대한민국 우주개발의 시작. 과학로켓 : KSR-1, KSR-2, KSR-3
[작성일 : 2021년 10월 28일]
대한민국이 본격적으로 로켓 개발을 시작한 후부터 누리호 발사까지는 불과 30년 남짓 짧은 기간입니다. 대한민국 우주개발의 시작은 과학로켓이었습니다. 이번 포스팅에서는 커피 한잔 마시며 생각의 범위를 우주로 확대해보는 두 번째 시간을 가져볼까 합니다. 대한민국 우주개발을 위한 주춧돌, 과학로켓 이야기입니다.
글의 순서
대한민국의 로켓 개발의 시작
KSR 시리즈
KSR-Ⅰ
KSR-Ⅱ
KSR-Ⅲ
대한민국의 로켓 개발의 시작
누리호 개발의 주춧돌이라고 볼 수 있는 로켓 개발이 시작된 시기는 언제쯤일까요? 우리나라의 로켓 개발은 1990년대부터 시작되었습니다. 그때 개발한 과학로켓의 종류는 관측로켓입니다. 이 관측로켓에 붙여졌던 이름은 KSR이었는데, KSR은 Korean Sounding Rocket의 첫 글자를 따서 만든 것입니다.
여기서 관측이란, 육안이나 기계로 자연 현상을 관찰하여 측정하는 일입니다. 관측로켓으로 관측하는 자연현상에는 기상 상태의 변화가 대표적입니다. 한반도 상공의 오존층과 이온층, X-선, 자기장을 측정하는 임무를 수행하였습니다.
관측로켓을 개발한 곳은 한국항공우주연구원(KARI, Korea Aerospace Research Institute)입니다. 참고로 이번에 누리호 개발을 주관했던 곳도 한국항공우주연구원입니다. 로켓의 개발에는 여러 산업체 및 대학도 함께 참여했습니다.
KSR 시리즈
대한민국 로켓개발의 시작은 관측로켓(Sounding Rocket)이라고 말씀드렸는데요. 1990년 KSR-Ⅰ 개발을 시작으로, 1998년 KSR-Ⅱ, 2003년 KSR-Ⅲ까지 개발하였습니다. 이와 같이 KSR 시리즈는 총 3가지입니다.
1단형 과학로켓 KSR-Ⅰ을 1993년에 발사하였으며, 1998년에는 고도를 3배 가량 높인 2단형 과학로켓 KSR-Ⅱ를 발사하였습니다. 이후, 인공위성 발사를 위한 발사체 개발의 중간 단계인 KSR-Ⅲ를 개발하였으며, 2002년에 발사에 성공하였습니다.
KSR-I은 1단 고체 로켓, KSR-Ⅱ는 2단 고체 로켓이며, KSR-Ⅲ는 2단 액체/고체 혼합형 로켓입니다. KSR-Ⅲ의 경우 1단에 액체 추진기관, 2단은 고체 추진기관을 장착했었습니다. 여기서 추진기관을 엔진이라고도 합니다. KSR-Ⅲ 1단의 액체 엔진이 국내에서는 최초로 개발된 액체 엔진입니다.
각 로켓의 특징들을 간략히 살펴보겠습니다.
KSR-Ⅰ
KSR-Ⅰ은 1단형 고체엔진이 적용된 과학로켓으로 1990년 7월부터 1993년 10월까지 3년 4개월에 걸린 개발 사업입니다. KSR-I 개발을 위해 세부 연구 분야를 시스템, 구조, 추진, 그리고 탑재 분야로 나누어서 각 분야의 기술들을 개발하였습니다. 이 같은 각각의 세부 연구 분야도 물론 중요하지만, 이것을 통합할 수 있는 시스템 통합기술도 그에 못지않게 중요합니다. 2회의 KSR-Ⅰ 시험 발사를 통해 시스템 통합 기술도 확인했다는데 의의가 있습니다.
KSR-Ⅰ은 1993년 6월 4일 9시 58분에 발사되어 고도 39km, 낙하거리 77km를 비행하면서 한반도 상공의 오존층 측정과 로켓 자체의 각종 성능을 측정하였습니다.
KSR-Ⅱ
KSR-Ⅱ는 2단형 고체엔진을 적용한 중형 과학로켓입니다. KSR-Ⅱ 연구개발은 한국항공우주연구원의 30여명 인력의 주도 하에 1993년 11월부터 1998년 6월까지 4년 8개월 동안 수행되었습니다.
1997년 7월 9일 성공적으로 첫 발사되었으나 발사 20.8초 후 로켓과 통신이 두절되는 바람에 관측 자료를 얻는 데는 실패했습니다. 다만, 발사된 뒤 12초 만에 2단계 로켓 점화에 성공했으며, 378초 후에는 127.7km 떨어진 목표 해상에 정상적으로 떨어졌습니다..
이후 1998년 6월 11일 두 번째 발사에서는 정상적인 관측 임무를 수행할 수 있었습니다. KSR-Ⅱ에서 관측한 자료는 한반도 상공의 오존층 분포, 이온층 환경 등입니다. 두 번째 발사에서 79도의 각도로 발사된 KSR-Ⅱ는 발사 10초 후 1단 로켓이 분리되었고, 곧바로 2단 로켓이 공중 점화되어 최고 고도 137.2km에 도달하였습니다. 총 6분 4초 간 123.9km를 비행하고 서해 바다로 떨어졌는데, 기술적으로 주목할 만한 것은 로켓의 2단 분리 기술을 확보하는 계기가 되었다는 것입니다.
KSR-Ⅲ
KSR-Ⅲ는 소형위성 발사 기술을 확보하기 위해 개발된 우리나라 최초의 액체추진 로켓입니다. 1997년부터 2003년까지 총 5년여에 걸쳐 연구개발을 수행하였고, 추력 13톤 급의 액체 추진기관을 성공적으로 개발하였습니다.
누리호의 1단 엔진이 75톤 급의 엔진이니까, KSR-Ⅲ의 추력은 누리호 1단 엔진 1개와 비교했을 때 약 17% 정도의 수준입니다. KSR-Ⅲ 엔진의 가동 방식도 가압식 액체엔진 방식이라 누리호의 터보펌프 방식과 비교됩니다.
2002년 11월 28일 KSR-Ⅲ의 발사에 성공하였는데, 이때 도달 고도는 42.7km, 비행 거리는 79.5km, 비행시간은 231초였습니다. KSR-Ⅲ 개발을 통해 우리 힘으로 발사체를 쏘아올릴 수 있는 여러 가지의 우주발사체 기반 기술을 확보할 수 있었습니다.
KSR 시리즈의 개발로 확보한 우주발사체 기반 기술은 훗날 나로호와 누리호에 유용하게 쓰이게 됩니다. 그렇지만 안타깝게도 과학로켓이 KSR-Ⅲ 이후로 명맥을 이어가지 못하고 있는 실정입니다. 과학자들은 지속가능한 우주 개발을 위해서는 또 다른 과학로켓 시리즈가 필요하다고 합니다. 이 주제에 대해서는 또 다른 포스팅에서 살펴보도록 하겠습니다.
마치며 …
누리호 발사를 계기로 커피 한잔 마시며 생각의 범위를 우주로 확대해보는 두 번째 시간을 가져보았습니다. 이번 포스팅에서 알아본 주제는 대한민국 우주개발의 시작인 과학로켓이었습니다.
대한민국 과학로켓 개발의 시작은 관측로켓(Sounding Rocket)이었습니다. KSR이라고 이름 붙여졌는데, KSR은 Korean Sounding Rocket의 첫 글자를 따서 만든 것입니다. 1990년 KSR-Ⅰ 개발을 시작으로, 1998년 KSR-Ⅱ, 2003년 KSR-Ⅲ까지 개발하였습니다. 이 중 KSR-Ⅲ는 우리나라 최초의 액체추진 로켓입니다. KSR 시리즈의 개발로 확보한 우주 발사체 기반 기술이 훗날 나로호와 누리호의 개발에 활용되었습니다.
이번 포스팅이 커피 한잔 마시며 대한민국 우주 개발의 시작 부분을 이해하시는데 도움이 되었길 빕니다.
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참고자료
[1] 과학로켓, 한국항공우주연구원
[2] 김진용, 노태호, 이원복, 서혁, 이영우.(2011). 국내외 Sounding Rocket 개발현황 및 발전방향. 한국추진공학회지. Vol. 15, No. 3. pp.70-79.