발사조사위, 데이터 분석 결론
“헬륨탱크 이탈해 산화제 누설”
3단부 설계 변경·검증 불가피
2차 발사 2022년 하반기로 미뤄

지난 10월 21일 전남 고흥군 나로우주센터 제2발사대에서 발사된 한국형 발사체 누리호(KSLV-ll)가 우주를 향해 비행하고 있다. 뉴시스

한국형 발사체 ‘누리호(KSLV-2)’가 1차 발사에서 위성 모사체를 궤도에 올리지 못한 이유는 부력을 충분히 고려하지 않은 설계 때문으로 조사됐다. 비행 중 부력 증가로 산화제 탱크에 균열이 가면서 산화제가 새어나가 3단 엔진이 조기 종료했다는 것이다. 누리호 3단에 대한 설계 변경·검증이 필요해짐에 따라 내년 5월 예정된 2차 발사는 하반기로 미뤄지게 됐다.

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 지난 10월 누리호 발사가 ‘미완의 성공’에 그친 원인은 3단 산화제탱크 내부의 헬륨탱크 고정장치 설계 때 부력을 제대로 고려하지 못했기 때문이라고 29일 발표했다.

항우연 연구진과 외부 전문가들로 꾸려진 누리호 발사조사위원회는 지난 10월 말부터 비행 중 기록된 2600여개 텔레메트리(원격측정) 데이터를 분석해 이같이 결론내렸다.

조사위에 따르면 누리호 이상징후는 이륙 36초 후 나타났다. 3단 탱크 연결트러스와 위성어댑터 등에서 특이 진동이 계측됐다. 헬륨탱크에서 헬륨이 새기 시작했다. 이륙 67.6초 후에는 산화제탱크 기체 압력이 떨어졌고, 이륙 후 115.8초에는 헬륨탱크의 압력이 떨어졌으며 3단 산화제 탱크의 기체 압력이 올랐다.

이는 비행 가속도에 따른 부력 증가를 고려하지 못했기 때문이다. 누리호 3단 산화제탱크는 항우연과 두원중공업이 함께 개발했다. 액체산소가 든 산화제탱크에는 132ℓ 용량의 헬륨탱크 2개가 붙어 있다. 헬륨은 연료가 엔진에 들어가도록 탱크 압력을 유지하는 역할을 한다.

최환석 누리호 발사조사위원회 위원장이 29일 세종시 과학기술정보통신부 기자실에서 한국형발사체 누리호 관련 조사 결과를 발표하고 있다. 세종=뉴스1

이 헬륨탱크가 산화제탱크 안에서 받은 부력이 설계치를 넘어섰다. 3단부는 중력 1G에 대한 부력만 고려해 설계됐으나, 비행 중 최대 4.3G의 가속도가 발생해 부력이 증가했다. 헬륨탱크 지지 구조물이 견딜 수 있는 최대 하중이 405㎏였는데 실제로는 482㎏의 힘이 작용했다.

결국 액체산소의 부력 상승으로 헬륨탱크의 고정장치가 풀리며 탱크가 이탈한 것으로 조사위는 추정했다. 이탈한 헬륨탱크가 움직이면서 배관을 건드려 헬륨이 샜고 산화제탱크에 균열이 갔다. 산화제가 새자 3단 엔진에 유입되는 산화제가 감소, 엔진이 조기 종료됐다.

조사 결과에 따라 과기부·항우연은 누리호 3단부의 설계를 변경하기로 했다. 내년 5월 19일로 예정됐던 2차 발사는 하반기로 미뤄진다. 설계 변경으로 3단부 무게도 늘어나나 감내할 수준이라고 항우연 측은 설명했다.

순수 국내 기술로 설계·제작된 한국형 발사체 누리호(KSLV-II)가 지난 10월 21일 전남 고흥군 봉래면 나로우주센터에서 발사돼 성층권으로 향하고 있다. 연합뉴스

과기부 권현준 거대공공연구정책관은 “내년 하반기 중에는 (2차 발사가) 충분히 가능할 것으로 내부적으로 보고 있다”며 “개선방안 등 구체적인 내용이 나오면 사업추진위원회와 국가우주위원회 실무위원회를 통해 일정을 별도로 확정·발표하겠다”고 밝혔다.

누리호는 앞서 10월 21일 1차 발사에서 3단 7t 액체엔진의 연소가 계획된 521초가 아닌 475초 만에 종료돼 위성모사체를 궤도에 안착시키지 못했다.

송은아 기자 [e-mail]