[알쏭달쏭 과학세상 (22)] 로켓 분리하며 날아가는 까닭

[알쏭달쏭 과학세상 (22)] 로켓 분리하며 날아가는 까닭
기사입력 2012.04.04 17:22:21 | 최종수정 2012.04.04 17:35:21

북한이 인공위성 `광명성3호`를 실은 우주발사체(은하3호ㆍ로켓)를 이르면 다음주 발사할 것으로 알려지면서 우주발사체에 대한 관심이 높아지고 있다. 외부에 알려진 북한의 로켓은 세 부분이 합쳐진 3단 로켓(연료통 3개+위성 부분)으로 약 35ｍ 높이다. `위성을 쏘는 평화적 로켓`이라는 북한 주장대로라면 이 로켓은 올라가면서 단을 세 번 분리해 나중에는 위성만 궤도에 올려놓게 된다. 그렇다면 함께 올라갔던 로켓의 나머지 부분은 어디로 가는 것일까? 우주로 쏘아올리는 우주발사체는 대개 2단 또는 3단 로켓으로 구성된다. 각 단은 액체와 고체연료가 들어 있는 거대한 연료통이다. 1단은 전체 로켓이 지구 중력과 대기에서 최대한 빨리 벗어나도록 밀어올리고 2ㆍ3단 역시 로켓이 계속 움직이게 하는 동력을 제공한다. 로켓 연료통 안 물질이 연소하면서 나오는 뜨거운 가스가 로켓 아래 노즐로 분출돼 추진력이 생기는 원리다. 로켓은 뉴턴의 작용ㆍ반작용 법칙에 따라 가스가 분출되는 반대방향으로 나아가는 힘을 얻는다. 문제는 연료를 다 태우고 난 연료통은 무용지물이 된다는 사실이다. 연료는 로켓 전체 무게에서 90% 이상을 차지할 정도로 무겁다. 연료가 줄어들면 로켓 추진력도 떨어지므로 로켓을 분리해 무게를 줄여야 나아가는 힘을 키울 수 있다. 한국항공우주연구원에 따르면 1단 로켓을 연소하면 지상 약 10㎞ 고도에서 밀어올리는 힘이 제일 커지고 고도가 그보다 높아지면 공기 밀도가 줄어 미는 힘도 약해진다. 힘이 다한 1단은 50㎞ 고도에서 분리되고 2단 로켓을 바로 점화해 속도를 높인다. 2단 연료를 다 쓰고 분리되면 로켓의 나머지 부분은 별다른 밀어주는 힘 없이(무추력 비행) 목표한 높이까지 도달하게 된다. 마지막에 인공위성 등을 궤도에 올릴 때는 인공위성이 계속 궤도를 돌 수 있도록 한 번 더 미는 힘을 가하는데 최근에는 3단 엔진 대신 한 번 더 점화가 가능한 2단 로켓이나 다른 고체로켓(킥모터)을 사용하는 추세다. 단이 많으면 연료도 늘어 미는 힘이 커지지만 그렇다고 단을 무한정 늘릴 수는 없다. 공기가 희박하거나 무중력 상태에서는 분리된 단과 로켓이 충돌할 위험이 있기 때문이다. 이를 방지하기 위해 로켓을 설계할 때는 분리하는 1단 로켓에도 힘을 가해 밀어내거나 역추진 로켓을 달아 계속 날아가는 나머지 로켓과 충돌을 막는다. 북한은 2009년 4월 은하2호 발사 당시 단이 제대로 분리되지 않아 실패한 것으로 알려졌다. 조광래 한국항공우주연구원 나로호발사추진단장은 "단 분리 기술은 전체 로켓에서 보면 아주 고난도 기술로 보기는 어렵지만 발사 성패에 영향을 미칠 수 있는 부분"이라며 "이번에는 2006년, 2009년 발사와 달리 인공위성을 궤도에 올릴 수 있는 제어력도 중요할 것"이라고 말했다. [이유진 기자] [ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]