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한국의 우주계획에는 시험발사체를 시작으로 한국형발사체의 개발이 완료되면, 소형발사체, 대형발사체 등의 발사체 플랫폼 확장이 포함되어 있다. 2021년 10월 한국형발사체의 발사에 성공하면서 우주계획에 따른 다양한 차세대 우주 발사체 설계안이 제시되고 있어 성능 검토를 통한 방향성 수립이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 한국의 우주계획에 부합하는 우주 발사체를 개념설계하고 지구 저궤도에의 위성 투입 임무를 가정하여 발사체의 성능을 알아보았다.
발사체의 성능 검토는 대수적 모델링(단 설계)를 통한 분석과 ...

한국의 우주계획에는 시험발사체를 시작으로 한국형발사체의 개발이 완료되면, 소형발사체, 대형발사체 등의 발사체 플랫폼 확장이 포함되어 있다. 2021년 10월 한국형발사체의 발사에 성공하면서 우주계획에 따른 다양한 차세대 우주 발사체 설계안이 제시되고 있어 성능 검토를 통한 방향성 수립이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 한국의 우주계획에 부합하는 우주 발사체를 개념설계하고 지구 저궤도에의 위성 투입 임무를 가정하여 발사체의 성능을 알아보았다.
발사체의 성능 검토는 대수적 모델링(단 설계)를 통한 분석과 지배방정식을 적분하여 궤도 투입을 예측할 수 있는 2차원 궤적해석을 통해 수행하였다. 단 설계를 통한 계산 결과, 구조비 및 단 질량비의 상당 수준 개선을 통해 약 580 kg의 위성을 500 km에 투입할 수 있음을 확인하였다. 1단 엔진의 추력 개선을 통해서는 최대 약 900 kg 중량의 위성에 대해 목표궤도 투입이 가능할 것으로 예측되었으며, 2단 엔진의 비추력 개선을 통해 최대 1,463 kg의 수송능력을 확인할 수 있었다. 또한, 단 설계 내용을 반영한 궤적계산을 수행하여 향후 한국의 주력위성으로 예상되는 차세대 중형위성의 지구 저궤도 투입 가능성 및 적절한 소형발사체의 설계 구성을 확인하였다. 서술한 바와 같이 소형발사체를 통해 계산 방법론에 대한 검증을 수행하였으며, 대수적 모델링을 통한 발사체 성능계산이 효율적임을 확인하였다. 따라서, 이를 활용하여 재사용발사체 및 대형발사체에 대한 궤도 투입성능을 알아보았다.
결과적으로 한국형발사체의 성능 향상과 더불어 후속 발사체의 시장 경쟁력 향상 등의 목표를 수월히 달성하기 위해서는 구조비 개선 및 새로운 엔진 도입이 필수적임을 언급하였다. 본 연구는 이러한 간단한 성능계산을 통해 개념설계 단계에서의 발사체 방향성 제시를 목표로 하고 있으며, 연구의 결과는 후속 발사체 관련 신규 추진 사업 기획의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

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