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지난달 나로호 3차 발사 중단의 원인이 발사체로 연료를 공급하는 어댑터 블록의 결함 때문으로 밝혀졌습니다.

어댑터 블록은 러시아가 제작해 들여온 것으로, 나로호 1단 엔진과 발사대를 연결해 연료 및 헬륨을 공급하는 배관역할을 수행합니다.

최초 원인으로 지목됐던 헬륨 공급 장치의 실 파손은 이 어댑터 블록의 결함에 의한 것으로 최종 확인됐습니다.

교육과학기술부는 나로호 발사체 하부와 발사대 사이에 위치한 어댑터 블록 중앙 체결부의 문제로 연료 공급라인 결합부에 틈이 발생, 실이 파손된 것으로 공식 밝표했습니다.

교과부와 한국항공우주연구원은 파손된 실을 새로 교체하고 기밀시험에서, 220bar의 압력으로 헬륨가스 공급한 후 약 3시간이 지난 시점에 어댑터 블록이 분리되는 현상을 발견했습니다
.
이 같은 결과는 3차 발사 중지 직후인 지난달 27일 시행한 1차 기밀시험에서 헬륨가스를 2시간 동안만 가압했기 때문에 나타나지 않았던 현상입니다.

이에 한-러 기술진은 어댑터 블록의 중앙체결부를 기존 지상검증용기체(GTV) 부품으로 교체해 6시간 동안 추가 기밀실험을 수행, 어댑터 블록 분리나 헬륨가스 누설 등 이상현상이 일어나지 않음을 확인했습니다.

원인은 연료 공급 어텝터를 연결하는 암나사와 숫나사의 오차가 커지면서 틈이 발생한 것으로 추정되고 있습니다.

그러나 이에 대한 원인은 한-러 협정 상 러시아 측이 원인을 밝히지 않으면 우리나라는 알 수 없는 상황입니다.

실제  러시아 측은 문제가 된 나사의 오차 발생 원인에 대해 별다른 해명을 하지 않고 있어, 불평등한 한-러 협정이 불씨로 남을 전망이다.

일단 어댑터 블록 교체품의 국내 이송 시간과 발사 준비 절차 등을 감안할 때 빨라야 다음 주 중반 이후 재발사가 추진 될 것으로 보입니다.

한편 교과부는 나로호 1단 전체 상태에 대한 점검 결과 어댑터 블록을 제외한 다른 부분에는 아무런 이상이 없는 것을 확인했습니다.

이번 재발사 예정일은 오는 9일부터 24일까지입니다.

 

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교육과학기술부가 26일 오후 3시 전남 고흥 나로우주센터에서 긴급 기자회견을 열었습니다.

지금까지 파악한 바로는 헬륨은 로켓에 가장 먼저 주입돼 로켓의 각종 벨브를 구동시키는 역할과, 연료탱크를 내부를 가압시켜 원활한 작동을 돕는 역할을 하는데, 이날 발사 준비 작업 중 헬륨가스 공급 압력(220bar)를 견디지 못한 고무 실링이 파손됐다고 합니다.

일단 이날 이주호 교육과학기술부 장관과 포포브킨(Popovkin) 러시아 연방우주청장이 환담을 통해 철저하게 준비한 후 발사를 다시 추진하는 것으로 의견을 나눴다고 합니다.

나로호 3차 발사 일정이 크게 늦춰질 전망입니다.

나로호 재발사는 절차 상 카운트를 고려할 때, 이번 이상이 단순 부품 교환으로 처리된다고 가정해도 최소 오는 31일 이후에나 가능합니다.

그러나 다른 주변 부위 점검과 고무 실링 원인 파악 등을 할 경우 발사 시기는 더욱 오래 연기될 수도 있습니다.

26일 오후 3시 현재 나로호는 기립 상태에서 다시 눕혀져 조립동으로 이동 중입니다.

조립동 도착 예정 시간은 이날 오후 7시, 그리고 곧 조사에 착수할 예정입니다.

이날 한·러 기술진이 파악한 결과 나로호 1단부와 발사대를 잇는 연료공급 포트에서 헬륨가스 주입부의 이상이 확인됐습니다.

자세한 결과는 조립동에서 기술적 분석을 거쳐야 합니다.

일단 한국항공우주연구원은 발사체 내부의 문제가 아니고 발사체와 발사대를 연결하는 접촉 부위에서 일어난 현상이기 때문에 그것을 교체하면 될 것으로 판단하고 있습니다. 

<조광래 나로호발사추진단장과의 1문 1답>

 

-손상 부위와 정도는 어떤가?
“나로호에는 산화제와 케로신 포트가 하나씩 있는데, 여기에 헬륨과 질소 공급 배관이 함께 있다. 이 중 헬륨을 공급하는 포트에서 누설이 생겨서 기밀 유지가 안된 것이다. 이 부분은 조립동에서도 누차 점검을 했었고, 오늘 오전 점검에서도 이상이 없었다. 그러다가 엑체 핼륨을 220기압으로 공급하는 과정에 갑자기 압력이 저하됐다. 현장에 접근해서 확인해보니 기밀 유지하는 공급 실링이 손상됐다. 이는 현장에서 작업이 불가능해 조립동으로 이송을 해야 한다.”

-왜 경미하다고 판단하는가?
“우선 발사체 내부의 문제가 아니고, 발사체와 발사대를 연결하는 접촉 부위에서 일어난 현상이기 때문이다. 실링은 접착면의 기밀을 유지하는 것인데, 그것은 교체하면 될 것으로 판단된다. 그러나 실링의 손상 원인을 분석하기 위해 시간이 필요하다. 혹시 알지 못하는 원인으로 파손됐다면 좀 더 구체적으로 조사할 시간이 필요하다.”

-오전에는 발사체의 문제가 아니라고 했는데, 점검은 발사체를 점검한다고? 파손된 부위가 발사체에 붙어있는 것인가?
“문제가 된 부분은 발사체와 지상설비를 연결하는 중간부위로, 이륙하면 분리되면서 발사대로 수거된다. 이번에 가스가 새는 부분은 발사체와 지상설비가 만나는 점이다.”

-언제부터 분석이 가능한가?
“현재 눕혀진 상태로 오늘 오후 7시에 조립동에 도착하면, 늦게부터 점검에 들어갈 것이다.”

-다른 부품에서도 같은 문제가 발생한다면?
“이 부분은 고압에 대비해 이중으로 구성되어 있는데, 이 부분이 터지면서 접합면이 돌출될 수 있다. 같은 여러 종류의 부품을 우리도 여러 개 가지고 있다. 부품의 수급에는 문제는 문제가 없다. 현재는 한 부위가 삐져 나와 있는데, 실제 포트를 열어 봐야 몇개가 터졌는지 알 수 있다.”

-실링 재질은? 이번 조사에는 우리 연구진도 확인이 가능한가?
“실링 재질은 고무다. 실링의 제조는 러시아 측이다. 그러나 이는 일반 산업체 등에서도 많이 사용하는 것이다. 이번 작업은 한국과 러시아 기술진이 같이 수행한다.”

-오전 브리핑 때는 우리나라 연구진 볼 수 없다고 했었는데?
“기술보호 협정에 따라 우리나라 연구진이 접근할 수 없는 것은 엔진이다. 지금 사고가 난 부분은 접촉 가능하다. 처음 보고 때는 상황 파악이 완벽하게 되지 않았었다.”

-러시아 쪽의 점검 부실인가?
“이 물건을 제작한 것은 러시아지만, 실제로는 우리나라 인원과 설비가 함께 작업을 했고, 기밀 실험도 같이 했다. 체크하는 센서도 우리 것이다. 작업을 공동으로 했기 때문에 러시아에 모든 책임이 있다고는 볼 수 없다. 발사 전600단계를 거치는데. 한 단계마다 만족하지 않으면 넘어갈수 없다. 오늘은 240단계 무렵 중단 된 것이다.”

-이번 사고의 원인이 된 헬륨가스의 역할은?
“헬륨은 발사체 내부의 여러가지 벨브를 구동시키고, 또 연료 산화제나 터보펌프 탱크를 가압시켜 펌프가 받는 부담을 줄여주는 역할을 한다. 그래서 로켓에 연료를 주입하는 순서도 헬륨, 케로신, 엑체산소 순이다. 이는 먼저 추진제를 공급하고 나면 상황을 되돌리기 어렵기 때문이다. 때문에 이번 상황에서 추진제는 아예 들어가지 않은 상황이다.”

-헬륨은 넣고 빼어도 문제가 없나?
“로켓 내부의 헬륨 탱크는 비교적 작다. 또 고압탱크 개발 규격 상 사용 횟수도 매우 높다.”

-문제 발견이 10시 1분인데 다시 눕히기 시작한 시간이 늦지 않았나?
“수직상태에서 문제가 발생하면 발사체의 CT를 홀드시켜 기능 정지시키고 문제가 생긴 그 상태에서 관찰을 해야 한다. 또 다른 문제가 있는지도 확인하고 점검을 한다.”

-배관 등 다른 부분에서의 문제 가능성은?
“지금 나타난 현상으로 볼 때 배관엔 문제가 없다. 발사체 요소마다 센서를 설치해 놨는데 특이 현상 없었다.”

-1차 발사 때도 고압탱크 압력 저하가 있었다. 지금과 어떻게 다른가?
“발사체 내부에 있는 헬륨 탱크가 일정 압력을 유지해야 하고, 마지막 발사 15분 전 자동카운트 시작 후 -8초까지 헬륨탱크 규정압력을 유지해야 한다. 1차 발사 때는 이륙 전 헬륨가스 압력을 유지하면서 엔진 구동에 따라 소모되는 양을 이륙 직전까지 보충했는데, 이 때 일시적으로 220bar가 유지되지 않아서 스톱됐다.”

-당시 나로호관리위원회가 열리고 있었나?
“이날 오전 10시경 열려서 회의를 하던 중에 연락을 받았다.”

-31일 발사 가능성?
“지금 정확한 원인이 밝혀지지 않았기 때문에 단정적으로 말하기 어렵다. 또 모 언론에서 나로호는 겨울에 발사가 안된다고 했는데, 나로호가 사용하는 액체산소 온도가 영하 183℃도다. 겨울에 못 쏠 이유가 없다.”

-나로호관리위원회 일정은?
“이는 정부에서 결정할 일이다. 지금 상황으로 보면 내일중 한러 기술시험위원회가 열리지만, 나로호관리위원회는 열리기 어렵다. 일단 조립동으로 들어가면 그 때부터 카운터를 다시 해야 한다.”


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청정에너지 수소.

현재까지 수소를 만드는 방법 중 가장 효율이 높은 방식은 황산을 800℃ 이상으로 가열한 후 화학적 공정을 거쳐 수소를 분해하는 화학적 열분해 방법입니다.

이를 위한 시설은 950℃의 초고온 열에너지로 수소를 생산하는 초고온가스로(VHTR; Very High Temperature gas-cooled Reactor)가 있습니다.

초고온가스로는 제4세대 원자력 시스템 중 하나로, 원자력을 이용해서 950℃ 이상 초고온의 열을 얻고, 이 열로 물을 분해해서 수소를 생산하는 원자로입니다.

초고온가스로는 화학적으로 안정된 헬륨 기체를 냉각재로 쓰고 핵분열에서 발생하는 방사성 물질을 차단하는 피복입자 핵연료를 사용해 비상시에도 자체 복사열만으로 냉각이 가능하기 때문에 높은 안전성을 갖고 있습니다.

현재 우리나라를 비롯해 미국, 프랑스, 일본 등 10여 개 나라에서 원자력을 이용한 수소 생산을 연구하고 있습니다.

한국원자력연구원이 초고온가스로(VHTR)의 주요 조건을 모의할 수 있는 핵심 연구시설인 '초고온 헬륨 루프(HELP; Helium Experimental LooP)'를 완성했습니다.

이 시설은 수소 생산을 위한 초고온가스로의 열 교환기 등 1차 계통, 2차 계통, 부속 계통 등 주요 계통을 출력 대비 200분의 1로 축소한 것입니다.

이번에 개발한 초고온 헬륨 루프는 슈퍼 알로이 등 초고온가스로와 동일한 재질을 사용하면서 우라늄 등 핵물질을 사용하지 않고 전기를 이용해 초고온가스로의 실제 운전 조건인 950℃, 80기압을 구현함으로써, 초고온에서 주요 부품의 내열성 등 성능 과 수소 생산 과정에서 사용되는 황산에 대한 주요 계통 설비의 부식 저항성 등을 시험하게 됩니다.

초고온 헬륨 루프를 이용한 실험 결과는 초고온가스로 핵심 기기 설계, 안전 해석용 코드 개발과, 2020년경 건설을 추진할 계획인 초고온가스로 실증로 인허가에 활용될 예정입니다.

가스 루프는 초고온가스로 설계를 위해 핵심 기기 및 설계 코드를 실험적으로 검증하는 장치입니다.

한국원자력연구원은 지난 2005년 실험실 규모의 소형 질소 루프 설계를 시작해 2007년 이를 완성했고, 이 과정에서 축적한 기술을 바탕으로 2009년 중형 헬륨 루프 설계를 시작, 2010년 1차 계통 건조 및 전용 실험동 건축을 마치고, 2011년 2차 계통 및 부속 계통을 완성해 초고온 헬륨 루프를 자력 기술로 설계 제작하는데 성공했습니다.

또 열 교환기, 고온 가열기, 순환장치 등 핵심 부품을 국산화함으로써 50억 원의 수입 대체 효과를 기록했고, 관련 기술 3건의 국내 특허 등록도 마쳤습니다.

홍성덕 한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부 책임연구원은 이번 초고온 헬륨 루프 완공이 향후 원자력을 이용한 수소 생산 실증 단계에 필요한 대형 실증장치 개발에 핵심 정보를 제공할 것으로 전망하고 있습니다.

초고온 헬륨 루프


한국원자력연구원은 12월 13일 연구원 내 중형헬륨실험동에서 초고온 헬륨 루프 준공식을 개최했습니다.


 용  어  설  명

슈퍼 알로이 :
철, 니켈, 코발트 계열의 특수 합금으로, 800℃ 이상의 고온에서 내산화성, 고내열성을 지닌다

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