이노스페이스, 0.4톤급 메탄엔진 지상연소 420초 국내 처음 달성

우주항공청이 누리호 발사체 엔진을 메탄기반으로 전환하기 위한 연구개발을 진행 중인 가운데, 국내 기업이 처음으로 소형 메탄엔진 지상연소 장시간에 해당하는 420초(7분)를 기록했다. 민간 우주 발사체 기업 이노스페이스(대표 김수종)는 차기 발사체 '한빛-마이크로(HANBIT-Micro)'의 킥 스테이지에 적용할 추력 0.4톤급 액체 메탄엔진 '리멕(LiMEK)-04'의 핵심 기술로 이같은 성과를 냈다고 4일 밝혔다. 킥스테이지는 발사체 2단 엔진이 연소된 뒤 위성을 목표 궤도에 정확히 안착시키는데 필요한 소형 추진 모듈이다. 이노스페이스가 이번에 개발한 기술은 이 킥스테이지를 움직이는 '이원추진제 재생냉각 메탄엔진 연소기'다. 이 연소기는 추진제로 연료는 액체메탄, 산화제로는 액체산소를 사용한다. 이노스페이스 측은 "이는 이들 추진제 2종을 모두 냉각제로 활용해 연소실을 냉각하는 기술"이라며 "재생냉각은 연소 과정에서 발생하는 초고온 환경으로부터 엔진을 보호하고 안정적인 연소를 유지하기 위한 핵심 기술"이라고 설명했다. 재생냉각은 수천 도에 노출되는 연소실 온도를 낮추기 위해 액체 메탄을 연소실 벽 내부 채널로 흘려 열을 흡수하며 엔진을 냉각시킨다. 이 과정에서 온도가 올라간 연료는 연소실로 보내 연소하게 된다. 이노스페이스 측에 따르면 기존 메탄엔진은 액체메탄만을 냉각제로 사용하는 단일추진제 재생냉각 방식을 주로 적용해 왔다. 그러나 이 방식은 냉각 성능을 확보하기 위해 상당한 추진제 공급 압력이 필요하다. 이로 인해 보다 견고한 추진제 탱크와 공급계통 설계가 뒤따르고, 이는 엔진 중량이 늘어나는 요인으로 작용했다. 반면, 이번에 이노가 개발한 이원추진제 재생냉각 기술은 액체메탄뿐 아니라 액체산소까지 냉각 과정에서 활용하기 때문에, 기존 대비 냉각제 유량을 약 3.0~3.4배 정도 늘릴 수 있다. 상대적으로 낮은 압력 조건에서도 안정적인 냉각 성능 확보가 가능, 추진제 탱크와 공급계통을 상대적으로 경량화할 수 있다는 장점이 있다. 김수종 이노스페이스 대표는 "재생 냉각 과정이 엔진 성능과 발사체 효율에 직접적인 영향을 미친다"며 "발사체는 소형화될수록 중량에 예민해진다. 소형 발사체 분야에서는 구조 경량화 기술이 탑재 성능과 발사 서비스 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소”라고 설명했다. 김 대표는 또 “이 기술은 높은 냉각 효율과 경량화 구현이 가능, 향후 재사용 발사체를 위한 메탄엔진 뿐만 아니라 소형위성 궤도 수송용 킥스테이지 및 우주 탐사 추진 시스템 분야 등에서도 폭넓게 활용될 것"으로 기대했다. 이노스페이스는 지난 2024년 5월 '한빛-마이크로' 발사체에 적용될 킥스테이지용 추력 0.4톤급 메탄엔진 연소기로 지상연소시험 시간 237초를 달성했다. 만 2년만에 이노스페이스는 이원추진제 재생냉각 기술을 개발, 국내 최장시간인 420초 장시간 지상연소시험에 성공했다. 한편 이노스페이스는 지난해 12월 수행한 '한빛-나노' 첫 상업 발사 임무의 조기 종료 이후 발사 임무 중단 원인을 규명하고, 관련 부품 개량 및 공정 고도화를 진행 중이다. 현재 우주항공청 발사 허가를 위한 심의를 진행 중이며 최종 발사허가를 받는대로 오는 3분기 내 후속 발사를 추진할 계획이다. 이노스페이스는 위성 발사 서비스를 제공하는 민간 우주 발사체 기업이다. 현재 하이브리드 및 메탄 로켓 엔진 기술을 적용한 최적의 우주 발사체를 개발 중이다.