국인 사업가가 누리호 개발을 명목으로 러시아의 고성능 로켓 엔진인 RD-180과 관련 기술을 미국에서 한국으로 불법 반출하려다 2009년 4월 미국 당국에 체포되어 징역형을 선고받은 사례가 있다. 이 인물은 과거에도 사린 가스를 이란에 불법 반출하려다 처벌받은 전력이 있으며, 한국에 대한 무기 독점 공급을 주장하기도 했다.[70][71] 이러한 사례는 첨단 우주 기술 확보의 어려움과 복잡한 국제 관계를 보여준다.

4. 발사 역사

누리호는 총 3차례 발사되어 2차례 성공적으로 임무를 완수했다. 발사 이력은 다음과 같다.

순차발사일시 (KST)발사장위성 및 탑재체결과비고
12021년 10월 21일 17:00나로우주센터위성모사체 1.5ton실패3단 엔진 연소 조기 종료로 위성 모사체 궤도 진입 실패.[112][113]
22022년 6월 21일 16:00나로우주센터위성모사체(1.3ton), 성능검증위성(180kg, 큐브위성 4기 포함)[38]성공성능검증위성 분리 및 궤도 안착 성공, 남극 세종과학기지와 교신 성공.[39]
32023년 5월 25일 18:24나로우주센터차세대소형위성 2호, 도요샛 4기, 민간위성 3기 (총 8기)성공주탑재 위성 및 부탑재 위성 7기 분리 성공 (단, 도요샛 1기 사출 실패).[41][123]


4. 1. 시험 발사 (2018년)

2018년 11월 28일 오후 4시 정각, 나로 우주 센터에서 누리호 시험발사체가 성공적으로 발사되었다. 이 시험 발사는 누리호의 핵심 엔진인 KRE-075의 성능을 실제 비행 환경에서 검증하기 위한 목적이었다.[23][24] 누리호는 1단에 KRE-075 엔진 4개, 2단에 KRE-075 엔진 1개, 3단에 KRE-007 엔진 1개를 사용하는 반면, 이 시험발사체는 KRE-075 엔진 1기만을 장착한 1단형 발사체였다.

'''시험 발사체'''(TLV, Test Launch Vehicle)는 누리호(KSLV-II)의 KRE-075 엔진 성능 검증을 위해 개발된 1단형 발사체로, 주요 제원은 다음과 같다.

항목내용
발사 중량52.1톤[25]
건조 중량38톤
높이25.8m
지름2.6m
단계1단
엔진KRE-075 1기 (액체로켓 추진제, 완전 짐벌 방식[23][24])
탑재체성능 검증용 모사체



원래 2단형 시험발사체 계획도 있었으며, 이는 소형 위성 발사체로 활용될 가능성도 고려되었다.

시험 발사체의 주요 목표는 주 엔진을 140초 동안 연소시켜 고도 100km에 도달한 후, 제주도와 오키나와섬 사이 해상에 안전하게 낙하하는 것이었다.[26]

당초 2018년 10월 25일로 예정되었던 발사는 발사체 추진제 가압 시스템에서 이상이 발견되어 약 한 달간 연기되었다.[27] 이후 2018년 11월 28일 오후 4시(협정 세계시 오전 7시)에 나로우주센터에서 성공적으로 발사되었다.[28] 발사 장면이 생중계되지는 않았으나[30], 주 엔진은 목표 연소 시간 140초를 초과한 151초 동안 안정적으로 연소하며 성공적인 비행 성능을 보여주었다.[29] 발사체는 최고 고도 209km까지 도달한 후, 발사 지점으로부터 429km 떨어진 제주도 남동쪽 태평양 해상에 낙하했다.[31]

이 시험 발사의 성공으로 KRE-075 엔진의 성능이 성공적으로 검증되었으며, 이에 따라 추가적인 시험 발사 없이 누리호 본 발사 개발 단계로 진행될 수 있었다. 한국항공우주연구원(KARI)은 이 시험발사체 기술을 향후 소형 위성 발사체 개발에 활용할 계획을 가지고 있다.

4. 2. 1차 발사 (2021년)

나로우주센터에서 발사를 준비하기 위해 무진동 차량에 실려 안전하게 운반되고 있는 누리호


누리호 1차 발사는 2021년 10월 21일 목요일로 확정되었다.[114] 당초 오후 4시로 예정되었으나, 고층풍과 시설 점검으로 인해 1시간 연기되어 최종적으로 오후 5시에 발사가 이루어졌다.[115]

발사 자체는 성공적으로 진행되었다. 발사 후 127초 만에 고도 59km에서 1단 로켓이 분리되었고, 233초 후 고도 191km에서는 페어링(위성 덮개)이 분리되었다. 이어 274초 후 고도 258km에서 2단 로켓까지 성공적으로 분리하는 것은 예정대로 진행되었다.[72]

그러나 3단 로켓의 연소가 예정된 521초보다 46초 빠른 475초 만에 조기 종료되면서 문제가 발생했다.[72] 이로 인해 목표 속도인 초속 7.5km에 도달하지 못했고, 탑재된 위성 모사체는 목표했던 700km 고도의 저궤도 진입에 실패했다.[116][72] 궤도 안착에 실패한 위성 모사체는 분리된 후 약 45분 뒤 호주 남단 공해상 400km 지점에 추락한 것으로 분석되었다.[117]

실패 원인 조사 결과, 3단 엔진의 조기 종료는 산화제 탱크 내부 문제 때문인 것으로 밝혀졌다. 비행 중 가속도가 증가하면서 3단 산화제 탱크 안의 액체 산소 부력이 상승했고, 이로 인해 산화제 탱크 내부에 위치한 헬륨 탱크의 고정 장치가 풀렸다. 풀린 헬륨 탱크가 움직이면서 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되었고, 산화제 탱크 자체에도 균열을 일으켜 산화제가 누설되는 연쇄적인 문제가 발생했다. 결국 3단 엔진으로 공급되는 산화제의 양이 줄어들어 엔진이 46초 조기에 종료된 것이다.[36]

발사 약 1시간 10분 후, 당시 문재인 대통령은 국민 담화를 통해 발사 관제부터 위성 모사체 분리까지의 과정은 성공적으로 이루어졌고 목표 고도 700km에도 도달했음을 알렸으나, 최종 목표인 위성 모사체의 궤도 안착에는 이르지 못했음을 공식 발표했다.[73] 이 때문에 1차 발사는 완전한 성공은 아니지만 주요 발사 단계를 성공적으로 수행했다는 점에서 '절반의 성공'으로 평가받았다.[116]

4. 3. 2차 발사 (2022년)

누리호 2차 발사는 2022년 6월 21일에 성공적으로 이루어졌다.[37][39] 이는 누리호 개발 사업의 마지막 단계이자 마지막 시험발사였다. 당초 2차 발사일은 6월 15일로 예정되었으나, 발사 예정지의 강풍으로 인해 16일로 하루 연기되었다. 이후 16일 오전에 진행된 발사 준비 과정에서 1단 산화제 탱크의 수위 센서에서 이상 신호가 감지되어 발사가 다시 연기되었다.[118][119][120][74] 문제가 된 센서 부품을 교체한 후 최종 발사일은 6월 21일로 결정되었다.[75]

1차 발사가 1.5ton의 위성 모사체만을 탑재했던 것과 달리, 2차 발사에서는 1.3ton의 위성 모사체와 함께 180kg의 성능검증위성(PVSAT)을 탑재했다. 성능검증위성에는 국내 대학에서 개발한 큐브위성 4기가 포함되었다.[38][53] 이는 실제 위성을 싣고 발사하는 첫 시도였다.

2022년 6월 21일 오후 4시(UTC 07:00), 누리호는 나로우주센터에서 성공적으로 발사되어[37] 탑재된 성능검증위성과 위성 모사체를 목표 궤도(저궤도, 태양동기궤도)에 성공적으로 안착시켰다.[39][45][53] 이 성공으로 한국은 독자 기술로 개발한 발사체로 실용 위성을 궤도에 올릴 수 있는 능력을 확보하게 되었으며, 3차 발사부터는 실제 임무를 수행할 실용 위성을 발사하게 되었다.

또한 2차 발사 성공을 통해 누리호의 탑재 능력이 기존 설계 목표치보다 향상되었음이 확인되었다. 확인된 성능은 다음과 같다.

  • 지구 저궤도(LEO, 300km): 3.3ton (기존 목표 2.6ton)
  • 태양동기궤도(SSO, 500km): 2.2ton
  • 태양동기궤도(SSO, 600km~800km): 1.9ton (기존 목표 1.5ton)


특히 고도 300km 지구 저궤도에 3.3ton의 화물을 올릴 수 있다는 것은 미국의 초기 유인우주선 제미니 3호(3.237톤)와 유사한 무게의 우주선을 발사할 수 있는 잠재력을 의미한다.

4. 4. 3차 발사 (2023년)

누리호 3차 발사는 원래 2023년 5월 10일로 예정되었으나 한 차례 연기되어 5월 24일에 발사될 예정이었다. 그러나 발사 예정 시간 2시간 반 전에 발사 제어 컴퓨터와 발사대 설비 컴퓨터 간 통신 이상이 발견되어 발사가 다시 연기되었다.[121][122]

결함 해결 후, 누리호는 2023년 5월 25일 오후 6시 24분, 전라남도 고흥군의 나로우주센터에서 성공적으로 발사되었다.[123] 이번 발사에는 주탑재 위성인 차세대 소형위성 2호와 부탑재 위성인 큐브위성 7기(한국천문연구원의 도요샛 4기 포함)가 실렸다.

발사 후 과정은 다음과 같다.

  • 발사 125초(2분 5초) 후 1단 로켓 분리 성공.
  • 1단 분리 약 2분 후 2단 로켓 분리 성공.
  • 오후 6시 37분경 목표 고도인 550km 도달.
  • 목표 고도 도달 후 차세대 소형위성 2호 분리 성공.
  • 이후 20초 간격으로 큐브위성 분리 시작, 도요샛 4기 중 3호기를 제외한 3기와 다른 큐브위성 3기 등 총 6기의 큐브위성 분리 성공.
  • 발사 923초(15분 23초) 후인 오후 6시 39분경 모든 위성 분리 과정 종료.


발사 결과, 발사체 자체의 비행과 주탑재 위성 및 부탑재 위성 6기의 분리는 성공적으로 이루어졌다. 차세대 소형위성 2호는 발사 약 40분 만인 오후 7시 7분경 남극 세종기지에서 첫 위성 신호 수신이 확인되었다.[124] 하지만 부탑재 위성 중 도요샛 4기 중 1기(3호기)는 사출되지 않아 최종적으로 궤도에 올리는 데는 실패했다.[123]

4. 5. 향후 발사 계획

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발사 번호예정 날짜/시간 (UTC)발사 기지탑재체탑재체 질량궤도고객상태
42025년 7월 예정나로우주센터CAS500 3호, 국산 부품 검증 위성 1호, 큐브위성 6기저궤도, 태양동기궤도항우연계획
colspan="7" |
52026년 예정나로우주센터국산 부품 검증 위성 2호, NEONSAT 2,3,4,5,6저궤도, 태양동기궤도항우연계획
colspan="7" |
62026년 예정나로우주센터NEXTSat 3, 국산 부품 검증 위성 3호, NEONSAT 7,8,9,10,11저궤도, 태양동기궤도항우연계획
colspan="7" |


5. 비용

누리호 개발에는 2014년 1월 기준으로 총 19.572조원의 예산이 투입되었다.[45] 이는 사업 초기인 2011년 당시 예산 15.449조원에서 증액된 금액이며,[45] 약 1,000명의 전문 인력이 개발 과정에 참여했다.[46][47]

누리호의 1회 발사 비용은 약 3000만달러으로 추산된다.[33] 이는 아시아의 다른 경쟁 발사체들에 비해 저렴한 수준으로 평가받으며,[33] 이를 통해 동남아시아 국가 등 위성 발사 수요가 있는 국가들에게 경쟁력 있는 가격으로 상업 발사 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.[33]

6. 차세대 발사체

누리호(KSLV-II) 다음으로 개발될 로켓은 차세대 발사체(KSLV-III)라고 부른다.

KSLV-II 사업의 성공 이후, KRE-075 엔진의 성능 개선이 이루어질 예정이다. 엔진 추력을 기존 744kN에서 849kN로 높이고, 비추력(연료 효율)은 261.7초에서 315.4초로 향상시키는 것을 목표로 한다. 또한, 발화기를 제거하거나 짐벌(엔진 방향 조절 장치)의 가동 범위를 제한하는 방식으로 엔진 무게를 줄이는 방안도 검토되고 있다. 이러한 기술 개선을 통해 개량된 KSLV-II의 탑재 중량은 기존 1.5ton에서 2.8ton까지 늘어날 것으로 기대된다.

7. 의의 및 기대효과

누리호 개발 성공은 대한민국이 독자적인 우주 발사체 기술을 확보했음을 보여주는 중요한 성과이다. 이를 통해 정지궤도 위성을 비롯하여 KOMPSAT 시리즈, 중형 위성, 저궤도 정찰 위성 등 다양한 인공위성을 우리 기술로 발사할 수 있는 기반을 마련했다. 또한, 대한민국의 달 탐사 임무에서 궤도선과 착륙선을 보내는 데에도 활용될 계획이다.

경제적 측면에서 누리호는 대한민국 최초로 상업용 위성 발사 서비스 시장에 진출하는 발사체가 될 것으로 기대된다. 발사 비용은 약 3000만달러으로 추산되는데, 이는 아시아의 다른 경쟁국들보다 저렴한 수준이다. 이러한 가격 경쟁력을 바탕으로 특히 동남아시아 국가들에게 매력적인 발사 대안을 제공할 수 있을 것으로 보인다.[33] 이는 국내 관련 산업 발전에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.

향후 대한민국은 누리호(KSLV-2)를 직접 개량하는 대신, 2030년 발사를 목표로 더 큰 규모의 발사체인 KSLV-3를 개발하여 다른 우주 강국과의 기술 격차를 줄여나갈 계획이다.[34] 이와 별개로 누리호를 기반으로 한 소형화된 저비용 로켓 개발도 추진되며, 이는 북한 감시 등을 위한 군사 위성 발사에도 활용될 가능성이 있다.[35]

참조

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[66] 뉴스 ＜羅老打ち上げ成功＞罪人のように過ごした3年5カ月間…成功しても「申し訳ない」 https://web.archive.[...] 중앙일보 2013-01-31
[67] 뉴스 75トン級ロケットエンジン、独自開発できる https://web.archive.[...] 조선일보 2011-10-21
[68] 뉴스 羅老の中身抜いて、来年10月の3回目の打ち上げ https://web.archive.[...] 조선비즈 2011-12-20
[69] 뉴스 バクテハク開発事業団長 "韓国型ロケットの100%国産こだわりなくて" https://web.archive.[...] 매일경제 2012-03-19
[70] 뉴스 Nerve-gas plotter indicted over rocket deal https://web.archive.[...] NBC news 2009-04-29
[71] 뉴스 Man sentenced for illegally exporting rocket technology to South Korea https://web.archive.[...] U.S. Immigration and Customs Enforcement 2010-10-20
[72] 뉴스 韓国型発射体ヌリ号、第１・２段ロケットまでは成功…第３段ロケット、推力不足で衛星の軌道安着に失敗 https://web.archive.[...] 2021-10-22
[73] 뉴스 韓国初の国産ロケット「ヌリ号」、半分の成功…衛星軌道投入の課題残す http://japan.hani.co[...] 2021-10-22
[74] 뉴스 누리호 17일 발사도 불가능, 한 달 이상 연기될 수도 https://n.news.naver[...] 2022-06-16
[75] 뉴스 "할 수 있는 모든 걸 다 했다"...누리호 21일 오후 발사 재도전 https://n.news.naver[...] 2022-06-17
[76] 웹사이트 한국형발사체 누리호 https://www.kari.re.[...]
[77] 뉴스 46초 일찍 꺼진 3단 엔진… 누리호 ‘미완의 첫발’ https://www.chosun.c[...] 2021-10-22
[78] 뉴스 누리호 2차 발사 D-100⋯“성능검증위성” 개발도 순항 https://news.v.daum.[...] 2022-03-08
[79] 뉴스 누리호 성능검증위성 개발 마무리 단계⋯임무수행 큐브위성 4기 탑재한다 https://news.v.daum.[...] 2022-04-03
[80] 뉴스 人工衛星の軌道投入に成功　韓国初の国産ロケット、再挑戦で https://news.yahoo.c[...]
[81] 뉴스 国産ロケット打ち上げ2回目で「成功」人工衛星を軌道に初投入　韓国 https://news.yahoo.c[...] 日テレNEWS 2022-06-21
[82] 뉴스 누리호 성능검증위성과 두 번째 교신도 성공⋯우주 독립 이뤄내 https://news.v.daum.[...] 2022-06-21
[83] 문서 Ibid.
[84] 서적 노웅래 등 2012
[85] 뉴스인용 독자개발 한국형발사체 ‘누리호’…정책이 바꾼 세상 https://www.korea.kr[...] 2022-09-14
[86] 뉴스인용 누리호 2차 발사 성공! 한국, 세계 7대 우주강국으로 우뚝 서다 https://scent.kisti.[...] 2022-09-22
[87] 뉴스인용 우주 산업 2040년 1조 달러 전망···국내 기업 약진 기대 https://www.korea.kr[...] 2022-09-22
[88] 뉴스인용 누리호 4번 더 발사…차세대 개발해 2030년 달 탐사선 쏜다 https://www.hani.co.[...] 2022-09-22
[89] 뉴스인용 “나로호랑 뭐가 달라요?”…Q&A로 보는 ‘누리호’의 모든 것 https://www.donga.co[...] 2022-09-22
[90] 뉴스인용 한국형발사체 이름 ‘누리’로 결정 https://www.hani.co.[...] 2022-09-22
[91] 웹인용 46초 일찍 꺼진 3단 엔진… 누리호 ‘미완의 첫발’ https://www.chosun.c[...] 조선일보 2021-10-22
[92] 웹사이트 https://www.kari.re.[...]
[93] 뉴스인용 누리호 발사 성공...'한국, 7대 우주강국 도약' https://www.bbc.com/[...] 2022-06-21
[94] 뉴스인용 [누리호]대한민국, 7대 우주 강국 반열로 https://www.etnews.c[...] 2022-09-22
[95] 뉴스인용 누리호 발사 성공…세계 7번째 우주강국 입증 https://www.hani.co.[...] 2022-09-22
[96] 웹인용 누리호 탑재 중량 1.5t→1.9t으로 성능 '업' https://http/ 동아사이언스 2023-01-23
[97] 서적 한국과학기술기획평가원 2008
[98] 서적 한국과학기술기획평가원 2009
[99] 서적 Ibid.
[100] 간행물 한국형발사체개발사업단 2014
[101] 서적 미래창조과학부 2013
[102] 웹인용 제18회 국가우주위원회 개최 결과 {{!}} 경제정책자료 {{!}} KDI 경제정보센터 https://eiec.kdi.re.[...] 2021-03-25
[103] 서적 미래창조과학부 2013
[104] 웹인용 [속보]누리호 최종 연소시험 성공…'한국형 우주발사체' 꿈 9부 능선 https://n.news.naver[...] 2022-09-21
[105] 서적 관계부처 합동 2013
[106] 서적
[107] 웹인용 누리호 발사 성공을 좌우하는 고난도 기술 엔진 클러스터링! 우리 힘으로 중대형 발사체 개발 기술 확보 https://www.youtube.[...] 2021-10-17
[108] 서적 Ibid.
[109] 뉴스 한국형 발사체 75t 엔진 목표 연소시간 달성(종합) http://www.yonhapnew[...] 연합뉴스 2016-07-20
[110] 문서 미래창조과학부
[111] 뉴스 김승조 항공우주연구원장 “한국형발사체 시험발사 늘려야” http://www.ajunews.c[...] 아주경제 2014-05-09
[112] 웹인용 "10년 노력이 단 16분으로 평가" 울먹인 누리호 주역 https://www.joongang[...] 2021-10-25
[113] 웹사이트 궤도 진입 못한 누리호, 엔진 조기 종료가 원인 http://it.chosun.com[...] 조선일보
[114] 웹인용 2021년 10월 21일, 한국형발사체 누리호 발사 카운트다운! https://www.youtube.[...] 2021-10-17
[115] 웹인용 누리호, 오늘 오후 5시 발사 확정(종합) https://www.yna.co.k[...] 2021-10-24
[116] 웹인용 [속보] "더미 위성 궤도 안착 미완...발사체는 성공적" https://n.news.naver[...] 2021-10-21
[117] 웹인용 46초 빨리 꺼져버린 누리호 엔진, 왜?…"2~3주 내 조사위 꾸린다" https://www.news1.kr[...] 2021-10-24
[118] 웹인용 누리호 2차 발사 16일로 하루 연기, 강풍 때문에 https://www.nocutnew[...] 노컷뉴스 2022-06-14
[119] 웹인용 South Korea's KSLV-II conducts maiden launch https://www.nasaspac[...] NASASpaceFlight.com 2021-10-21
[120] 웹인용 누리호, 21일 발사 재도전…“문제 부품 교체 후 정상 작동 확인” https://www.donga.co[...] 2022-06-17
[121] 웹인용 누리호 3차발사 연기…이르면 내일 오후 발사 재시도(종합) https://www.yna.co.k[...] 2023-05-25
[122] 웹인용 누리호, 오늘 저녁 6시24분 3차 발사 재시도…기술 문제 해결 https://www.newsis.c[...] 2023-05-25
[123] 웹인용 與, 누리호 3차 발사 성공에 "K-우주시대 개막 알려" https://www.news1.kr[...] 2023-05-25
[124] 뉴스 누리호 첫 '실전발사' 성공... 실용위성 궤도 안착 https://news.jtbc.co[...] jtbc뉴스 2023-05-26

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