3단 엔진 액체산소 탱크와 헬륨 탱크의 모습. 과학기술정보통신부 제공지난 10월 한국형 발사체 누리호 1차 발사 당시 3단 엔진이 계획보다 빨리 꺼진 원인은 액체 산소 탱크 안에 부착된 헬륨 탱크가 떨어져 나간 '설계 실수'라는 조사 결과가 나왔다.
이에 따라 헬륨 탱크 구조를 재설계하고 보강하는데 시간이 걸려 당초 내년 5월로 예정된 누리호 2차 발사는 하반기로 연기될 전망이다.
과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원 등으로 구성된 '누리호 발사조사위원회'는 29일 누리호 1차 발사 당시 계획보다 이르게 비행을 끝내 위성 모사체를 궤도에 안착시키는데 실패한 원인으로 3단 엔진 부분의 헬륨 탱크 이탈을 지목했다.
헬륨 탱크는 누리호 엔진에 산소를 공급하는 액체 산소 탱크 안에 공 모양으로 2개가 고정 부착돼 있다. 산소가 엔진에 공급되면 액체 산소 탱크 압력이 점점 떨어지는데, 이 때 압력을 보충해 줘서 산소 공급이 끝까지 잘 되게 하는 역할을 한다.
그런데 이 헬륨 탱크가 비행중 액체 산소 탱크 고정 장치에서 풀리면서 액체 산소 탱크 내부를 비집고 다녔고, 결국 탱크 배관은 물론 산소 탱크 자체에 균열을 가져와 산화제가 외부로 누출됐다.
헬륨 탱크가 제대로 고정되지 못한 것은 비행에 따른 부력 증가를 고려하지 못했기 때문이다. 헬륨 탱크는 액체 산소 탱크 안에 담겨 있어서 부력이 발생하는데, 부력은 중력 가속도에 비례해 증가한다.
한국형 발사체 누리호(KSLV-ll)가 지난 10월 고흥군 나로우주센터 제2발사대에서 화염을 내뿜으며 힘차게 날아오르는 모습. 사진공동취재단누리호 헬륨 탱크 고정부는 지상의 중력 가속도보다 4.3배(4.3G)나 강한 중력 가속도를 받아 부력이 증가했지만 설계는 지상의 중력 가속도(1G)를 그대로 적용했다.
조사위는 "헬륨 탱크 고정부가 482kg의 힘까지 견뎌야 하는데 405kg까지만 견디도록 설계됐다"고 밝혔다.
결국 헬륨 탱크 이탈→ 액체산소 탱크 훼손→ 액체산소 누출 및 공급 종료→ 3단 엔진 조기 종료에 따라 누리호 1차 발사는 궤도 진입에 실패한 셈이다.
조사위는 헬륨 탱크가 고정부에서 이탈한 때는 발사 36초 뒤부터로 추정하고 있다. 이 때부터 3단 탱크 부위에서 비정상적인 진동이 감지됐기 때문이다.
내년 5월로 예정됐던 누리호 2차 발사는 하반기로 연기될 전망이다.
권현준 과기부 거대공공정책관은 "구체적인 개선 방안을 찾아야 하기 :때문에 내년 5월 2차 발사는 어렵지 않을까 생각한다"며 "하반기에는 가능할 것"으로 밝혔다.
조사위는 3단 탱크 재설계에 따른 무게 증가 가능성에 대해서도 "무게 여유가 충분하다"고 밝혔다.
조사위는 또 이번 사고가 엔진 문제가 아닌 추진체 탱크 구조의 문제인만큼 엔진에는 이상이 없다고 밝혔다.