지난해 5월 3일 한국형 발사체의 심장인 75t급 엔진 1호기의 시험이 시작됐다. “엔진 작동 시작, 0초, 0.5초, 1초, 1.5초, 종료”. 짧지만 의미 있는 1.5초가 지났다. 75t급 엔진의 첫 연소시험이 성공하는 가슴 벅찬 순간이었다.

75t급 액체 엔진 시제 2호기의 140초 연소시험 광경

이 시험은 우리나라에서 처음으로 대형 액체로켓 엔진의 실제 추력이 발생하는지 알아보려고 수행됐다. 우리가 설계하고 제작한 엔진을 우리가 구축한 설비에서 시험한 것이다. 우리는 2003년 액체 엔진 연소기의 0.1t 분사기 설계를 시작으로 13년에 걸쳐 축소형과 30t급 등 여러 엔진을 시험해 왔다. 그 횟수만 1000회에 달한다. 그러나 과거에는 국내에 시험설비가 없어 때로는 외국의 시험 시설을 찾아다니며 부탁해야 했었다. 그래서 우리 연구원들은 첫 시험을 마친 그 감동을 기억하기 위해 5월3일을 ‘액체 엔진 독립의 날’로 부르기로 했다. 시험설비가 없어 겪었던 서러움에 종지부를 찍고 그동안 들인 노력의 첫 단추를 꿴 날이기 때문이다.



75t급 엔진의 설계·제작·시험은 발사체의 핵심기술이다. 해외로부터 기술습득이 불가능하기 때문에 기존의 문헌이나 다른 나라의 엔진을 참고하면서 시행착오를 거치며 개발해야 했다. 우리나라는 2007년부터 75t급 엔진과 이를 시험할 수 있는 설비의 설계를 동시 시작했다. 설계 초기 대형 시험설비에 대한 경험 부족과 고공 환경 모사, 시험설비 배치 등 노하우가 필요해 어려움을 겪기도 했다.



2013년 1월 ‘나로호’ 발사 성공 후 나로우주센터에서 본격적으로 시험설비 구축이 시작됐다. 그리고 2014년 8월 엔진 구성품 시험을 시작으로 2015년 7월 7t급 엔진 시험을 거쳐 2016년 5월에는 75t급 엔진 시험을 착수했다.

엔진 초기 시험에서 가장 중요한 것은 엔진의 시동 순서를 정하는 일이다. 자칫 엔진의 손상이나 폭발이 발생할 수 있는 몹시 어려운 과정이다. 기술 숙성도가 높은 해외에서도 시동 순서를 완성하는데 2∼3년이 걸린 사례도 있었다.  엔진 시동은 연료와 산화제가 정확히 공급되어 폭발 없이 연소할 수 있도록 하는 과정이다. 문제는 엔진을 구성하는 수많은 구성품들의 특성이 미세하게 다르다 보니 이를 반영해 0.01초 단위까지 각 부품이 작동하도록 맞춰야 한다는 점이다. 75t급 엔진 1호기도 이 과정을 거쳤는데, 500개 이상의 엔진과 시험설비 측정 데이터를 분석하는 밤샘작업의 과정을 거쳤다. 시동 결정이 잘못되면 엔진의 손상이나 폭발 등으로 이어지기 때문에 그간의 노력이 물거품이 될 수 있다는 심리적 압박감이 말할 수 없을 정도도 컸다.



현재 7톤t 액체 엔진 2호기에서 임무시간을 넘어 580초 시험과 고공시험까지 수행하고, 3호기 시험을 준비하고 있다. 75t급 엔진도 1호기로 임무시간 시험을 마쳤고, 2호기는 누적 1003초 시험을 수행했다. 또한 올 1월에는 하루 2회의 시험을 수행해 150초 연소시험을 연속 성공했다. 초기 1.5초 연소시험의 100배에 해당하는 시간까지 도달한 것이다.





그러나 아직 성공했다고 단정 지을 수 없다. 앞으로도 수행해야 할 시험이 지금까지 수행한 것보다 훨씬 많이 남아있다. 극저온, 고압, 폭발성이라는 위험과 맞서면서 제어 시스템과 연계한 시험이나 실제 발사체가 높은 고도에 오른 환경을 모사한 시험도 해야 한다. 기술개발에는 왕도가 없다. 발사체와 엔진은 실제 시험을 통한 반복 검증만이 기술적인 완성도를 이루고 신뢰도를 쌓을 수 있는 길이다.

한국형 발사체 모형도

현재 한국형 발사체용 엔진 외에도 차세대 발사체를 위한 다단연소 엔진을 포함한 다양한 선행기술을 개발 중이다. 향후 발사체 개발을 위한 고성능 엔진을 개발할 때는 지금의 경험이 활용될 것이다. 노하우가 쌓인 만큼 조금은 수월하게 개발할 수 있을 것이다. 우리는 시험설비를 확보했고 시험기술을 개발·시험하며 수많은 데이터를 축적하고 있다. 이것은 한국형 발사체를 향한 도전이자 고성능 로켓엔진 개발의 초석이 될 것이다.

한영민 한국항공우주연구원 엔진시험평가팀장