한국항공우주연구원(항우연)이 한국형 발사체(누리호)의 뒤를 이을 차세대 발사체 엔진 예비설계를 오는 11월 마무리한다. 이를 바탕으로 오는 2031년 첫 성능검증선 발사를 위한 개발에 속도를 낼 계획이다.

29일 항우연은 재사용이 가능한 차세대 발사체 엔진 예비설계를 진행 중이다고 밝혔다. 한영민 항우연 우주발사체연구소장은 전날 열린 누리호 5차 발사 관련 온라인 설명회에서 "오는 11월 예비설계를 마무리해 2031년 발사 일정을 맞출 수 있도록 준비 중"이라고 말했다.

차세대 발사체 개발에는 오는 2032년까지 총 2조2921억원이 투입된다. 항우연은 2031년 성능검증선을 처음 발사하고 2032년 상반기 달 연착륙 검증선을 우주로 보낼 예정이다. 같은 해 말에는 달 착륙선을 발사하는 것이 목표다.

차세대 발사체는 길이 70m, 직경 4.2m의 2단형으로 개발한다. 길이 47m인 누리호보다 23m 길다. 저궤도 수송 능력은 누리호 3.3톤에서 10톤 이상으로, 태양동기궤도 수송 능력은 2.2톤에서 7톤으로 높아진다.

한 소장은 "발사체 성능은 지상에서 우주로 인공위성을 얼마나 많이 올릴 수 있느냐로 평가한다"며 "차세대 발사체는 누리호보다 3~5배 무거운 위성을 올릴 수 있도록 설계 중"이라고 설명했다. 이어 "무거운 위성을 올리려면 추진제를 더 많이 실어야 하기 때문에 탱크가 커지고 발사체 크기도 커질 수밖에 없다"고 덧붙였다.

엔진 구성은 미국 스페이스X 재사용 발사체 '팰컨9'와 유사하다. 1단에는 메탄·산소 가스발생기 사이클 엔진을 9기, 2단에는 엔진 1기를 장착한다. 엔진 추력과 추진제 혼합비를 조절할 수 있으며 배터리를 활용한 전기식 추력벡터제어 장치도 적용된다.

차세대 발사체 핵심은 1단 재사용에 있다. 발사 후 기체를 회수할 수 있도록 착륙 다리, 그리드핀, 롤 제어용 추력기 등도 개발한다.

한 소장은 "차세대 발사체 개발에 앞서 재사용 검증 시연체도 준비 중"이라고 말했다. 시연체는 길이 14m, 무게 6톤 규모로 차세대 발사체 상단용으로 개발한 10톤급 엔진을 장착한다. 비행시험에서는 시연체를 나로우주센터 선착장에서 약 500m까지 상승시킨 뒤 엔진 추력을 조절해 인근 착륙 지점에 내려보낼 계획이다. 한 소장은 "별도 엔진 재점화 없이 상승부터 착륙까지 추력을 연속적으로 제어하면서 비행제어와 착륙 기술을 검증할 것"이라고 했다.

차세대 발사체 개발과 함께 누리호 반복 발사도 이어진다. 내달 7일 발사되는 누리호 5차 발사체는 현재 1·2·3단 결합과 전기·기계 계통 점검 등 막바지 작업을 진행 중이다. 주탑재체인 초소형 군집위성 5기와 큐브위성 10기 등 총 15기를 고도 570km 태양동기궤도에 투입한다. 군집위성은 35~40초 간격으로 차례로 분리되며, 지구를 8바퀴가량 돌면 위성 간 거리가 약 80㎞ 이상 벌어질 것으로 예상된다.