KSLV-II 누리
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1. 개요
'''누리호'''(KSLV-II, Korea Space Launch Vehicle-II)는 2021년 개발 완료할 예정인 대한민국 최초의 저궤도 실용위성 발사용 로켓이다. 또한 향후 개발할 중궤도 및 정지궤도발사체와 대형 정지궤도발사체의 기술적 기반이 될 예정이다. 나로호(KSLV-I)의 5천억 원 예산보다 4배인 2조 원이 투입되는 사업이다. KSLV-II, 한국형발사체라고 한동안 불리다가 공식명칭이 누리호로 결정되었다.
2. 설계
누리호는 총 3단 액체로켓으로 구성되어 있다. 1단에는 추력 735 kN의 75톤급 엔진 4개를 클러스터링하여 총 300톤의 추력을, 2단에는 75톤급 엔진 하나를 사용한다. 3단에는 7톤급 엔진 하나를 사용한다.(모든 엔진은 KARI에서 개발하였다.)
해당 설계에는 ESA의 우주발사체, 아리안 시리즈와 유사한 점이 많은데 1~2단에 추력이 높은, 3단에 추력이 낮은 엔진을 배치하는 구성이 그러하다. 특히 누리호 설계안 중에서는 아리안 시리즈의 상단 엔진인 HM7B를 면허생산하는 안까지 있었으니 어느 정도 설계사상에서 영향을 받았다는 추측도 있는 편이다. 차이점이라고 하면 사용하는 연료의 종류와 고체 부스터의 유무 정도이다.(누리호는 전 엔진이 케로신인 반면, 아리안 1~4는 사산화 이질소와 UDMH를 사용하였고 6톤급 엔진에 액체수소와 액체산소를 이용하였다.
2.1. 제원
2.2. 엔진
누리호에 사용되는 엔진은 총 두 종류로 75톤급 액체엔진 그리고 7톤급 액체엔진이 사용된다.
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(왼쪽 75톤급 엔진 시제품, 오른쪽 7톤급 엔진 모형)
2.2.1. 75톤급 액체엔진
누리호 75톤급 엔진 문서 참조.
2.2.2. 7톤급 액체엔진
누리호 7톤급 엔진 문서 참조.
3. 개발 일정
누리호 개발사업은 크게 3단계로 나눠서 이뤄진다.
- 1단계(2010.3 ~ 2015.7): 액체로켓엔진 시험 설비 구축, 7톤급 액체엔진 개발 (5,008억 원)
- 2단계(2015.8 ~ 2019.2): 7톤급 및 75톤급 엔진 개발 완료, 성능검증용 시험발사 (8,020억 원)
- 3단계(2018.4 ~ 2022.5): 75톤급 엔진 클러스터링 및 3단형 발사체 개발, 제작, 발사 (6,544억 원)
2단계에서는 구축 완료된 시험설비를 이용해 75톤급 엔진의 시험을 본격적으로 진행하여 설계를 확정하고 개발을 완료한다. 이렇게 개발된 75톤급 엔진의 성능을 검증하기 위해 엔진 1기를 단 시험발사체를 제작하여 발사한다. 이를 통해 성공이 확정되면 3단계로 넘어가지만, 만약 실패하게 된다면 재기획 후 다시 시험발사를 추진하게 된다.
3단계에서는 본격적으로 실제 발사체의 개발을 진행한다. 누리호의 1단에는 75톤급 엔진 4개를 클러스터링하므로, 이에 대한 기술 개발이 가장 메인이 된다. 그 외에도 엔진 외의 각종 발사체 시스템 역시 개발하여 3단형 발사체를 완성한다. 이렇게 완성된 발사체를 이용해 2차례 시험위성을 발사하고, 이를 통해 개발 성공 여부를 확정짓게 된다. 만일 개발이 성공한다면 이제 한국형발사체는 실제 실용위성 발사에 사용될 수 있다.
2020년 12월 29일, 당초 계획되었던 1차 발사 계획이 21년 2월에서 21년 10월 연기되었다.[6] KARI
4. 개발 현황
2010년에 개발이 시작되었지만 나로호 개발에 역량이 집중된 데다가 예산투입이 지지부진하여 개발일정을 지킬 수 있을지 우려하는 목소리가 많았었다. 하지만 2013년 나로호 발사 성공과 같은 긍정적인 뉴스에다가 우주기술 개발에 예산투입이 증가 중이어서 개발이 가속화되고 있다. 2010년부터 2013년까지 누리호 개발사업에 투자된 사업비는 다 합쳐서 1000억 원도 안 되었지만, 2014년 2350억 원이 배정된 이후 2015년 2555억 원, 2016년 2700억 원이 배정되는 등 매년 증액되는 중이다.
2014년 9월 23일에는 추진기관 시험설비 10종 가운데 7톤급, 75톤급 연소기를 시험하는 연소기 연소 시험설비와 터보펌프 실매질 시험설비가 나로우주센터에 구축되었고, 2014년 11월에는 75톤급 엔진의 연소기를 시험하는 영상이 공개되었다.
2015년 12월 6일 10개 시험설비 가운데 추진기관 시험설비를 제외한 9개가 구축되었다. 남은 추진기관 시험설비도 내년에 구축될 예정이며, 올해 말까지 75톤급 엔진 조립을 완료하고 내년 1월부터 연소시험에 착수할 예정이라고 한다.
2019년 3월, 누리호 1단 연료탱크와 산화제 탱크(EM)가 출고 되었다. 2019년 말 까지 1단 추진제 탱크 인증모델(QM) 개발을 완료할 예정이다.
2019년 12월, 누리호 3단 인증모델이 조립을 끝내고 종합연소시험설비로 이송되었다.
2020년 1월 19일, 누리호 1단로켓의 체계개발모델(EM)의 조립 장면이 공개되었다.
2020년 11월, 누리호 1단 인증모델이 조립을 끝내고 종합연소시험설비로 이송되었다.
2021년 1월, 누리호 1단 인증모델이 30초 연소시험을 실행하였다.
2021년 2월, 누리호 1단 인증모델이 100초 연소시험을 실행하였다.
4.1. 엔진
4.2. 시험발사체
5. 발사
5.1. 시험 발사
75톤급 엔진 인증을 위해 2018년 11월 28일 오후 4시에 시험발사 했다.
6. 향후 전망
조광래 항공우주연구원장[7]에 따르면 누리호는 향후 상업발사체로 세계 시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 방향으로 개발될 것이라고 한다. 즉, 일본의 H-IIA 로켓과 같이 고성능이지만 지나치게 비싸 상업적으로는 적합하지 않은 개발방식을 지양하고, 위에서 말한 것과 같이 팰컨 9처럼 저렴한 발사체를 개발하는 목표를 가지고 있다.
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2021년 기준으로는, 2018년 시험발사체 발사성공에 이은 2021년 누리호의 두 번의 성공적인 발사가 목표이다. 누리호 개발사업이 성공적으로 마무리되면 누리호를 기반으로 후속 발사체를 계속해서 만들어나갈 예정이라고 한다. 뿐만 아니라 75톤 엔진을 지속적으로 개량하여 최종적으로 88톤급 엔진으로 개량하는 것을 목표를 하고 있다.
또한 한미 미사일 사거리 지침이 2020년 7월 28일 재개정되어 우주개발용 고체로켓 개발에 대한 제약이 풀리게 되어, 고체로켓 부스터 로켓을 개발하여 누리호에 장착, 누리호의 추력을 강화할 가능성도 생기게 되었다.#
7. 필요성에 대한 찬반양론
[1] Ibid.[2] 3단형 발사체인 이유는 태양동기궤도 투입을 위한 것이라고 한다. 저궤도 발사에는 2단 구성이 더 효율적이다[3] 발사체 자체 중량+연료 탑재량+페어링+페이로드의 총합[4] R-36과 비슷한 수치.[5] 사진상의 7톤급은 75톤의 오타이다 [6] 2차 발사 계획은 21년 10월에서 22년 5월로 연기되었다.[7] 2016년 발언 당시의 항우연 원장. 어차피 돌발인터뷰가 아닌 이상, 원장 명의로 나오는 담화나 인터뷰 발언은 연구원 경영진의 합의와 검토에 의한 것이므로 현 원장이 누구냐는 의외로 크게 중요하지 않다.