엔진 4기 묶는 클러스터링 기술
추력 큰 로켓 안정성 확보 기대
10월 1차 시험발사에 영향 미쳐
한국형발사체 '누리호' 개발의 최대 난제로 꼽히는 1단 로켓의 종합연소시험이 이달부터 3월까지 세 차례에 걸쳐 매달 진행된다.
1단 로켓은 75톤급 엔진 4기를 묶는 '클러스터링 기술'을 통해 300톤 추력을 내는 데, 이번 연소시험 결과가 오는 10월로 예정된 1차 시험 발사에 영향을 미칠 전망이다.
17일 한국항공우주연구원에 따르면 이 달 중 75톤 엔진 4기를 클러스터링하는 1단 인증모델(QM)의 엔진 성능 점검을 위한 종합연소시험을 전남 고흥 나로우주센터에서 진행한다.
클러스터링은 여러 개의 엔진을 하나로 묶어 사용하는 기술로, 추력이 큰 로켓을 보다 쉽고, 경제적으로 만들 수 있고 엔진의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
항우연은 1단 엔진에 대한 종합연소시험을 이달부터 2월, 3월까지 세 차례에 걸쳐 실시할 예정이다. 1차 연소시험은 이달 중에 75톤 엔진 4기에 연료와 산화제를 주입한 후, 엔진을 점화시켜 총 30초 가량 이뤄진다. 2차 연소시험은 시간을 100초로 늘려 진행하고, 3차 연소시험은 이보다 30초 늘어난 130초 동안 지속한다.
항우연은 세 차례의 연소시험을 통해 4기 엔진이 각각 출력을 제대로 내는지 여부와 동일한 온도, 압력, 유량을 유지하면서 마치 하나의 엔진처럼 동일한 성능을 발휘하는 지를 살펴보게 된다. 또한 엔진 내 핵심 부품인 터보펌프, 배관, 연소기 등을 포함한 각종 구성품의 신뢰성 여부와 각 엔진의 추력 오차 등을 파악하게 된다.
아울러, 4개의 엔진이 동시에 점화해 화염을 내뿜을 때 서로 간섭하지 않도록 엔진의 수평과 균형을 유지하는 것도 점검할 예정이다.
연소시험이 성공적으로 끝나면 오는 10월 시험 발사에 쓰일 1단 비행모델(FM) 제작 및 조립에 들어가게 된다.
누리호는 75톤 엔진 4개를 묶어 300톤급 추력을 내는 1단부와 75톤 엔진 1기의 2단부, 7톤 엔진 1기의 3단부 등으로 구성돼 무게 1.5톤의 인공위성을 고도 700㎞에 쏘아 올리는 것을 목표로 제작되고 있다.
항우연은 7톤과 75톤급 비행모델(FM)용 엔진을 개발해 지난해 12월 기준, 75톤급 엔진은 총 170회(누적시간 1만6890초), 7톤 엔진은 총 89회(누적시간 1만6385초)에 걸쳐 연소시험을 진행한 바 있다.
항우연 관계자는 "75톤 엔진 4기를 묶은 클러스터링 엔진에 대한 종합연소시험은 사실상 누리호 발사체 성능을 최종 점검하는 매우 중요한 과정"이라며 "엔진 클러스터링은 복잡한 구조와 조립의 어려움 등으로 최근 누리호 발사 지연에 영향을 미쳤을 정도로 큰 난관인 만큼 종합연소시험 성공에 최선을 다하겠다"고 말했다.
한편 인류 최초로 달 착륙에 성공한 아폴로 11호의 발사체인 '새턴Ⅴ'는 엔진 5기를 묶어 추력 3400톤의 1단 로켓을 사용했으며, 옛 소련의 'N-1'는 엔진 30개를 클러스터링해 추력 5000톤 성능을 제작됐지만, 실제 발사에선 폭발한 바 있다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
75톤 엔진 4개를 클러스터링으로 구성한 누리호 1단 로켓 모습으로, 300톤급 추력을 낸다. 사진은 누리호 1단의 발사 상상도. 항우연 제공
이 달 중에 종합연소시험에 들어가는 누리호의 1단 로켓 모습. 75톤 엔진 4기를 묶는 클러스터링 방식으로 제작됐다. 항우연 제공
