단수 줄여 더 높이 비행… 실패확률도 줄어

나로호 왜 3단 아닌 2단일까

26일 발사될 예정인 나로호(KSLV-Ⅰ)는 기존의 저궤도(3단) 발사체와 달리 2단으로 구성돼 관심이 쏠리고 있다. 나로호는 1단 발사체인 액체 추진기관과 2단 발사체인 고체 추진기관으로 구성돼 있다. 

한국 첫 우주발사체인 ‘나로호(KSLV-Ⅰ)’가 24일 전남 고흥군 외나로도 나로우주센터 발사체조립동에서 무진동 특수 트레일러에 실려 발사대로 옮겨지고 있다.
사진공동취재단

1단으로 구성된 로켓은 단지 목표지점에 도달하는 데 목적이 있기 때문에 미사일 등으로 쓰인다. 이에 비해 위성을 쏘아올리기 위한 발사체는 목표 위치에서 목표 속도로 정확히 위성을 분리해 궤도에 올려야 하기 때문에 섬세함이 요구된다. 이 발사체는 궤도 근처까지 쏘아올리는 기능과 궤도에 위성을 가져다 놓는 기능으로 분리된다. 현재까지 성공적으로 임무를 수행한 우주발사체는 모두 독립적인 추진기관을 갖는 2개 이상의 단으로 구성돼 있다.

저궤도발사체(300∼1500㎞)의 경우 액체엔진을 사용하면 3단형이 이륙중량 대비 궤도 투입 성능이 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 고체모터만 사용하는 경우 액체엔진에 비해 상대적으로 발사체 연료의 성능이 낮아 4단형을 사용하는 것이 일반적이다. 고궤도까지 올라가려면 발사체가 초당 2.5∼3.2㎞ 속도를 낼 힘이 더 필요한데, 이를 위해서는 추가로 단이 필요하다. 고체엔진으로만 구성된 미국의 미노타우르5호는 5단으로 구성돼 있다.

하지만 최근 기술의 발달로 1단 엔진의 힘이 향상되고 발사체의 소재도 가벼워져 발사체의 단수를 줄이면서 더 높이 쏘아올릴 수 있게 됐다. 나로호는 100㎏급 소형위성을 고도 300∼1500㎞ 궤도에 투입할 수 있는 성능을 가져야 한다. 국내에서 개발한 2단의 고체 킥모터는 초속 3.3㎞ 속도를 낼 수 있으며 러시아가 개발한 1단은 초속 6.8㎞의 속도를 더 낼 수 있다. 따라서 2단만으로도 나로과학위성을 궤도에 올리는 임무 수행이 가능하다.

한편 정부가 2021년 발사를 목표로 하는 한국형발사체(KSLV-Ⅱ)는 중량이 300t 정도로 나로호(130t)보다 무겁고 탑재할 위성은 600∼800㎞의 고궤도위성이다. 600㎞까지 발사체를 쏘아올려야 하기 때문에 3단으로 구성된다.

김희원 기자