나로호(羅老號, NARO) - KSLV-I(Korea Space Launch Vehicle-I)

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나로호(羅老號, NARO) 혹은 KSLV-I(Korea Space Launch Vehicle-I)는 당초 2005년에 발사되기로 했던 대한민국 최초의 우주발사체이며, ‘KSLV-Ⅰ명칭공모’ 대상작으로 발사지인 나로우주센터가 위치한 지역인 외나로도를 딴 나로라 명명하였다^[1].

2009년 8월 19일 오후 5시로 발사가 시도되었으나 4시 52분 4초, 발사 7분 56초를 남기고 고압탱크 압력측정 소프트웨어 결함으로 인하여 자동으로 발사 중지 명령이 내려졌다. 이 때문에 또 다시 발사가 연기되어 2009년 8월 25일 오후 5시 재발사하였다. 하지만 페어링 분리실패로 발사이륙 9분 뒤 고도 306㎞에서 과학기술위성 2호와 분리됐어야 했지만, 고도 340㎞ 상공에서 분리된 것으로 나타나 예상한 고도보다 약 36km정도 더 올라가서 분리되었다. 나로호 발사는 성공적이나 과학기술위성 2호 발사는 실패하게 되었다.

나로우주센터에서 발사가 되어 초당 7.9㎞(제1우주속도) 속도로 날아간다. 400초(6분 남짓)가 조금 지나면 궤도로 진입한다. 2단 발사체는 이후 140초쯤 뒤에 위성체에서 떨어져 나오면서 필리핀 바다로 추락한다. 발사체는 떨어지면서 하얀 분말처럼 부서져 안전하다.

러시아의 기술이전

러시아 의회는 한국과 러시아 정부가 체결한 '위성발사체 설계기술 협력 등을 위한 우주기술보호협정(TSA)'을 만장일치로 비준했다. 이 협정으로 러시아가 대한민국에 이전하는 기술은 다음과 같다.

• 액체연료저장을 위한 상세설계 기술
• 발사체의 핵심기술
• 발사체와 발사대를 연결하는 기술
• 발사대 운용기술

나로의 제원

• 1단 로켓: 러시아
  • 앙가라 URM-1
  • 최대중량: 140,000 kg.
  • Empty 중량: 10,000 kg.
  • 추력: 196 톤 (지상)
  • 연소시간: 230 초
  • 직경: 2.90 m
  • 길이: 25.00 m
  • 액체연료 로켓 (산화제:액화산소, 연료:등유)
  • 러시아 RD-151 엔진 (RD-191 동형 혹은 수정형)

• 2단 로켓: 대한민국
  • KM, 혹은 킥모터라고 부르는 고체추진제로켓 사용.
  • 자유로운 방향전환을 위한 무버블 노즐이 장착되어 있음
  • 고체연료
  • 러시아 지도하에 국내 제작. KARI가 100% 자체개발.
  • 추력 8톤. 한국은 2006년 현재 고체로켓의 경우 ‘초당 100파운드 추력’ 이상의 발사체를 개발하지 못하게 되어 있음.
  • 발사 후 고도 164km 지점에서 노즈 페어링이 열리면서 1단 로켓이 분리됨. 이후 2단 로켓의 킥모터가 점화됨.

• 총중량: 140 t
• 길이: 33 m
• 직경: 2.9 m
• 추력:
• 탑재체중량: 100 kg
• 궤도: LEO
• 당초 계획 발사일: 2005년
• 변경된 예정 발사일: 2009년
• 당초 개발비: 3,594억 원
• 변경된 개발비: 5,098억 원
• 발사장소: 나로우주센터

첫 발사에 관한 비화

당초 2005년 9월경 발사할 계획이었으나^[2] 위성 핵심 탑재체 해외공동개발 차질과 한·러시아간 우주기술협력 지연, 나로우주센터 사업비 증가 등으로 국가 우주개발 중장기 기본계획이 수정되어 과학기술위성 2호를 발사하려던 계획 역시 2년 정도 늦춰지게 됐다. ^[3]

결국 2007년 10월경 발사로 연기되었으나 러시아와의 '우주기술보호협정(TSA)' 체결이 늦어져 또다시 연기 된다.^[4] 2008년 12월 21일로 발사 계획을 세웠으나 핵심 장비인 액체 추진로켓이 러시아에서 늦게 들어오면서 발사가 2009년 상반기로 연기됐다. ^[5]

2009년 7월 30일로 발사가 확정되었으며 기상조건 등에 따라 발사를 연기할 경우 8월 6일 이내에는 발사하기로 했다고 발표했다.^[6]

그러나 교육과학기술부는 2009년 7월 17일 기자설명회를 열고 발사체 1단 개발을 담당하는 러시아 흐루니체프사에서 "연소시험이 당초 예정됐던 23일이 아닌 27일 이후에나 가능하다"는 서한을 받았다고 밝혔다. 러시아측은 현재 비연소시험을 마치고 연소시험을 준비 중에 있던 가운데 데이터를 분석하는 과정에서 시험설비 소프트웨어 보완사항을 발견하고, 이를 수정하기 위해 서한을 보냈던 것으로 알려졌다.^[7]

2009년 8월 1일 교육과학기술부는 나로호의 발사 예정일이 공동 개발국인 러시아 기술진과의 발사일정 협의를 거쳐 8월 11일로 결정됐다고 밝혔다. 발사를 위한 최종준비 상황과 발사 당일의 기상조건에 따라 발사연기가 발생할 수 있는 만큼 8월 18일까지를 발사예비일로 설정했다.^[8] 그러나 기술적 이슈로 인하여 14일에서 16일 사이에 발사하자고 러시아 측에서 통보가 온 것으로 알려졌다.

2009년 8월 11일 교육과학기술부는 11일 브리핑에서 “한국-러시아 양국 기술진이 발사일정을 협의한 결과 나로호를 8월 19일 발사하기로 정했다”^[9]라고 밝혔으며 당일 기상조건들을 대비해 8월 26일까지를 발사예비일로 설정하였다.

2009년 8월 19일 오후 5시 발사가 시도되었으나 4시 52분 4초, 발사 7분 56초를 남기고 고압탱크 압력측정 소프트웨어 결함^[10]으로 인하여 자동으로 발사 중지 명령이 내려졌다. 이 때문에 또 다시 발사가 연기되어 2009년 8월 25일 오후 5시 재발사되었다.^[11]

2009년 8월 25일 오후 5시 발사되어 5시 0분 54초에 음속을 돌파, 5시 3분 54초에 상단 페어링 한쪽이 분리되고 5시3분52초에 1단 로켓이 분리됐다. 그러나 페어링의 나머지 한쪽의 분리가 실패하여 과학기술위성 2호는 목표궤도 진입에 실패해 초속 6.2km 속도로 대기권으로 떨어져 소멸되었다.

KSLV-1

KSLV-1

발사 역사

번호	발사날짜	발사장	위성	현재 상황
1	2009년 8월 25일	나로우주센터	과학기술위성 2A호	발사 성공(위성발사는 실패)
2	2010년 6월 10일	나로우주센터	과학기술위성 2B호	발사 후 통신두절

첫 번째 나로호 발사

2009년 8월 25일, 대한민국 고흥군의 나로우주센터에서 과학기술위성 2A호를 탑재하여 첫 번째 나로호 발사가 시행되었다. 첫 번째 나로호 발사는 2009년 8월 25일 기준으로 발사체는 우주 궤도에 도달하였으나,지구 궤도를 빠져 나가려는데, 페어링 분리가 안됐던 모양인지 대기권에 진입하면서 불타 소멸되어 브라질 연안에 떨어졌다. 탑재 위성의 목표 궤도 진입이 실패한 것으로 파악하고 있다.^[12] 대한민국의 교육과학기술부 안병만 장관은 발사 후 브리핑에서 1단 엔진과 2단 킥모터는 정상적으로 작동되고 위성이 정상적으로 분리되었으나, 위성이 목표 궤도에 정확히 올려 보지 못한 것으로 분석된다고 하였다. ^[12] 나로우주센터와 KAIST 인공위성연구센터에서는 나로호가 이륙 9분 뒤 고도 306㎞에서 과학기술위성 2호와 분리됐어야 했지만, 이보다 약 36㎞ 높은 고도 342㎞에서 분리된 것으로 분석하였다.^[12] 현재 교육과학기술부와 한국항공우주연구원은 현재 정확한 원인 규명을 위해 한·러 공동사고조사위원회(비행시험위원회)를 구성하고 사고 조사에 착수할 계획이다.^[12] 발사가 실패한 원인은 한쪽 페어링이 분리되지 않은 데에 따른 것으로 밝혀졌다.^[13] 발사 당일 시간대별 발사 과정은 아래 표와 같다. ^[14][15][16] 정확한 과정 및 실패 이유는 2010년 2월초 나로호 발사 조사위원회에서 발표한다.

• 발사 과정

시각 (KST)	상태	비고
08:55	발사 운용 시작
09:40	1단 추진제 충전 준비 작업 시작
10:02	추진제 및 헬륨 충전을 위한 점검 완료
10:07	밸브 및 엔진 제어용 헬륨 충전 시작
10:40	1단 연료탱크 온보드 구성품 기능작업 완료	온보드는 발사체 내 전자장비이다.
11:11	1단 산화제 탱크 온보드 구성품 기능점검 완료
12:29	상단 자세제어시스템 충전 시작
12:30	육상 소개시작, 발사대 주변 기술인력 안전지역 철수
12:48	발사대 주변 기술 인력 철수 완료
13:00	1단 로켓 추진제 충전 준비 완료
13:04	산화제 공급시스템 냉각 시작
14:15	산화제 공급시스템 냉각 완료
14:17	산화제 탱크 냉각 시작
14:47	산화제 탱크 냉각 완료
14:58	발사체 1단 연료탱크에 연로(케로신) 주입 시작
15:04	발사체 1단 산화제(액체 산소) 충전 시작
15:25	헬륨 고압탱크 충전 시작
15:46	발사체 1단 연료탱크에 연로(케로신) 주입 완료
16:06	발사체 1단 산화제(액체 산소) 충전 완료
16:10	발사체 기립유지장치 철수
16:15	상단부와 레인지시스템 최종 발사준비 작업 시작
16:23	상단부 자세제어 시스템 충전 완료
16:28	발사체 기립장치 철수작업 완료
16:42	모든 시스템 발사준비 완료
16:44	나로호 최종 발사 승인
16:45:00	최종 카운트 다운 시작 (900초) 상단 배터리 전원공급
16:59:56.2	1단 로켓 점화
17:00:00.26	나로호 발사 이륙
17:00:54	나로호 음속 돌파	이륙 후 54초
17:03:36	상단부 페어링 분리	이륙 후 216초, 오른쪽 페어링 정상 분리, 왼쪽 페어링 분리 실패[17]
17:03:50	1단 엔진 종료	이륙 후 230초
17:03:53	1단 로켓 분리	이륙 후 233초
17:06:35	2단 로켓 점화	이륙 후 395초, 정상 점화
17:07:33	2단 엔진 종료, 목표 궤도 진입	이륙 후 455초, 연진 종료때 327km 까지 상승 (정상 고도는 302km) 목표 궤도 진입 실패, 종료 무렵부터 2단 텀블링 발생 시작
17:09:00	과학기술위성 2호, 나로호 2단과 분리	이륙 후 540초, 정상 고도(306km)보다 36km 상공(342km)에서 분리됨 직후 상단에 붙어있던 페어링 역시 분리
17:11:00	최대고도 387km까지 도달 후, 지상으로 낙하
18:00	발사성공 여부 공식 발표	발표 20분 연기

나로호 2차 발사

두 번째 나로호 발사 이전에 러시아 기술자가 자살을 시도하였으나 다행이 무사하였고, 발사일은 연기되지 않았다. 두 번째 나로호 발사는 대한민국 고흥군의 나로우주센터에서 과학기술위성 2B호를 탑재하여 2010년 6월 9일 17시에 발사할 예정이었지만, 13시 28분경 발사를 3시간 30분 앞두고 전기장치결함으로 인한 발사대 소방시설 오작동으로 노즐 3곳에서 화학용제와 소화용액이 분출됨에따라 발사운용절차가 중단되었다. 발사운용절차 중단 직후 교육과학기술부 대변인은 '발사체에는 영향을 미치지 않은 것으로 판단'했으며 '한ㆍ러 비행시험위원회에서 차후 재발사일정을 잡을 것'이라고 밝혔다. 발사 시간은 2010년 6월 10일 17시 1분으로 확정되었다. 나로호 2차 발사후 한국항공우주연구원은 발사 후 55초가 지나 음속을 돌파했다는 공식 방송을 내보냈으나 위성분리가 예정됐던 발사후 540초 무렵 나로호와의 통신이 두절됐다고 밝혔다.

KSLV 시리즈

나로(KSLV-1)

• 1단 로켓: 러시아 앙가라 URM-1
• 2단 로켓: 대한민국 킥모터 (KM)
• 탑재체중량: 100 kg
• 궤도: 지구 저궤도
• 발사체 중량: 140톤
• 발사체 추력: 1단 최대 196톤, 2단 8톤
• 개발기간: 2002년 ~ 2007년
• 발사일: 2009년 8월 25일

KSLV-2

• 1단 로켓: 대한민국 제작
• 2단 로켓: 대한민국 제작
• 3단 로켓: 대한민국 제작
• 탑재체 중량: 1,500 kg
• 궤도: 지구 저궤도
• 발사체 중량: 200톤
• 발사체 추력: 300톤 300,000 kgf
• 개발기간: 2008년 ~ 2017년
• 발사일: 2018년

KSLV 시리즈의 계획변경

중량 99.4kg의 위성체를 38.0도의 306km 고도에 올리는 것이 목표인 것은 변하지 않았다. 그러나 KSR-3 3개와 2단계 추진체로 KSR-1을 사용하려던 당초 계획이, 러시아 안가라 로켓의 1단 추진체인 안가라 UM 1개를 1단으로 하고 2단 추진체는 고체 킥모터로 하기로 변경되었다. 이로 인해 로켓의 전체 무게는 당초 20톤에서 140톤으로 증가하게 되었다.

• 1차 변경
  • 나로호의 무게를 20톤에서 140톤으로 증가
  • 이륙시 추력 25 톤에서 196톤으로 증가

• 2차 변경
  • KSLV-2와 KSLV-3 계획 통합

앙가라 로켓과의 비교

모델	Angara 1.1	Angara 1.2	KSLV-I	KSLV-II
1단	1xCRM, RD-191	1xCRM, RD-191	1xCRM, RD-191	1xCRM, RD-191
2단	Breeze-KM	Block I, RD-0124A	고체연료 킥모터	1xCRM, RD-151
3단	--	–-	–-	신형 고체로켓
추력	196,000 kgf (1.92 MN)	196,000 kgf (1.92 MN)	170,000 kgf	300,000 kgf
발사중량	149 t	171.5 t	약140 t	200 t
길이	34.9 m	41.5 m	약33 m	–-
페이로드 (LEO 200 km)	2 t	3.7 t	100 kg	1.5 t

나로호는 당초 계획보다 개발 일정이 지연되면서, 대신 추력이 상승하였다. 안가라 로켓과 발사중량을 비교해 보면, 당초 알려진 100 kg 위성 발사체와 1.5 t 위성 발사체에서 보다 발사능력이 향상된 것으로 보인다.