누리호 4차 발사 준비 착착…9시간 뒤 "산화제·연료 충전 시작"

나로우주센터 초긴장 속 엄빌리컬· 유공압 점검 마치고, 발사 운용 점검

한화에어로스페이스가 처음 제작을 주관한 누리호 4호기가 26일 낮 1시 현재 발사 12시간을 앞두고 발사대 운용을 위한 최종 점검에 들어갔다. 발사 3시간 전인 밤 10시부터 산화제/연료 충전을 시작한다.

우주항공청은 이날 오전 발사대에 세워진 누리호에 대한 엄빌리칼(공급선) 연결 등 설치작업을 완료한 상태다. 유공압 엄빌리컬 연결 및 기밀 점검 작업 등 외부 전원 인가, 유공압 설비 초기 상태 점검을 마쳤다.

27일 새벽 우주궤도로 발사될 누리호 4호기가 발사대에 세워져 있다.(사진=한국항공우주연구원)

오후엔 밸브 및 엔진 제어용 헬륨 충전 및 보충을 시작한다. 특히, 발사 4시간 전인 이날 오후 9시께 액체산소 공급라인 및 탱크 냉각에 들어간뒤 밤 10시부터 케로신과 액체산소 충전, 추진제 탱크 가압용 헬륨 충전을 진행할 예정이다.

이어 발사체 기립 장치 철수와 함께 관성항법유도시스템 정렬이 시작되고, 발사 10분 전부터는 발사체 이륙 직전 발사관제 시스템에 의한 발사자동운용(PLO) 단계에 진입한다.

발사 시간은 날씨 등의 변수가 없는 한 27일 1시 4분으로 예상됐다. 당초 정한 발사 예정 시간은 0시 54분~1시 14분 사이다. 지구궤도를 도는 우주물체(ISS 등)와의 충돌 가능성 등을 고려해 발사 5시간 30분 전인 오후7시 30분 발사관리위원회를 열어 발사시각을 최종 확정한다.

발사 때 지상풍 순간 최대 풍속이 초속 21m 넘으면 연기

발사 기상조건으로는 영하 10~영상 35도, 습도 25도 기준 98%이하, 압력은 947~1040 헥토파스칼, 지상풍은 발사시 평균 초속 15m, 순간최대 풍속이 초속 21m,  초고층 건물에 작용하는 풍하중이 200 킬로파스칼(kPa·deg)을 넘으면 안된다. 또 낙뢰나 구름도 비행경로에 없어야 한다.

우주항공청은 이외에 27일 발사체 이륙부터 위성 궤도 1주기 시점에 유인 우주선(ISS)이 200km이상 떨어져 있어야 발사가 가능할 것으로 내다봤다.

발사에 성공했을 경우 누리호 4호기는 170도의 발사 방위각을 따라 남쪽으로 비행하다 발사 125초만에 고도 63.4km에 도달하며 1단이 분리된다. 또 234초(201.9km)에 페어링 분리, 272초(257.8km)에 2단이 분리된다.

위성은 발사한지 807초, 지구궤도 600.1km에 도달했을 때 차중 3호 분리를 시작으로 20초 간격으로 927초까지(599.9km) 큐브위성을 2~7차로 분리하고, 비행이 종료될 예정이다.

누리호 4호기 발사 시퀀스.(그림=항우연)

나로호 4차 발사는 한국형발사체 고도화 사업의 일환으로 추진됐다. 사업기간은 2022년부터 2027년까지 총 6년으로 총 6천873억 8천만원이 투입된다.

이번 4차발사 운용 및 사업 주관은 한국항공우주연구원이 맡았다. 한화에어로스페이스는 발사체 제작을 총괄 주관하고, 처음으로 협력업체의 품질 관리 및 감독도 진행했다. 또 발사지휘센터(MDC)와 발사관제센터(LCC) 등의 발사 운용에도 참여한다.

발사체 제작을 민간이 맡기는 이번이 처음이다. 이들은 현재 누리호 5,6호기를 동시에 조립 중이다. 

누리호 4호기는 발사체 길이만 47.2m, 직경 3.5m에 무게가 200톤이다. 총 3단으로 구성됐다. 1단은 75톤급 액체엔진 4기, 2단은 75톤급 액체엔진 1기, 3단은 7톤급 액체엔진 1기를 각각 갖췄다. 연료만 56.5톤, 산화제는 126톤이다. 탑재 중량은 총 2.2톤이다.

지난 2023년 발사한 누리호 3호기와 이번 4호기와의 가장 큰 차이는 발사시각이다. 4차 발사가 자정께 이루어지는 이유는 차중3호의 오로라 관측 미션 때문이다. 오로라 관측기 가장 용이한 위치에 위성을 올려 놓기 위해 자정 이후를 발사 시간으로 선택했다.

누리호 4호기 밤에 쏘는 이유는 오로라 때문…3,4호기 탑재체 무게도 365kg늘어

또 다른 차이는 위성 무게다. 누리호 3차에서는 위성 무게가 총 240kg이었으나, 이번에는 595kg이다. 위성사출장치 및 어댑터 무게도 3차 대비 125kg 증가한 365kg이다.

발사체 설계도 일부 변경됐다. 4호기에서는 다중위성 어댑터가 새로 개발돼 적용됐다. 또 상단 내부 카메라도 2기가 추가됐다. 3차 발사 당시 카메라 화각 제한으로 큐브위성 1기(도요샛 3호기)의 사출 여부 영상 확인이 어려웠기 때문이다.

누리호 4호기 탑재 위성은 모두 13기다. 주탑재 위성은 차세대중형위성 3호(CAS500-3)이다. 차중 3호는 무게만 516kg이다. 고도 600km에서 태양 위치를 따르는 태양동기궤도를 돌면서  ▲지구 오로라/대기광 관측 ▲우주 자기장/플라즈마 측정 ▲3D 바이오프린팅 및 줄기세포 기술 검증에 나설 계획이다. 임무 수명은 1년 이상이다.

이외에 부탑재위성인 큐브위성 12기가 함께 올라간다. 12기 제작은 항우연, 스페이스린텍, 한컴인스페이스, ETRI, 우주로테크, 코스모웍스, 쿼터니언, 서울대학교, 인하대학교, KAIST, 세종대학교가 주도했다.

차중 3호는 다중 위성 어댑터에 장착되고, 큐브위성은 개별 발사관에 탑재된다. 발사체 3단이 목표 고도에 도달하면 차중 3호가 먼저 분리된 뒤, 이후 약 20초 간격으로 큐브위성을 한 번에 2기씩 사출한다.

발사 후반부터는 남태평양 팔라우서 위성 등 추적

발사 이후 초반은 나로우주센터와 제주도 추적 레이더 및 텔레메트리 안테나를 통해 이루어지고, 발사 후반부인 위성 분리 시점부터 남태평양 팔라우 추적소 텔레메트리 안테나가 발사체 3단 및 위성 등을 추적한다.

우주항공청 현성윤 한국형발사체 프로그램장은 "이시간 현재 27일 새벽 발사는 정상 추진 중"이라며 "이번 발사는 특히, 민간에서 만든 발사체를 처음 발사한다는 의미가 있다"고 설명했다.

누리호 4호기에 탑재된 위성 리스트.(그림=항우연)