한국항공우주연구원

자막

우주발사체는 사용하는 연료에 따라 크게 두 가지로 구분 됩니다
바로 액체로켓과 고체로켓인데요
21년 발사를앞둔 누리호의 경우 액체연료를 사용하는 액체로켓입니다
누리호가 액체연료를 사용하는 이유는 무엇일까요?

(액체로켓과 고체로켓의 차이는?)
(뉴턴의 제3운동법칙 작용 반작용의 법칙)
우주발사체는 뉴턴의 제3운동법칙
'작용-반작용의 법칙'에 의해서 우주로 날아갑니다
우주발사체에 장착된 엔진이 연룔르 태워 가스를 분사하면
그와 같은 힘으로 가스의 반대 방향으로 발사체가 날아가게 됩니다
로켓의 가스를 만들기 위해 사용하는 연료는
크게 액체연료와 고체연료로 나뉩니다
고체연료는 성냥과 같이 한번 불이 붙으면
멈출 수 없이 끝까지 계속 타오릅니다
그러나 액체연료는 라이터와 같이 주입하는 연료량을 제어해
세기를 조절할 수 있고 불을 껐다 켤 수 있죠
이처럼 액체연료는 고체연료와 달리 추력을 조정하거나
시동/정지 제어가 가능합니다
SpaceX가 1단 로켓을 지상으로 회수할 수 있는 이유도
액체엔진을 사용하기 때문이죠
(신기전 조선시대에 개발된 고체로켓으로 세계에서 가장 오래된 로켓 설계도가 남아있다)
그러나 고체로켓이 구조가 매우 간단하고 제작비용이 적게 드는 반면에
(네루 세계 최초 액체로켓 '네루'와 개발자 로버트 고더드)
액체로켓은 비용도 많이 들고 관련 기술을 가진 나라는
세계 10개국에 불가할 정도로
매우 정교하고 복잡한 구조를 가지고 있습니다
그러면 누리호는 왜 굳이 어려운 액체엔진 방식을 선택한 것일까요?

(누리호가 액체엔진을 선택한 이유는?)
누리호는 단순히 우주에 가는게 목적이 아닌
우주에 1.5톤급 실용위성을 지구 저궤도에 투입하는게 목표입니다
인공위성을 정확한 위치에 안전하게 수송하기 위해서는
정교한 제어가 가능한 액체로켓 방식이 유리합니다
(비추력 로켓 연료의 효율성을 나타내는 단위로 1kg의 연료가 1초 동안 연소할 때의 추력)
또한 액체엔진은 고체엔진에 비해
자동차로 봤을 때 연비인 비추력이 높습니다
그렇기 때문에 적은 연료를 가지고도 많은 물건을 실어 나를 수 있습니다
실제로 달 착륙에 사용된 새턴V
최근 민간 유인 우주선 발사에 사용된 SpaceX의 팔콘9 발사체 등
지난 50년간 우주로 간 발사체 대부분은
액체 추진제를 사용해 왔습니다

(우리나라 고체 부스터 개발 계획은?)
해외 대형발사체들은 액체엔진에
고체부스터를 다는 형태를 많이 띠고 있습니다
천리안 위성 2B호가 사용한 아리안5 발사체도
2개의 부스터를 가지고 있죠
고체부스터를 사용하게 되면
가장 연료를 많이 사용하게 되는 이륙에서부터
대기권 구간가지 연료를 아낄 수 있어
더 많은 중량을 우주공간으로 올려보낼 수 있습니다
그럼 누리호도 고체 로켓 부스터 장착이 가능할까요?
현재 시점에서 고체 로켓 부스터 장착은 불가능합니다
기술적인 문제가 아닌 '한미 미사일 지침' 때문인데요
휴전이라는 특수한 상황에 처한 대한민국은
미국의 통제에서 자유롭지 않았고
1978년 미사일 사거리를 제한하는
한미 미사일 지침을 맺었습니다
한미 미사일 지침은 고체연료를 사용한 발사체의 경우
총 추진력 100만 파운드초를 넘으면 안되도록 되어있습니다
이 지침은 선진국이 사용하는 고체연료 부스터의 10분의 1 수준에 불과해
대한민국 우주발사체에 고체부스터 장착은
어려운 상황입니다
시험발사체 발사 성공으로
우리나라는 세계에서 7번째로
중대형 발사체 엔진 기술을 보유한 국가로 발돋움했습니다
이제 2021년 75톤급 액체엔진 4기가 클러스터링 된 300톤급 추력의 누리호가 발사됩니다
우리 땅에서 우리 발사체로 우리 위성을 발사할 때 까지 우리의 도전은 계속됩니다