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10월 21일 발사될 한국형 발사체 누리호 24시간 발사 타임라인

누리호 발사가 다가오고 있습니다. 2021년 10월 21일에 발사하게 될 한국형 발사체 누리호는 3단 우주 발사체로 3개의 로켓을 합친 형태로 구성되어 있으며 가장먼저 점화되는 1단 로켓은 75톤급 엔진 4기를 묶어 300톤의 추력을 낼 수 있습니다.

2013년 1월 30일, 발사에 성공한 나로호는 2단형 발사체로 1단 로켓은 러시아의 발사체가 사용되었지만 이번에 발사하게 될 누리호는 1단부터 3단 까지 모든 발사체를 대한민국 기술로 만들어진 로켓입니다.

이번 우주발사체의 발사에서는 진짜 인공위성을 대신해 1.5톤의 무게를 가진 위성모사체를 싣고 발사하게 되며 이번 발사에 성공하게 되면 내년인 2022년 5월에 진짜 위성을 싣고 다시 발사하게 됩니다. 물론 이번 시험에서 실패하더라도 내년 5월에 다시 발사를 하게 됩니다.

1. 발사 하루전 아침 - 발상체 이송

모든 조립을 마친 누리호를 발사대로 옮기는것으로 발사를 위한 준비가 시작됩니다. 이 때는 발사체에 추진제를 채우지 않은 빈 상태이며 트랜스포터에 탑재하여 이동하게 됩니다. 이때 이동 속도는 시속 1.5km로 사람이 걷는 속도보다 더 느린 속도인데발사체의 안전을 위해서입니다.

누리호를 조립하는 조립동에서 발사대까지의 거리는 약 1.8km인데 여기까지 가는데 대략 1시간 정도 소요됩니다.

2. 발사대에 누리호 기립

누리호는 기립 장치인 이렉터에 실려 아주 천천히 세워지게 되는데 기립이후 가장 중요한 것은 추진제가 아직 채워지지 않아 가벼운 상태인데 강한 바람에도 넘어지지 않도록 누리호의 하단을 단단히 고정해주는 일입니다.
 
지상고정장치(VHD)는 누리호의 하부를 4개의 고리로 지지 및 고정하며 이륙직전까지 붙잡고 있다가 엔진이 최대 추력을 낼 때 발사체를 놓아주는 역할을 합니다.

3.발사전날 오후 - 엄빌리칼 케이블 연결

발사 전날 오후에 누리호의 탯줄이라고 할 수 있는 엄비리칼 케이블 연결 작업이 시작됩니다. 엄비리칼은 누리호에 추진제와 전기를 공급하는 시설로 전날 미리 연결해 둔후 발사 당일날 추진제를 충전을 시작합니다.

추진제를 공급하게 될 엄리리칼은 6개로 각 단마다 3개씩 있는 산화제와 연료 탱크에 추진제를 따로 공급해주게 됩니다. 엄비리칼은 아주 중요한 장치이기 때문에 연결 작업과 동시에 기밀시험이 이루어집니다. 이 동안 다른 한편에서는 발사대 시스템 준비를 하게 됩니다.

4. 발사당일 오전 - 발사 준비

발사체를 발사하기 위해서는 여러가지 환경이 맞아야 하는데, 순간 최대 풍속 21m/s 이하여야 하며 발사체의 비행 경로상에 번개 방전 가능성이 없는 조건이어야 합니다. 그외 온도, 습도, 압력 등 기상조건이 만족해야 발사를 할 수 있습니다.

이런 조건들을 확인하기 위해 나로 우주센터의 추적소와 제주도, 팔라우섬의 추적소에서도 통신 안테나를 켜고 발사관제 모드에 들어 가게 됩니다.

5. 장비 점검

발사 환경이 갖추어지면 누리호의 뇌와 신경에 해당하는 각종 전자장비와 컴퓨터, 센서를 확인합니다.  또한 연료와 산화제를 주입하기 전에 헬륨가스를 먼저 충전합니다. 헬륨은 누리호 속에 있는 수백 개의 밸브를 여닫는 역할 뿐 아니라 동체나 엔진, 배관의 이물질을 불어 내주는 일을 하게 됩니다.

6. 연료와 산화제 주입

연료와 산화제를 주입하는 데 걸리는 시간은 약 2시간이며, 연료와 산화제는 엔진이 점화되기 전까지는 결코 만나서는 안됩니다. 아주 작은 불씨에도 화재가 발생하고 큰 폭발이 일어날 수 있으므로 따로 충전을 하고 미리 헬륨가스로 이물질을 제거해 줍니다.

영하 183도에 이러는 극저온 액체산소인 산화제는 충전이 매우 까다롭습니다. 배관과 탱크를 미리 냉각한 후 충전을 해도 주입 직후 부터 증발되기 때문에 발사전까지 계속해서 보충을 해주어야 합니다. 충전하는 동안 누리호 머리 위로 하얀 연기가 피어오르는데 이것이 바로 기화되는 사라지는 산화제 입니다.

7. 발사 20분전 - 발사 카운트 다운

누리호를 수직으로 세워 지지해주던 이렉터가 분리를 시작하게 되면 발사 절차게 돌입한 것입니다. 발사 카운트 다운은 정확히 발사 10분전에 시작되며 이때부터는 인간의 손을 완전히 떠나게 되고 컴퓨터가 모든 결정을 하게 됩니다.

발사전 10분동안 컴퓨터는 압력, 온도, 습도, 통신상태 등 누리호의 모든 상태를 체크하게 되며 이중 어느 한곳에서라도 이상한 점이 발견되면 컴퓨터는 스스로 발사를 취소하게 됩니다.

8. 누리호 발사

컴퓨터의 체크로 누리호의 모든 상태가 정상임이 확인되면 1단 엔진이 자동 점화되고 단 몇 초 만에 최대 추력에 이르게 됩니다. 최대 추력 300톤에 도달하면 누리호 하부를 잡고 있던 고정장치 4개에 해제 명령이 떨어지고 누리호가 이륙하면서 마지막까지 연결되어 있던 엄비리칼 케이블이 회수 됩니다.

1단 로켓이 점화되어 뒤로 뿜어져 나오는 화염은 무려 3,400도에 이러게 되는데 이 화염이 역류해 누리호에 들어가지 않도록 지하에서 물을 분사하게 되는데 이때문에 우리가 흔히 보게 되는 엄청나게 많은 연기가 나오게 됩니다.

또한 발사될때 자세히 보면 발사체의 외벽에서 얼음같은것이 떨어져 나오게 되는데 산화제가 극저온 상태이기때문에 동체 바깥쪽에 성에가 생기게 됩니다. 이 성에가 발사체의 이륙으로 안한 진동으로 떨어져 나오는 것입니다.

9. 발사후 과정

1단 로켓의 연소 시간은 약 127초 입니다. 누리호는 이 2분간의 연소시간에 대기권을 벗어나 공기가 희박한 성층권에 도달하게 되며 이때 연소를 마친 1단을 분리하게 되고 2단 로켓이 점화를 하게 됩니다. 1단 로켓이 가장 크고 무거운데 이 1단을 분리하게 되면 상당히 가벼워지고 이로 인해 발사체의 속도와 고도가 2배이상 증가하게 됩니다. 이때 속도는 초속 약 4.3km 정도가 됩니다.

공기 마찰이 거의 없는 고도에 도달하면 위성의 덮개인 페어링도 먼저 분리하게 됩니다. 누리호가 달성하게 될 최종 속도는  초속 7.5km로 마하 31이 넘는 속도 입니다.

2단 로켓의 연소를 마지게 되면 2단 로켓을 분리하고 3단 엔진을 점화하게 됩니다. 3단 엔진의 연소시간은 약 9분정도으로 가장  긴 시간동안 비행하게 되며 3단 점화후 이동거리는 4,000km 이며, 2단보다 속도가 약 2배 증가하게 됩니다.

10. 위성분리후 점검

누리호의 속도가 초속 7.5km에 이르고 인공위성 투입고도인 700km에 이르게 되면 3단 엔진을 정지합니다. 지상에서 이륙한지 약 16만에 위성모사체가 분리하게 됩니다.

위성이 분리되고 약 30분후 발사 데이터 분석을 통해 최종 발사 성공 여부를 확인하게 됩니다.

이번 한국형 우주발사체인 누리호의 발사가 성공적으로 이루어져 대한민국의 원대한 꿈인 우주강국에 한발짝 더 나아가길 기원합니다.