누리호 발사 성공으로 대한민국은 독자적인 발사체 운용 능력을 확보했지만, 우주 산업 경쟁력 강화를 위해서는 발사체의 효율성과 경제성을 높이는 것이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 특히, 다단 발사체의 핵심 기술인 단계별 분리 과정은 불필요한 무게를 제거하여 추진력을 극대화하고, 위성을 목표 궤도에 정밀하게 투입하는 데 필수적이다. 현재 누리호와 같은 3단 발사체는 위성을 목표 궤도에 정밀하게 투입하는 역할을 수행하며, 1개의 액체연료 엔진을 사용해 미세한 궤도 조정이 가능하다. 이는 우주 환경에 최적화된 높은 효율로 가속하는 2단 발사체와 지구의 중력 및 대기 저항을 극복하는 1단 발사체의 역할을 보조한다.
이러한 다단 발사체의 구조는 마치 아파트 15층 높이에 달하고, 승용차 100대 무게에 해당하는 크기(전체 길이 47m, 무게 200t)를 자랑한다. 로켓을 여러 단계로 분리해야 하는 주된 이유는 질량 대비 추진력을 극대화하기 위해서다. 1단 분리를 통해 무거운 연료 탱크를 분리하면 로켓의 질량이 크게 감소하여 효율성이 증대된다. 이러한 분리 과정은 순차적으로 진행된다. 고도 약 63.4km 지점에서는 위성을 외부 환경으로부터 보호하던 덮개인 페어링이 대기권 밖에서 분리된다. 이후 속도를 가속한 2단 발사체는 고도 약 201.9km에서 분리되고, 최종적으로 고도 약 257.8km 지점에서 위성이 목표 궤도에 안착하게 된다.
발사체 기술은 지속적으로 진화해왔다. 과거에는 하나의 로켓만으로 추진하는 단일 발사체 구조가 사용되었으나, 추진력의 한계로 인해 궤도 진입에 제약이 있었다. 현재 가장 일반적인 구조인 다단 발사체는 여러 개의 로켓 단을 순차적으로 분리하며 비행하는 방식으로, 누리호, 나로호, 스페이스X의 팔콘 9 등이 대표적인 사례다. 한 단계 더 나아가, 로켓의 1단 부분을 회수하여 재사용하는 재사용 발사체는 발사 비용을 절감하고 발사 빈도를 증가시키는 데 기여하고 있다. 스페이스X의 팔콘 9이 대표적인 재사용 발사체다. 현재 개발 시험 단계에 있는 완전 재사용 발사체는 로켓의 1단과 상단을 모두 회수하여 재사용하는 것을 목표로 하며, 스페이스X의 스타십이 이 분야의 선두 주자로 꼽힌다.
대한민국은 누리호 발사 성공을 통해 독자적인 발사체 시대를 열었으며, 2032년까지 차세대 발사체, 즉 재사용 발사체 개발을 목표로 하고 있다. 이러한 차세대 발사체 개발은 우주 산업의 경제성을 확보하고 국제 경쟁력을 한층 강화하는 중요한 발판이 될 것으로 기대된다.
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