누리호 발사 순간 피어오른 흰 연기의 정체는?

신나는 과학을 만드는 사람들의 과학 이야기 (3)2022년 6월 21일은 우리나라 우주 개발사에 기념비적인 하루였다. 한국형 발사체 누리호 발사에 성공한 것이다. 이로써 한국은 세계에서 11번째로 발사체를 우주 궤도에 올린 나라이자 무게 1t 이상 실용 위성을 일곱 번째로 쏘아 올린 나라가 됐다. 작년 10월 첫 번째 발사 시도가 실패하고, 2차 발사도 날씨 때문에 한 번 연기되는 곡절 끝에 이룬 성과다.

누리호 발사를 지켜본 사람이라면 한 가지 신기한 현상에 의문을 품었을 법하다. 발사 순간 누리호 몸체에서 흰색 가루가 후드득 떨어지고, 주변에는 구름 같은 흰 연기가 피어올랐다. 이 흰 가루와 연기는 무엇이었을까. 정답부터 말하자면 흰 가루는 얼음이고, 흰 연기는 수증기다.

지난 6월 나로우주센터에서 누리호가 발사되고 있다. 연합뉴스

누리호의 엔진이 작동하려면 연료가 산소와 결합해야 한다. 그런데 누리호는 대기 중에 있는 산소로 연료를 태울 수 없는 구조다. 따라서 연료와 산소를 누리호에 함께 실어야 했다. 이때 산소의 부피를 줄이기 위해 영하 183℃의 액체 형태로 산소를 싣게 된다. 이로 인해 누리호 몸체의 외부까지 차가워져 주변 공기 중에 있던 수증기가 누리호에 달라붙으면서 성에가 낀 것이다. 냉동실에 있던 아이스크림을 꺼내면 겉 포장에 얇은 얼음이 생기는 것과 같은 원리다.

발사장 주변의 흰 연기는 누리호가 발사되는 순간 엔진이 뿜어내는 고온의 불꽃으로 인해 발생한 것이다. 이 불꽃의 온도는 3400℃까지 올라간다. 이 때문에 발사대 등의 장치가 녹아 버릴 수도 있다. 이를 방지하기 위해 발사대에 물을 뿌렸고, 이 물이 초고온의 열과 만나 수증기로 변하면서 흰 연기가 생긴 것이다.

한국항공우주연구원은 2027년까지 누리호를 네 차례 더 발사해 성능을 높이고, 2030년에는 누리호에 달 착륙선도 실어 보낼 계획이다. 우주 강국 대한민국의 미래가 기대된다.

김지현 서울 남대문중 교사