누리호가 21일 오후 4시 우주를 향해 비상한다.
전날 누리호를 조립동에서 발사장으로 이송해 일으켜 세운 후 진행한 발사 전 점검 작업이 순조롭게 마무리된 가운데, 발사관리위원회는 21일 오후 2시 반 발사 시간을 확정할 예정이다.
기술적 문제와 날씨, 우주환경 등을 종합적으로 검토해 발사 시간을 결정한다. 특별한 문제가 없는 한 오후 4시에 발사할 계획이다.
■ 우주 향한 카운트다운 시작
발사 시간이 확정되면 누리호에 연료와 산화제 등 추진제를 주입한다. 추진제 탱크 가압을 위한 헬륨도 충전된다. 이어 발사체 기립 장치가 철수하고 관성항법유도시스템이 정렬되기 시작한다.
발사 10분 전부터는 모든 발사 준비 과정이 발사관제시스템에 의해 자동으로 이뤄지는 발사자동운용(PLO)을 시작한다.
1단 엔진의 추력이 300톤에 도달하면 고정 장치가 해제되고 누리호가 불을 뿜으며 이륙한다.
누리호 3단이 지상 700㎞ 고도에 도착하고, 탑재된 성능검증위성과 위성모사체를 목표 궤도에 안착시키면 임무 완수다. 이 과정에서 1,2단 분리 및 점화를 진행하고 페어링까지 분리해야 한다.
발사체 성공 여부는 이륙 후 15분을 전후해 모두 결정된다.
■ 단 분리에서 위성 궤도 안착까지 차질 없어야
이륙 127초 후 59㎞ 고도에서 1단 추진체가 제일 먼저 분리된다. 이어 발사 2분 여만인 233초에는 191㎞ 고도에 올라가 페어링을 분리해야 한다.
페어링은 발사체 가장 앞쪽에 실린 성능검증위성을 감싸 고온과 고압에서 보호하는 장치다. 지구 대기권을 돌파하는 순간 정확히 둘로 갈라지며 떨어져 나가야 한다. 안에 들어 있는 화약을 폭발시켜 연결 부위를 순식간에 끊어낸다. 페어링 한쪽의 무게는 325㎏에 이른다.
페어링이 분리되지 않으면, 무게를 감당하지 못해 발사체가 목표 궤도에 들어갈 수 없다. 과거 나로호는 발사 후 페어링 분리에 실패해 전체 발사가 실패한 바 있다.
이어 발사 후 274초 경엔 고도 258㎞ 지점에서 2단 추진체를 분리한다. 이륙 후 15분이 되는 시점에서 700㎞ 고도에 35㎞ 오차 이내로 진입하면 궤도에 제대로 진입한 것으로 판단한다. 이어 성능검증위성을 분리해 궤도에 안착시켜야 한다. 약 1분 후에는 위성모사체까지 분리한다.
2021년 10월 누리호 1차 발사 당시에는 위성을 내보내는 이 마지막 단계에서 실패의 쓴맛을 봤다. 2단 분리 후 연소가 조기 종료되면서 위성모사체가 궤도에 안착하는데 필요한 속도를 내지 못해, 결국 위성모사체가 추락한 것이다.
연료에 산화제를 공급하는 산화제 탱크의 설계 결함으로 산화제가 누설된 것이 문제였다.
■ 위성 사출 기술도 점검
목표 궤도에서 성능검증위성이 분리된 후 데이터를 수신해 성공 여부를 판단하는 데는 30분 정도 소요된다. 전남 고흥 나로우주센터와 제주도 등에 설치된 추적 레이더와 텔레메트리 안테나가 누리호를 추적한다.
또 위성이 분리 11시간 후인 22일 새벽, 대전 항우연 지상국과 GPS 신호를 교환하면 완전한 성공을 재확인할 수 있다.
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성능검증위성은 궤도에 안착하고 1주일이 지난 시점부터 4기의 큐브 위성과 1개의 모사체를 이틀 간격으로 사출한다. 위성 안정화와 충돌 방지를 위해 간격을 두고 위성을 내보낸다.
이들 큐브 위성은 대부분 무게 3㎏ 안팎의 초소형 인공위성으로 각각 조선대, 서울대, 연세대, KAIST 학생과 연구진이 개발했다. 중적외선 및 장적외선 다중밴드 지구관측, GPS 반송파를 이용한 지구 대기 관측, 미세먼지 모니터링, 초분광 카메라를 활용한 지구관측 등의 임무를 6개월에서 1년 간 수행한다.
