한국항공우주연구원

기자가 뽑은 과학자 강연 '꿈의 엔진을 만들다!' 2019.2.14

[김진한 단장 발사체엔진개발단]
오늘 말씀드릴 내용은 주로 그 저희가 개발해온 75 텀 엔진을 하이라이트로 보고
제가 이제 그 전에 좀 설명을 드리고 앞으로의 방향은 토론회때 진행되지 않을까 생각합니다
우주 역사를 볼 때 가장 정말 레전드 들이다 라고 하는 사람을 보면
미국에 있는 폰 브라운 그리고 이 어
러시아에서는 그 엔진 개발한 글루시코와 까를리오프 두 사람인것 같습니다
전체 세 사람인데, 이 글루시코라는 사람은 지금 우리가 잘 알고있는 그
RD180엔진의 전신들을 만들었고요
에네르기아 부란(스페이스셔틀 러시아 버전)의 RD170 엔진
그리고 어 소유즈에 들어가는 엔진 이 사람은 거의 뭐 엔진에
관련한 러시아의 레전드고 세계의 레전드 라고 할 수 있습니다
미국에서도 이 사람이 만든 엔진을 보고 우리보다 10% 앞서 있다 라고
미국 사람이 자기 논문에서 그렇게 밝힌다 있습니다
우리가 지난번에 나로호 쏠 때 1단에 들어간 RD151,RD191과 같은 계열이죠
앙가라에 들어가는 그 엔진도 결국은 이 사람이 만든 것의 파생형입니다
이 사람이 한말이 있다고 합니다 이게 전 진짠지 아닌지 모르지만 러시아
전문가들로부터 회자되는 얘기입니다 엔진이 좋으면
발사체 아무렇게나 만들어도 날라간다 이런 뜻입니다
그래서 담벼락을 달고도 날라간다 엔진이 중요하다는 것을 이 사람이 극구
강조를 했죠

저희는 그 엔진은 언제부터 실질적으로 위성을 발생할 수 있는 터보펌프식 엔진을 개발 했느냐
나로호 때입니다 저희가 나로호를 얘기를 할 때 어
반쪽의 성공이라고 회자 되기도 했고
그렇지만 우리나라는 사실 그 당시에는 독자 개발할 능력이 없다는것을
우리가 인정을 해야 되고 그럴 수밖에 없었고 나로호를 개발을 하면서
한쪽에서 우리가 30톤 엔진을 개발을 했습니다
그러니까 엔진 전체를 끝까지 가지는 않았지만 우리가 이제 준비하기 위해서
이 핵심 부품인 터보펌프, 연소기, 가스발생기 이 세 아이템을
개발을 시작을 했고 지금 요번 한국형 발사체 에서 문제가 됐던 탱크 또
그 때 나로호때부터 준비를 해왔습니다
어 이게 이제 지금은 75톤이지만 제 30톤 좀 작은 엔진으로부터
저희가 시작을 했고 이것을 개발하고자 했던 것은 미래를 본 것도 있었고
당시의 러시아랑 만약에 우리가 러시아에 의해서 정치적이든 어떤 영향에 의해서
우리가 이 프로젝트가 가지 않는다면 어떻게 할 것이냐 라는
것 에 대한 대안으로
그런 만약에 안되면 우리가 30 톤으로 쏘겠다 라고 해서 이제 한쪽에서
개발을 시작을 했는데요
당시는 우리나라의 인프라가 거의 뭐 전무하다고 보시면 됩니다 이 30톤
엔진에 들어가는 핵심 부품을 시험하는 설비 조차 없었어요
어 그래서 나로호를 한쪽에서 개발하면서 엔진 개발자들은 이 30톤 엔진을
개발하기 위한 노력을 하면서 설비도 없으니 러시아에 가서
설비를 빌려서 시험을 하기로 합니다
그래서 이 터보펌프를 설계하고 제작을 해서
러시아에 가서 시험을 했는데 어 그게 2007년 입니다 2007년에 가서
어 안정된 시험, 실매질 추진제를 넣지 않고 하는 시험 좀 몇 번 하다가
진짜 추진제를 넣고 시험하는 첫번째 시험에서 바로 터졌습니다
제가 그때 이제 터보펌프 팀장으로 있었는데 어 엄청난 그 스트레스였죠
그래서 2008년에 1년 동안 다시 우리나라에 들어와서 제작을 하고
설계하고 제작을 해 가지고 다시 가서 시험을 한 결과 성공을 했습니다
슬로우스타트로 해보다가 18,000RPM 정도에서 바로 터졌습니다
2007 12 April.2007
2008 28 April.2008
성공은 실패를 먹고 살 수 밖에 없습니다
어 이것이 실패라고 생각을 하지 않고 과정이라고 저는 생각을 했고
어 제가 언론에서도 이제 뭐 얘기한 적이 있지만 내가 어디까지 왔는지를
모르겠어요
터졌는데 더 터보펌프는 터지면 엔진도 그렇지만 얘가 어떻게 하냐면 산화제가 있잖아요
액체산소가 있으면 불꽃이 한번 시작되면 액체 산소가
없어질 때까지 계속 불이 납니다
그러니까 원인 규명이 굉장히 힘들어요 다 전소가 되기 때문에 다는
아니지만 그 부분이 완전 전소가 되기 때문에 나중에 시편을 이렇게 남은 것
조각들을 봐도 어디가 잘못됐는지 구분하기가 참 힘들어요 그래서
와서 그것을 분석하면서 다시 우리의 약점이 어디일까를 찾아내는 그 과정은
어 굉장히 중요했고 그걸 통해서 많은 우리를 다시 되짚어 보고 우리
설계를 다시 검토하고
이런거에 대한 기술이 한 단계 올라갔습니다
그래서 이 이 당시에 기술을 이용해서 75톤과 7톤 지금 개발한 엔진
의 기술이 그대로 활용 된겁니다
그래서 아
지금 한국형 발사체를 하면 사실은 옆에서 다음 발사체 사용을 엔진을 지금
개발하고 있어요 핵심 기술들을
그런데 그런 예산 들이 지금 없는게 좀 많이 아쉽구요
그래서 기술 장벽을 지금 뛰어넘는 일을 했는데 지금 75 톤 개발을
하면서 30톤 에서는 나타나지 않는 현상이 나타납니다
이게 이제 엔진이 커지면서 특히 액체산소 캐로신 추진제 조합에서
나타나는 현상인데요
연소불안정현상 때문에 연소기가 터지는 일을 경험합니다
연소불안정은 잘 아시다시피 어 화염에 대한 그런 음향과 고유한 연소기의 음향장이 만나면 이것이 연료등이 한쪽으로 쏠리면서
터지는 그런 현상입니다
바로 터졌습니다 연소기 단품시험입니다 엔진 시험이 아니라
연소기 시험인데 이것을 이제 극복하기 위해서 저희가 설계를
계속 한 12번 정도 어 바꾸면서 했습니다
이 연소실의 섭동 압력이 한 10% 에서 13% 까지 나와서 이거를 어
3% 이내로 5% 이내로 최소한 줄여 줘야 실제 엔진으로 사용할 수
있습니다
그래서 저희가 계속 설계 변경을 해서 제작을 하고 시험을 해서 결국
1.3% 까지 2016년에 끝냈고 이 연소기를 엔진으로 조립을 해서
조립 기간이 필요 하겠죠 그래서 2016년 6월 제가 첫 엔진시험을 하게 됩니다
75톤급 엔진 시제 1호기 75초 연소시험 성공 2019년 6월 9일
아 여러분은 어떠실지 모르겠네
저는 아직도 봐도 가슴이 막 두근두근 거려요
엔진시험을 보면 터질까봐
어 이런 연속 불안정을 겪었고 이것을 극복을 하는데 10개월에 어
기간으로 사실은 했다는 것은 굉장히 놀라운 일입니다 왜냐면
제작만 해도 6개월 7개월이 걸리는 작업이거든요
설계변경 에서 제작을 하기 때문에 그래서 이걸 어떻게 했냐면
미리 설계변경 하지 않을 않은 부분 그리고 할 부분만 남겨놓고 제작을 할
수 있는 데까지 해서 나중에 그걸 투입을 해서 시간을 줄이는 그런 노력들을
합니다
그 리더의 중요성에 대해서 제가 좀 얘기 하고 싶습니다 그 이것은 이제 뭐
개인적인 제가 이제 뭐 존경하는 분이기도 하고
어 저희 이제 항공우주연구원 전 원장님이시면서 나로호를 개발을 할
당시에 연구책임자 입니다
근데 어 일부는 이분을 나로호의 아버지 뭐 이렇게 얘기를 하는데 어 저는
그것에 대해서 좀 불만입니다 우리나라의 그 저는 이분이 레전드라고 보고요
로켓에 있어서는 이분에 의해서 개발이 됐고 정착이 됐고 아까
말씀드린 30톤도 사실 미리 투입하는 게 필요한데 아무도 도와주지
않았고 이분이 투입한다 해야 된다는 그런 의지에 의해서 이것이 미리
개발됐고 만약에 그것이 없었다면 지금 누리호의 엔진은 없었습니다
그리고 어 나로호가 없었다면 누리호를 시험 발사를 하는 그 과정
지상에서 운용 이라든가 발사 과정 여러가지 문제점들을 찾아내는 기술들을
우리가 국내에 구축할 수 없었습니다 그래서 저는 이분을 나로호의 아버지가
아니라 우리나라의 로켓의 아버지라고 저는 생각을 합니다 개인적으로는
그래서 이런 레전드 들에 대해서 우리가 좀 예우를 할 필요가 있을 것
같고요
그래야 이제 과학자들이 또 그 열심히 더 자기의 그 커리어를 위해서
열심히 하겠죠
네 지금은 이젠 뉴스페이스 시대라고 합니다
그 뉴스페이스 시대라고 합니다 뉴스페이스 시대는 잘 아시다시피 정부에서
주도하는 일방적인 개발에서 이제는 민영화 산업화 그리고 수익 창출과 다방면의
어 일들이 민간 차원에서 이루어지고 있습니다
우리가 이런 뉴스페이스 시대를 살면서 어떻게 할 것인가를 좀 생 우리는
어떻게 인제 이제 시작인데 걸음만 데 어떻게 할 것이냐를 좀 생각을 해야
되겠죠
2011년에 미국의 그 의회 에서 그 암스트롱 달나라에 간 첫 번째분이죠
이분이 연설을 합니다 여기에서 뭐라고 하냐면
어 민간화 하는 우주 영역에서 민간화 하는 것은 문제가 많다
이것은 어
안전성에 문제가 생기고 그것은 결국 많은 돈을 또 정부가 쏟아 내야 하는
부분들이다 라고 하면서 그건 옳지 않다 라고 얘기를 했는데 이제 엘런머스크가
2012년에 굉장히 울먹울먹하면서 얘기를 해요
어 나의 히어로인 그 사람이 그렇게 얘기한 것이 굉장히 좀 마음이 아프다라고 하면서
그렇지만 결국 이 사람이 엘런머스크가 많은 일들을 이뤄내죠 12년
이후에 그래서 지금은 그것에 대해서 아무도 얘기할 사람은 없는 것 같습니다
그렇지만 차이가 있습니다 우리나라와의 차이 우리는 지금 아무것도 없는
상태에서 모든 것을 개발해야 된거고
나사 미국에서는 그냥 백화점입니다 모든 것이 개발에 놓은 그런
기술들이 있는데 그것을 딱딱 뽑아서 그것을 잘 엮어 가지고 자기가 맞게
사용하는 게 엘런머스크의 일이었죠
그래서 뭐 올라갔다 다시 내려오는 그런 기술들은 이미 나사에서 다 그
부분 부분 기술들을 다 엮어 논거 해놓은 것입니다
그래서 우리는 지금 걸음마를 시작을 하는데 어
우리는 나면서부터 뛸 수밖에 없지 않은가 그런 생각을 해보고요
그러려면 우리가 한쪽에서는 지금 개발을 하지만 미래에 대한 투자를 많이 해야 된다
미래에 대한 앞에 있는 필요한 기술들을 미리미리 투입을 해서 한쪽에서
개발을 하는 것이 반드시 필요하다 그렇지 않으면 계속 우리는
쫓아가다가 마느 그런 나라가 되겠죠
한쪽에서 저희가 이제 엔진을 지금 75톤 라고 7톤을 가스 발생기
사이클이라고 하는데
이거보다 더 극한의 엔진 어 더 성능이 좋은 엔진
오늘 저희가 개발 중에 있습니다 많은 예산이 안 들어가고
어 일 년에 불과 한 10억~15억 정도 가지고
원래는 엔진 개발 하려면 DM스트레이터모델까지 나오기까지
최소한 500억에서 700억원 있어야 됩니다 그런데 이러한 것을 우리가
지금 진행 중에 있구요
다단 연소 엔진 이라고 해서 쉽게 이해하시면
어 한국형 발사체 75톤의 한쪽에서 검은 연기가 나오는데 이것은 버리는
겁니다
엔진 전체 유량의 한4~5%를 버리는데요 이것을 다시 연소기로 넣어서
한번 더 태우는
보일러로 말하면 한번 더 타는 보일러 그런 식인데 이 다단 연소 엔진의
저희가 시험을 합니다
오늘 보여드릴 영상은 성공한 지금 600 초까지 성공한 영상이
유튜브에 올라와 있습니다 오늘은 실패한 것만 보여드리겠습니다 저희가 실패한
다단 연소 엔진 시험입니다
오래 걸리지도 않습니다
바로 폭발해버립니다
저희가 터보펌프나 옛날에 그 러시아 가서 시험 했을 때는 설비 일부가
망가지는 상태가 있었는데 저희가 이제 그 터졌을 때 어떻게 설비가
보호되어야 되느냐 이런 것을 고려해서 만들었기 때문에 이렇게 터져도
주변에 배관 정도만 파손되고
실험실안에는 다시 또 금방 복구 가 되는 그런 설비를 갖춰 놨습니다
그래서 뭐 전에 러시아 사람이 와가지고 에네르고마쉬 아까 그
유명한 러시아의 엔진 만드는 회사에서 와서 우리나라가 설비를 보고서
엔진은 모르겠지만 설비의 대해서 우리가 같이 좀 연구를 하자
자기네 연구원들을 보낼 테니까 좀 같이 좀 어 했음 좋겠다 배우겠다
우리가 이제 it 나 이런 컴팩트한 기술 이런 것들 여러것을 접목해 놓아서
와서 배우고 싶었던 사실이 있습니다
마지막으로 기대와 희망을 하면서 마치겠습니다 그 오늘 여기 계신 모든 그
분들 중에 많은 분들이 젊은 학생들이고 젊은 과학자 들이 많은것
같습니다
우리나라의 그 로켓 분야는 굉장히 밝다고 생각을 하고
어 희망을 갖게 됩니다 그리고 심지어는 그 스타트업도 젊은 회사에서
이게 돈이 되는 것도 아닌데
될까 막 이런 어 사람들의 많은 우려가 있지만 스타트업들도 많이
생겨나고
우리나라의 그 풀뿌리는 굉장히 아주 좋은 환경이라고 합니다 다만
어 정부에서 이런 것들을 어떻게 우리가 유지해 가고
이런 씨드 들을 잘 뿌려서 가꾸어 나갈 것이냐 이것은 결국에는 그
기성세대와 정부의 몫인 것 같습니다
그래서 많은 희망을 해보고요 어 젊은 연구원들 우리 항우연에도 그렇고
외부에도 그렇고 로켓하는 사람들은 정말 열정적이고
어 머 주52시간 그런것도 상관없이 그냥 자기 좋아서 하는 그 덕후
들입니다
그래서 굉장히 밝다 라고 생각하고
제가 걱정되는 것이 있다 젊은 연구자들에게 희망을 줘야 되는데 정말
우리 나라에서 그러한 투자를 좀 해주고 씨드를 만들 수 있을까
아 그런 우려도 해보지만
같이 여기는 분들이 만들어 가면 될 것 같구요
오늘 여기 같이 계신 분들은 같은 패밀리라고 생각합니다
우리나라의 그
그 우주의 미래를 위해서 같이 힘써서 한번 노력했으면 좋겠습니다
뭐 분위기도 또 좋게 할게 몇 번 나게 한테 한번 한마디씩 했으면
좋겠습니다
당신은 우리 우주의 미래 입니다 한번 해보시죠
같은 패밀리로 그 지금은 여태까지는 점 그 항우연과 그 기업체와
이런 것들이 조금 그 뭐랄까
벽이 있을 수밖에 없었습니다 왜냐면 서로가 어떤 것을 해야 되고
어떤 것을 아는 것에 대한 분명한 그 철학 들이 좀 없었던 것 같아요
그러니까 분명히 항우연이 해야 될 롤이 있고 업체가 해야될 롤이 있고
그것이 또 이제 아 앞으로 나아갈 방향이 어떤 방향 인가를 우리가 생각을
해보고 한몸이 되서 나가야 될 것 같구요
결국에는 우리나라도 산업화와 저비용 이쪽으로 가야 될 것 같습니다
그러기 위해서는 어떻게 우리가 힘을 합쳐야 되나 다같이 한번 머리를
싸매고 같이 노력해야 될 것 같습니다
어 이상으로 제 발표를 마치겠습니다 감사합니다