누리호, 이제는 '가성비' 경쟁…연 4회 쏘면 비용 47% 절감

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반복 발사로 제작비 낮춰 상업 경쟁력 확보…성능 개량은 장기 과제

킥스테이지 활용하면 달에 최대 800㎏ 수송 가능성

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 한국형발사체 누리호가 5차 발사에 성공하면서 반복 발사를 통한 신뢰성 확보와 상업 활용에 한 걸음 더 다가섰다.

하지만 누리호가 상업 발사 시장에서 경쟁력을 확보하려면 발사 비용을 낮추고 수송 능력을 높여야 한다는 근본적 과제가 남는다.

우선은 발사체 경량화 등을 통한 개량보다 발사 횟수를 늘려 제작 비용을 줄이는 방안이 현실적이란 분석이 나오는 가운데, 킥스테이지를 활용해 달 등 더 먼 우주로 수송 범위를 넓히는 방안도 함께 시도되고 있다.

◇ 누리호 상업화 열쇠는 발사 횟수…성능 개량은 장기 과제

11일 진승보 한국항공우주연구원 책임연구원이 한국항공우주학회지에 발표한 '한국형발사체 개발 프로젝트 성과, 한계 및 교훈' 논문에 따르면 누리호의 구조를 줄이는 방식으로 성능을 개량하면 투입 중량 대비 발사 비용을 이론적으로 현재의 60% 수준까지 낮출 수 있을 것으로 추정됐다.

반면 누리호 기본형을 매년 4회 쏜다고 가정하면 병행 제작하는 과정에서 인건비와 재료비를 절감할 수 있어 1회당 발사 비용을 산술적으로 53% 수준으로 낮출 수 있는 것으로 분석됐다.

성능 개량에 드는 연구개발(R&D) 비용을 고려하면 당장은 발사체 성능을 높이는 것보다 연간 발사 횟수를 늘리는 것이 비용 절감에 더 효과적일 수 있단 것이다.

지금의 누리호는 국산화 및 기술 자립화를 목표로 개발된 만큼 발사 비용이 저렴하다고 보기는 어렵다.

현재 누리호 고도화사업에 포함된 4~6호기의 발사 비용은 발사운용비를 포함하면 1기당 1천48억2천만원으로 책정돼 있다.

이를 기반으로 계산하면 상업 위성이 주로 목표로 하는 고도 500~700㎞ 태양동기궤도(SSO) 기준 발사비용은 ㎏당 4천765만원이다.

이는 로켓랩의 발사서비스 비용과 거의 비슷한 수준으로 알려졌다.

누리호가 SSO에 승차 공유 방식으로 500㎏을 실어 올린다고 하면 발사 비용은 약 240억원으로 추산된다.

현재 차세대 중형위성 1기당 발사 비용이 350억원인 만큼 2기 이상을 승차 공유 방식으로 투입할 수 있다면 공공위성을 국내 발사체로 수송해도 경제성이 있다고 분석한다.

물론 장기적으로는 경량화와 같은 성능 개량을 통해 가성비를 더 끌어올리는 것도 과제가 될 전망이다.

김선 한화에어로스페이스[012450] 우주사업총괄 부사장은 누리호 5차 발사 이후 브리핑에서 "우주청, 항우연과 누리호 제작성·양산성을 개선하고 원가 절감할 수 있는 부분들, 성능개선 할 수 있는 부분들에 대해 활발히 논의하고 있다"고 말했다.

◇ 안전 문제 한계 부스터…예타 탈락 딛고 다시 킥스테이지 도전

발사 비용을 낮추는 것과 별개로 누리호의 수송 능력 자체를 높이는 방안도 검토할 수 있다.

추가 부스터를 장착하거나 3단에 킥스테이지 또는 궤도수송선을 더해 추가 추력을 확보하는 방식이다.

유럽의 아리안과 일본의 H3 등 주요 발사체는 고체 부스터를 장착해 추력을 높이고 더 무거운 탑재체를 수송한다.

다만 누리호에 부스터를 장착하려면 나로우주센터의 위치와 발사체 운용 여건이 걸림돌이 된다.

누리호 성능향상을 위해 부스터를 장착하고 나로우주센터에서 방위각 170도 남향으로 발사하면 1단 낙하점은 600~800㎞ 떨어진 일본 오키나와 열도 근처에 형성된다.

2단 잔해 낙하점도 3천500~4천㎞ 인도네시아에 형성되고, 무엇보다도 부스터 낙하점이 비행거리 100~200㎞ 제주도 및 일본 후쿠에섬 인근에 형성돼 안전 확보가 쉽지 않다.

누리호 역시 부스터 장착을 전제로 설계된 발사체가 아니어서 구조와 운용 체계를 바꾸는 데 부담이 따른다.

그 때문에 누리호 3단에서 분리된 뒤 추가 추력을 내는 킥스테이지를 활용하는 방안이 현실적인 대안으로 거론된다.

발사체 자체를 크게 바꾸지 않고도 탑재체를 더 높은 궤도로 보내거나 달 등 먼 우주로 수송할 수 있기 때문이다.

과학기술정보통신부가 누리호 사업을 담당하던 당시에도 킥스테이지를 추가하는 방안을 사업화하려는 시도가 여러 차례 있었지만, 예비타당성조사 문턱을 넘지 못했다.

2020년 누리호 고도화사업에 성능 개량을 반영하려던 계획이 무산됐고, 이후 2022년 아포피스 탐사선 개발사업에 누리호 킥스테이지를 반영하는 방안도 예타를 통과하지 못했다.

하지만 최근 우주 개발의 속도가 가팔라지면서 킥스테이지 개발 사업도 탄력을 받고 있다.

우주청에 따르면 누리호는 고도 300㎞에 3.3t을 실어 나를 수 있으며 여기에 킥스테이지 기반 궤도수송선을 실으면 달에는 최대 800㎏, 화성에는 40~50㎏을 보낼 수 있을 것으로 분석됐다.

우주청은 지난 5월에도 4년간 400억원을 투입해 누리호 3단에 실을 수 있는 킥스테이지 기반 궤도수송선을 개발하는 사업을 공고했다.

사업 계획에 따르면 궤도수송선은 누리호를 이용해 주차궤도에 진입한 뒤 위성 1기를 투입하고, 이후 달 전이궤도까지 이동해 달 탐사선 1기를 추가로 투입하는 임무를 수행한다.

shjo@yna.co.kr

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