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누리호 3단부 엔진 조기종료, 헬륨탱크 고정장치 풀린 탓

발사후 36초 뒤 3단부 탱크 진동 계측
이탈된 헬륨탱크 탱크 배관 변형 초래
비행 가속시 부력 증가 변수 고려 못해

  • 기사입력 : 2021년12월29일 12:00
  • 최종수정 : 2021년12월29일 12:00
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[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 지난 10월 발사된 한국형 발사체 누리호(KSLV-II)의 3단부 엔진 조기 종료 원인이 밝혀졌다. 산화제탱크 내부에 장착된 헬륨탱크의 고정장치가 풀린 것부터 변수가 생긴 것으로 조사됐다.

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 29일 오전 정부세종청사 과기부에서 '누리호 발사조사위원회'를 통해 규명한 누리호 1차 발사 시 위성모사체의 궤도 미투입 원인을 발표했다.

이번 조사는 비행 중 획득한 2600여개의 텔레메트리 데이터를 기반으로 누리호 비행과정 중 발생한 이상 현상을 찾아내고 이같은 현상을 유발시킨 원인을 밝혀내는 방식으로 진행됐다. 조사위는 조사 초기 단계에 3단 산화제탱크의 압력이 저하돼 엔진이 조기에 종료된 것을 확인한 후, 구체적인 원인 규명에 초점을 맞췄다.

3단 산화제탱크 내 고압헬륨탱크 및 배관 배치도 [자료=과학기술정보통신부] 2021.12.29 biggerthanseoul@newspim.com

누리호 이륙 후 시간대별 현상을 보면 이륙 후 36초에 비행과정에서의 특이 진동이 계측됐다. 이는 3단 탱크연결트러스와 위성어댑터에서 나타났다. 이때 헬륨탱크에서 헬륨 누설이 시작된 것으로 분석됐다. 이와 함께 산화제탱크 기체의 압력이 상승했다. 

67.6초에는 산화제탱크 기체 압력이 하강하기 시작했다. 산화제탱크 상부 표면온도가 급격히 내려앉은 시점이기도 하다. 115.8초에는 헬륨탱크의 압력이 하강할 뿐더러 3단 산화제탱크의 기체 압력이 상승했다.

이같은 과정을 데이터를 통해 분석한 결과, 조사위는 최종적으로 누리호의 3단 산화제탱크 내부에 장착돼 있는 헬륨탱크의 고정장치 설계시 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡한 것으로 판단했다. 이렇다보니 실제 비행 시 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승할 때 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정됐다.

이후 이탈된 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되기 시작한 것으로 조사위는 판단했다. 이어 산화제탱크의 균열이 발생돼 산화제가 누설됐다는 얘기다. 연이어 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 조기에 종료된 것으로 분석됐다.

과기부와 항우연은 이번 조사 결과를 토대로 누리호의 기술적인 보완을 위한 세부 조치방안을 마련하고 향후 추진일정을 확정할 계획이다. 또 기술적 보완의 경우, 헬륨탱크 고정부와 산화제탱크의 구조를 강화하는 것 등을 중심으로 이뤄질 예정이다.

[고흥=뉴스핌] 사진공동취재단 = 21일 고흥군 나로우주센터 제2발사대에 거치된 한국형 발사체 누리호(KSLV-ll)가 힘차게 날아오르고 있다. 누리호는 1.5t급 실용위성을 지구저궤도(600~800km)에 투입하기 위해 만들어진 3단 발사체이며 엔진 설계에서부터 제작, 시험, 발사 운용까지 모두 국내 기술로 완성한 최초의 국산 발사체이다. 2021.10.21 photo@newspim.com

최환석 항우연 부원장은 "설계시 비행 가속 상황에서의 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못했다"며 "향후 철저한 보완을 통해 2차 발사를 준비해 나갈 것"이라고 말했다. 최 부원장은 "1단 분리 이전부터 진동이 있었으나 비정상 비행이 발생시킨 원인은 아니다"라며 "산화제 탱크 내 핼륨탱크가 부상하면서 발생한 부수적인 이유"라고 덧붙였다.

최 부원장은 이어 "이번 발사는 시험발사로 최초의 성공을 기대했지만 실패도 개발 과정이라고 볼 수 있다"며 "2015년 스페이스X 역시 동일한 상황이 발생해 폭발한 하는 등 최근까지 해외에서도 발생한 상황"이라고 말했다.

권현준 과기부 거대공공정책관은 "앞으로 사업추진위원회 및 국가우주실무위원회를 통해 기술적 조치에 따른 향후 추진일정을 확정해 나갈 예정"이라고 전했다.

앞서 지난 10월 21일 오후 5시 과기부와 항우연은 전남 고흥군 나로우주센터에서 누리호를 발사, 고도 700km까지는 도달했으나 최종적으로 위성 모사체를 목표 궤도에는 올리지 못해 '미완의 성공'이라는 평가를 받은 바 있다. 

biggerthanseoul@newspim.com

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