누리호 600㎞ 궤도 안착 성공..."더 높은 궤도에도 갈 수 있지만…"

"현재 한국형 발사체 누리호는 1.5톤 중량의 탑재체를 600~800㎞ 저궤도 구간에 안착시키기 위한 용도로 개발됐습니다. 누리호로도 약 3만6000㎞ 상공의 정지궤도에까지 안착시킬 수 있지만 탑재체 중량은 훨씬 줄어듭니다."

한국항공우주연구원 관계자의 설명이다. 27일 새벽 누리호 4차 발사가 성공적으로 완료된 가운데 우주에 대한 관심도 한층 높아졌다. 일각에서 누리호가 왜 더 높은 궤도에까지 올라가지는 않은 것이냐는 의문을 제기한다.

관건은 발사체의 추진력과 위성 등 탑재체 중량과의 함수 관계를 어떻게 설정할 것인가에 달렸다. 탑재체가 무거워질수록 발사체가 운반할 수 있는 목표궤도가 낮아진다. 반대로 탑재체가 가벼울수록 더 높은 고도에까지 도달할 수 있다. 현재 누리호는 1.5톤 중량의 탑재체를 600~800㎞ 저궤도 구간 태양동기궤도에 직접 투입할 수 있도록 개발된 발사체다.

중요한 것은 탑재체, 즉 위성의 용도를 어떻게 결정할 것인지다. 정지궤도 위성이란 지구 적도면 상공 3만6000㎞ 상공에서 지구 자전 속도와 동일하게 움직이기 때문에 지상에서 볼 때 고정된 위치에 올라가 있는 것처럼 보인다. 지상을 기준으로 할 때 같은 위치에 고정적으로 있기 때문에 통신이나 방송, 기상관측 등 용도로 활용된다.

반면 저궤도 위성이란 지상에서 500~1000㎞ 구간의 상공을 오가는 위성이다. 저궤도는 △지구 적도면을 기준으로 경사진 각도를 오가며 정해진 범위만 탐색하는 데 최적화된 경사궤도 △지구 양극점 언저리를 기준으로 하루에 지구를 14~15바퀴 도는 태양동기궤도 등 극궤도로 나뉜다. 이 중 태양동기궤도를 타고 움직이는 위성은 지표면을 기준으로 일정한 시간대, 비슷한 조명 환경에서 반복 관찰이 가능하기 때문에 다양한 목적의 관측에 활용된다.

정지궤도까지 위성 탑재체를 올리는 자체가 매우 어렵다. 한 번 정지궤도로 올린 이상 10~15년에 이르는 상대적으로 장기간 위성을 운용해야 하기 때문에 위성 자체의 무게가 상당히 크다. 2010년 국내 최초 개발 정지궤도 위성인 천리안 1호(기상관측용)의 무게가 2460㎏에 달했고 2018년과 2020년에 발사된 천리안 2A호(기상관측용) 및 2B호(해양환경 관측용) 위성의 무게도 각각 3570㎏, 3386㎏에 달한다. 이번 누리호 4차 발사 당시 주 탑재체였던 차세대 중형위성 3호(516㎏) 대비 4~5배 이상 더 무겁다. 그만큼 발사체도 훨씬 큰 추력을 감당해야 한다.

한편 이날까지 4차까지 발사된 누리호는 내년과 내후년에 이르기까지 두 차례 발사가 더 예정돼 있다. 이미 항우연은 2023년부터 2032년 개발 완료를 목표로 중궤도 및 정지궤도 발사체(KSLV-Ⅲ ) 개발에 착수했다. 차세대 발사체는 훨씬 큰 추력을 보장하기 위해 더 큰 엔진 등이 적용될 것으로 보인다.