더 차갑게~ 더 높이! 초저온 로켓

우주강국을 꿈꾸는 인도가 지난 4월 15일 인도 스리하리코타 우주센터에서 로켓 한 기를 발사했다. 세계에서 6번째로 자체 개발에 성공한 초저온 엔진(cryogenic engine)을 3단으로 사용한 정지궤도위성발사체(GSLV) ‘D3’이다. 아쉽게도 이 로켓은 발사 후 정상궤도를 벗어나 바다로 떨어졌지만, 인도가 자체적으로 초저온 엔진 로켓을 개발했다는 데 큰 의미가 있다. 대체 초저온 엔진 로켓이 무엇이기에 인도가 17년이나 걸려 개발했던 것일까?

초저온 로켓 엔진이란, 저온 상태의 연료와 산화제를 추진제로 사용하는 로켓을 말한다. 로켓이 지구 중력을 이기고 우주로 나가려면 연료를 빨리 연소시켜야 한다. 따라서 산소가 많이 필요한데 산소를 기체 상태로 로켓에 실으면 부피가 상당해진다. 그래서 로켓연료의 산화제가 되는 산소는 영하 180도 정도의 낮은 온도에서 보관해 액체 상태로 만든다. 같은 공간에 더 많은 산소를 실을 수 있다면 로켓의 크기도 줄일 수 있고, 추진력도 많이 얻을 수 있기 때문이다.

게다가 로켓연료도 상온에서 보관 가능한 케로신(등유의 일종) 등이 아닌 액체수소를 사용한다. 액체수소의 경우 영하 250도의 매우 저온의 액체인 데다 밀도가 낮아 연료를 보관하기 위해서는 크고 특별한 탱크가 필요하다. 액체수소가 지나는 곳에 조그마한 불순물은 물론 습기가 있어도 이것이 얼음처럼 변해 밸브나 연소실를 막게 되어 폭발의 위험이 크다. 따라서 불순물을 제거하는 청정 기술이 매우 중요하다.

현재 개발된 로켓 중에 액체수소와 액체산소를 사용하는 초저온 로켓 엔진이 가장 훌륭하다고 평가된다. 추력은 약한 반면 매우 빠른 속도를 얻을 수 있어 인도의 로켓처럼 주로 상단(2, 3단)엔진으로 개발되고 있다. 현재 인도를 제외한 미국과 러시아, 프랑스, 중국, 일본 만이 초저온 로켓 엔진 기술을 가지고 있으며 이 엔진을 자신의 나라를 대표하는 로켓에 사용하고 있다. 미국의 우주왕복선, 유럽의 아리안 5호, 일본의 H-2 로켓이 그것이다.

박태진 과학칼럼니스트