새벽 1시 '첫 야간 발사'하는 누리호, 왜?…"잠깐 문 열리는 '우주행 열차' 제때 잘 올라타야"[누리호 4차 발사]

누리호, 오는 27일 첫 야간 발사
'새벽 1시'로 정해진 이유
태양동기궤도 정밀 진입 위한 시간 창 좁아
상단부 우주쓰레기 우려도 해소

누리호 4차 발사에 실릴 주 탑재체인 '차세대 중형위성 3호'와 부 탑재체인 12기의 큐브위성이 지난 14일 언론 설명회를 통해 공개됐다.

한국항공우주산업(KAI), 한국항공우주연구원, 대학·기업·연구기관이 공동 참여한 이번 발사는 한국형 우주개발이 정부 중심에서 민간 중심으로 전환되는 중요한 분기점으로 평가된다. 특히 누리호 역사상 처음으로 야간 발사가 이뤄진다는 점이 눈길을 끈다.

지난 9월 16일 전남 고흥군 나로우주센터에서 누리호가 4차 발사를 앞두고 최종 시험을 위해 발사대로 옮겨지고 있다. 한국항공우주연구원 제공. 연합뉴스

태양동기궤도를 맞추기 위해 선택된 새벽 시각

누리호 4차 발사는 오는 11월 27일 새벽 1시 전후(00 씨 54분~01시 14분)로 정해졌다. 발사 시각이 한밤중으로 설정된 이유는 주 탑재체인 차세대 중형위성 3호가 '태양동기궤도(Sun-synchronous Orbit·SSO 궤도)'에 정확히 투입돼야 하기 때문이다. 누리호의 발사 각도·시각·비행경로는 모두 이 주 탑재체를 기준으로 설계되며, 큐브위성 12기는 중형위성과 동일 고도 근처의 태양 동기 궤도로 함께 사출된다.

태양 동기 궤도는 지구 자전과 태양 고도에 맞춰 궤도가 일정하게 유지되는 관측·과학 임무용 궤도다. 시각이 조금만 어긋나도 기계적으로 원하는 궤도면과 일치하지 않는다.

지난 9월 16일 전남 고흥군 나로우주센터에서 누리호가 4차 발사를 앞두고 최종 시험을 위해 발사대에 기립하고 있다. 연합뉴스 제공

김병성 KAI 차세대 중형위성 개발 책임자는 "태양동기궤도는 관측 품질을 좌우하는 태양각(태양 입사각)을 맞추는 것이 핵심인데, 하루 중 특정 시각에만 정확한 궤도면 교차가 가능하다"고 설명했다. 그는 "이번 임무가 새벽 발사가 된 것도 바로 이 정렬 조건 때문"이라고 덧붙였다.

전남 고흥에 위치한 한국항공우주연구원 나로우주센터 위성시험동에서 연구원들이 누리호 3단에 장착된 '차세대 중형위성 3호'와 큐브위성 사출관 최종 점검 작업을 수행하고있다. 한국항공우주연구원 제공

태양동기궤도는 마치 매일 같은 시각에 태양을 바라보며 지나가야 하는 '하늘의 기차 노선'과 같다면, 정확한 시각에 맞춰야만 문이 잠깐 열리는 '우주행 열차'에 올라탈 수 있다는 의미다.

조상범 한국항공우주연구원 발사체 체계 연구2부장은 "발사 시각을 정밀하게 맞추지 않으면 궤도면이 틀어지고 전체 임무 품질이 저하된다"며 "이번 발사 시각은 기술적으로 변화 여지가 거의 없다"고 말했다.

발사체 준비 상황 "모든 시스템 정상"

박종찬 한국항공우주연구원 한국형발사체 고도화사업단장은 "누리호 4차 발사를 위한 발사체 준비는 계획대로 진행되고 있다"고 밝혔다.

박 단장은 "10월까지 모두 추진제 충전시험(WDR)을 마쳤고, 시험 과정 중 고압 배관 파손 문제가 있었지만 즉시 보수했다"며 "현재 발사에는 문제가 없는 상태"고 설명했다. 그는 이어 "연구진은 최근까지 거의 밤낮 없이 조립·점검을 이어왔다"며 "발사 성공을 위해 마지막까지 철저히 준비하겠다"고 강조했다.

13기 모두 정상 조립…새 다중탑재 어댑터 첫 적용

누리호 4차 발사에는 차세대 중형위성 3호 1기와 큐브위성 12기 등 총 13기의 위성이 실린다. 큐브위성 수 기준으로는 역대 최다다. 이를 위해 이번 발사에는 '다중탑재 어댑터(MPa)'가 새롭게 적용됐다. 이는 다양한 크기와 무게의 위성을 효율적으로 배치할 수 있는 구조물로, 누리호의 소형위성 발사 경쟁력 향상에 중요한 역할을 하게 된다.

박종찬 한국우주항공연구원 한국형발사체고도화사업단장이 지난 14일 언론 설명회에서 발표하고 있다. 김종화 기자

박 단장은 "3차 발사 때보다 훨씬 다양한 구성의 위성을 실어야 했기 때문에 MPa는 필수였다"며 "분리 실패 가능성을 낮추기 위해 사출구도 기존 하나에서 여러 개로 분리해 설계했다"고 했다.

누리호는 발사 후 약 15분 만에 모든 위성을 분리한다. 먼저 차세대 중형위성 3호가 발사 후 13분 27초에 분리되고, 이어 큐브위성 12기가 약 1분에 걸쳐 순차 사출된다. 모든 분리는 비행 방향과 동일한 방향으로 진행돼 충돌 가능성을 최소화한다.

박 단장은 "사출 순서는 궤도 안정성과 안전성을 최우선으로 설계했다"며 "모든 위성이 안전하게 분리될 것"이라고 설명했다.

발사체의 최종 운명… "상단부도 우주쓰레기 되지 않는다"

누리호의 상단부가 우주 쓰레기로 남는지에 대한 질문도 나왔다. 박 단장은 "1단과 2단은 비행 중 자연 낙하해 바다에 떨어진다"며 "3단은 위성과 동일한 궤도에서 일정 기간 움직이며 약 20년에서 30년 사이 자연적으로 궤도가 낮아진다"고 했다. 그러면서 "인위적 폭파나 궤도 변경은 하지 않는다"고 말했다.

국제 우주쓰레기 완화 가이드라인에 따르면 발사체 상단은 운영이 종료된 뒤 25년 이내에 궤도에서 제거되거나 대기권에 재진입해 소멸하는 것이 권고된다. 박 단장의 발언은 국제 가이드라인에 따라 누리호 4차 3단 발사체도 위성과 비슷한 고도에서 체류하다가 궤도가 차츰 낮아져 대기권에 진입·소멸하면서 우주에 잔해로 남지 않는다는 의미다.

민간 중심 우주개발 전환의 첫 출발점

박 단장은 이번 발사에 대해 "기술적 성공뿐 아니라 산업 구조 전환의 의미가 크다"고 강조했다. 그는 "한화에어로스페이스가 발사 운영에 참여하는 첫 사례이며, 대학과 스타트업이 개발한 다양한 위성이 함께 참여했다는 점에서 민간 중심 발사 서비스 시대의 본격적인 출발점이 될 것"이라고 말했다.

그러면서 그는 "11월 27일 새벽, 나로우주센터에서 좋은 소식을 전할 수 있도록 끝까지 최선을 다하겠다"고 밝혔다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr