美·中·日 재사용 로켓 속도전…한국은 ‘개발 착수’ 단계

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미국 재비행 일상화·중국 1단 회수·일본 11m 수직이착륙
한국 2031년 첫 발사 목표…엔진·착륙제어·시험시설 과제

미국이 회수한 로켓을 다시 쏘아 올리는 재사용 기술을 상용 발사에 본격 활용하는 데 이어 중국과 일본도 잇달아 실물 비행시험에서 성과를 내고 있다.

한국 역시 메탄 엔진을 적용한 재사용 차세대발사체 개발에 착수했다. 다만 발사 비용과 준비 기간을 실질적으로 줄이려면 착륙에 그치지 않고, 회수한 기체를 최소한의 정비로 다시 띄울 수 있는 기술과 시험 인프라까지 갖춰야 한다는 지적이 나온다.

12일 업계에 따르면 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전날 아키타현 노시로 로켓실험장에서 재사용 로켓 실험기 ‘RV-X’의 첫 비행시험을 진행했다.

RV-X는 수직으로 이륙해 약 11m까지 상승한 뒤 자세를 유지하며 수평으로 약 16m 이동하고 다시 착륙했다. 비행시간은 1분이 채 되지 않았다. 높이 7.3m, 지름 1.8m 규모의 이 기체는 JAXA와 미쓰비시중공업이 공동 개발했다.

이번 시험은 위성을 우주로 실어 나르는 궤도 발사시험은 아니다. 로켓 1단을 본떠 만든 소형 실험기로 엔진 출력 조절과 자세 제어, 수직이착륙 능력을 확인하는 초기 실증 단계에 해당한다. JAXA는 후속 시험에서 비행 고도를 약 100m까지 높일 계획이다.

중국은 일본보다 하루 앞선 10일 실제 위성을 궤도에 투입한 뒤 로켓 1단을 회수했다. 중국항천과기집단공사(CASC)에 따르면 ‘창정 10호 B’는 중국 하이난 상업우주발사장에서 발사돼 위성을 예정된 궤도에 투입했다.

발사 약 6분 뒤 분리된 1단은 수직으로 귀환해 해상 플랫폼에 설치된 그물 포획 장치로 회수됐다. 중국이 궤도 발사체 1단을 통제된 방식으로 회수한 것은 처음이다.창정 10호 B는 길이 약 63m, 지름 5m 규모의 2단형 발사체다. 중국은 재사용 방식으로 운용할 경우 지구 저궤도에 최대 16톤을 투입할 수 있도록 설계했다고 설명했다. 다만 이번에 회수한 1단을 정비해 다시 발사한 것은 아니어서 반복 재사용의 경제성까지 입증한 단계는 아니다.

착륙보다 어려운 재비행…비용 절감은 정비에 달려

재사용 로켓 분야에서 가장 앞선 곳은 미국 스페이스X다. 스페이스X는 2015년 팰컨9 1단을 지상에 착륙시킨 데 이어 2016년 해상 무인선 착륙에 성공했다.

2017년 3월에는 앞서 국제우주정거장 화물 운송에 사용했던 팰컨9 1단을 다시 발사해 세계 최초로 궤도급 로켓의 재비행을 실현했다. 이후 회수한 1단을 상용 발사에 반복적으로 투입하고 있다.

재사용 로켓이 주목받는 가장 큰 이유는 발사 비용을 낮추고 발사 횟수를 늘릴 가능성 때문이다. 기존 발사체는 고가의 엔진과 연료탱크가 포함된 1단을 한 번 사용한 뒤 바다에 떨어뜨려 폐기했다. 1단을 회수해 여러 번 사용하면 기체 제작비를 여러 차례 발사에 나눠 부담할 수 있다.

새 로켓을 매번 제작하는 시간을 줄이면 발사 주기도 단축할 수 있다. 다수의 위성을 순차적으로 배치하는 저궤도 통신망과 지구관측 위성군을 구축하려면 한 번의 발사 성능뿐만 아니라 얼마나 자주 발사할 수 있는지가 중요하다.

다만 로켓을 착륙시킨다고 곧바로 경제성이 생기는 것은 아니다. 회수와 운송, 엔진 검사, 부품 교체에 많은 비용과 시간이 들어가면 새 기체를 제작하는 것보다 효율이 떨어질 수 있다.

한국도 차세대발사체 설계 돌입

한국은 차세대발사체개발사업을 통해 메탄 추진제를 사용하는 1단 재사용 발사체를 개발하고 있다. 개발 기간은 2032년까지이며 총사업비는 2조 2921억 원 규모다. 차세대발사체는 길이 약 70m, 직경 4.2m 규모로 1단에는 80톤급 메탄 엔진 9기, 2단에는 같은 엔진 1기를 적용하는 방향으로 설계되고 있다.

우주항공청과 한국항공우주연구원은 차세대발사체의 시스템 개념설계를 마무리하고 예비설계 단계에 들어갔다. 올해 11월에는 엔진 예비설계검토회의(PDR)를 열어 엔진 설계와 개발 방향을 점검할 예정이다.

현재 계획은 2031년 차세대발사체 성능검증선을 발사하고, 2032년에는 달 연착륙 검증선과 달 착륙선을 각각 발사하는 것이다.

재사용 발사체를 구현하려면 반복 점화와 출력 조절이 가능한 엔진뿐만 아니라 분리된 1단을 대기권에 재진입시켜 속도를 낮추고 목표 지점에 착륙시키는 항법·유도·제어 기술이 필요하다. 반복 비행 과정에서 누적되는 열과 구조 하중, 착륙 충격을 견디는 기체 설계와 수명평가 기술도 확보해야 한다.

개발을 뒷받침할 시험 인프라도 구축해야 한다. 정부는 메탄 엔진 연소시험설비를 새로 마련하고, 나로우주센터 제1발사대를 차세대발사체에 맞게 개축해 2030년까지 인증을 마칠 계획이다.

(서울=뉴스1)