국내 최초로 개발 중인 소형위성발사체인 KSLV-I은 국내 우주발사체 연구개발의 기본 토대로서 개발의 성공여부가 국가우주개발중장기계획을 완수하는데 대단히 중요한 역할을 담당할 것이다. 현재 건설 중인 고흥 우주센터 발사장에는 발사체의 단별조립, 총 조립, 점검, 인증시험 및 발사 사전시험 등을 효율적으로 수행하기 위한 발사체 조립시설, 발사대, 추진제 공급시설, 발사통제시스템 및 부대시설 등의 지상장비를 개발하고 제작, 구축 후 운용할 예정이며 본 논문에서는 발사장 시스템 설계에 대해 제시하였다.
국내 최초로 개발 중인 소형위성발사체인 KSLV-I은 국내 우주발사체 연구개발의 기본 토대로서 개발의 성공여부가 국가우주개발중장기계획을 완수하는데 대단히 중요한 역할을 담당할 것이다. 현재 건설 중인 고흥 우주센터 발사장에는 발사체의 단별조립, 총 조립, 점검, 인증시험 및 발사 사전시험 등을 효율적으로 수행하기 위한 발사체 조립시설, 발사대, 추진제 공급시설, 발사통제시스템 및 부대시설 등의 지상장비를 개발하고 제작, 구축 후 운용할 예정이며 본 논문에서는 발사장 시스템 설계에 대해 제시하였다.
This paper describes a system design of Launch Ground Complex for the Korea Space Launch Vehicle-I which will play so important roles of successful execution for Korea National Space Development Program. Launch Ground Complex has to supply safe work space, construction and equipments for assembling,...
This paper describes a system design of Launch Ground Complex for the Korea Space Launch Vehicle-I which will play so important roles of successful execution for Korea National Space Development Program. Launch Ground Complex has to supply safe work space, construction and equipments for assembling, check-out and launching of the space launch vehicle, and it consists of Mechanical, Electrical, Fluid Ground Support Equipment and Infrastructure. Mechanical Ground Support Equipment consists of Launch Pad, Mobile Assembly Tower, Umbilical Tower, Lightning Tower, Theodolite Building and Auxiliary.
This paper describes a system design of Launch Ground Complex for the Korea Space Launch Vehicle-I which will play so important roles of successful execution for Korea National Space Development Program. Launch Ground Complex has to supply safe work space, construction and equipments for assembling, check-out and launching of the space launch vehicle, and it consists of Mechanical, Electrical, Fluid Ground Support Equipment and Infrastructure. Mechanical Ground Support Equipment consists of Launch Pad, Mobile Assembly Tower, Umbilical Tower, Lightning Tower, Theodolite Building and Auxiliary.
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문제 정의
발사패드는 그림3.과 같이 발사장 지면에 고정되는 여러 기능성 구조물들로 구성되며 발사체 발사시험 및 지상인증시험을 위한 목적으로 개발한다. 발사패드는 외형상.
본 논문에서는 소형위성발사체인 KSLV-I의 성공적인 발사시험을 위해 개발 중인 고흥 우주센터 내 발사장의 지상장비에 대한 시스템설계 내용을 제시하였다’ 지상장비는 발사체의 조립과 점검, 사전시험 및 발사시험을 위한 안전한 공간과 장비를 제공해야 하는 임무를 가지며 이들 요구사항을 충족시키기 위한 예비설계 이후 상세설계, 제작 및 총 조립을 통하여 발사장 지상장비가 구축될 것이다. 소형위성발사체를 위한 발사장 개발은 국내기술로 개발한 인공위성을 국내 개발하는 발사체에 실어 국내에 개발되는 우주센터 발사장에서 발사성공을 목표로 한다는 점에서 개발의 의의가 중요하고 크다고 할 수 있다.
제안 방법
저예산으로 효율적인 발사장 운용방법을 설계하기 위하여 먼저 해외 선진발사장을 기술 조사하였다. 전 세계적으로 우주발사체 분야 선진국에 약 19개의 발사장이 운영되고 있고 각국마다 그 나라 고유 발사체와 위성의 특성, 발사 안전범위, 발사빈도, 경제력, 지리학적 위치 및 기후 등을 고려해서 발사운용방법을 설계하고, 그에 적합하고 효율적이며 최적인 시설을 설계하여 구축하여 운용한다.
또한 위성체를 궤도에 진입시키기까지의 비행 절차뿐만 아니라, 발사체의 유지 보수를 위한 특수설비/시설, 특수 장비, 계획, 문서, 인력 그리고 관리 운영기술까지 포함한 모든 자원과 기술을 포함한다. 'KSLV-I 발사장의 운용방식을 결정 함에 있어서 발사체 총 조립 방법, 위성체 조립절차, 조립운용방법 및 발사장에서의 각종 장비와 인력 운용의 효율성 둥 전반적인 사항을 고려하였으며 AOP 방식으로 결정하였다.
88”에 위치하며 산을 깎아 만드는 절개지이며 해발 107미터 높이에 건설된다. 지상 연소시험이나 발사시험 시 발생되는 후폭풍, 화염이나 기타위험 상황에 대비하여 이동식 조립타워가 발사 패드로부터 안전한 거리로 이탈할 수 있도록 그림 1.과 같이 이동식 조립타워의 레일을 대각선 방향으로 설계하였으며 이때 이동식 조립 타워와엄비리칼 타워를 연결하는 중심선으로부터 발사 방향까지의 각도는 45도가 되도록 배치하였다.
발사패드 하부를 통과하여 나가는 화염 유도로의 위치는 폐수 집합 저장소와 함께 형상을 고려하여 끝단이 발사장의 외곽 경사면에 위치하도록 설계 하였다. 또한 폐수 저장소는 지상 연소시험이나 발사 시 화염후류와 Acoustic Pressure로부터 발사체를 보호하기 위하여 초당 수톤의 물이 화염에 직, 간접적으로 분사되는데 이때 잔류하는 오폐수을 회수하기 위한 시설이며 이 물에는 발사체 연료(Kerosene)가 일부 섞여 있게 되어 환경오염을 유발 시키게 되므로 이를 회수하여 재처리하는 역할을 담당한다.
추진제 공급시설은 조립타워 이동레일의 양쪽으로 분산시켰으며 가스 및 연료 충진을 위한 차량 접근이 용이하도록 배치하였다. 발사장의 남쪽에 질소, 헬륨, 액체산소 등의 가스류 저장 탱크를 방호벽과 함께 배치하였으며 반대편에는 연료 (Kerosene)와 물 저장탱크를 방호벽과 함께 배치하였다.
접근이 용이하도록 배치하였다. 발사장의 남쪽에 질소, 헬륨, 액체산소 등의 가스류 저장 탱크를 방호벽과 함께 배치하였으며 반대편에는 연료 (Kerosene)와 물 저장탱크를 방호벽과 함께 배치하였다. 추진제 공급시설은 발사 패드 및 엄비리칼 타워와 배관으로 연결되며 발사장의 .
추진제 공급시설은 발사 패드 및 엄비리칼 타워와 배관으로 연결되며 발사장의 .차량 이동과 유지 보수를 고려하여 발사장 외곽 모서리 면에 인접하도록 배치하였다. 또한 추진제 공급시설로부터 발사패드 및 엄비리칼 타워를 거쳐 발사체에 연결되어야 하는 배관들은 이동식 조립 타워와의 간섭을 피하기 위해 모든 배관라인이 한 방향으로 모인 후 엄비리칼 타워의 하단부를 거쳐 발사패드로 진입하도록 배치를 하였다.
차량 이동과 유지 보수를 고려하여 발사장 외곽 모서리 면에 인접하도록 배치하였다. 또한 추진제 공급시설로부터 발사패드 및 엄비리칼 타워를 거쳐 발사체에 연결되어야 하는 배관들은 이동식 조립 타워와의 간섭을 피하기 위해 모든 배관라인이 한 방향으로 모인 후 엄비리칼 타워의 하단부를 거쳐 발사패드로 진입하도록 배치를 하였다. 시험 때나 비상시 사용될 액체산소 및 연료 회수 장치는 안전을 고려하여 외곽 경사면과 물탱크 뒤편에 위치하도록 배치하였다.
또한 안전을 고려하여 물 저장 탱크를 블록 하우스와 발사패드 사이에 배치하였다. 낙뢰로부터 발사체 및 발사지원시설을 보호하기 위하여 라이트닝 타워 4기와 엄비리칼타워에 낙뢰방지시설을.배치하였으며 높이는 약 50미터가 되도록 설계하였다.
배치하였으며 높이는 약 50미터가 되도록 설계하였다. 라이트닝 타워는 발사 패드 양쪽에 2개를 설치하여 발사체를 포함한 지상지원시설을 낙뢰로부터 보호하고 이동식 조립 타워가 발사패트로부터「이동하여 고정되는 안전지역에 2개를 설치하여 조립타워를 낙뢰로부터 보호하도록 배치하였다.'
대상 데이터
과 같이 유효면적이 길이 약 250미터, 폭 150미터의 크기이며 전체 면적 중에서 차기사업을 고려하여 1/2 부분만을 활용하여 모든 시험시설 및 발사지원시설이 배치되도록 하였다. 발사장 부지는 외나로도 해안 끝자락으로 N 34。25' 45.59", E 127° 32' 03.88”에 위치하며 산을 깎아 만드는 절개지이며 해발 107미터 높이에 건설된다. 지상 연소시험이나 발사시험 시 발생되는 후폭풍, 화염이나 기타위험 상황에 대비하여 이동식 조립타워가 발사 패드로부터 안전한 거리로 이탈할 수 있도록 그림 1.
이동식 조립타워는 크게 구동시스템(Driving System)과 그 위에 발사체를 보호하고 접근이 용이하도록 설계된 트러스(Truss)의 철골구조인 타워 캐빈(Tower Cabin) 부분으로 나눌 수 있다. 외형상으로는 대략 높이 38x길이 15x폭 18m의 규모이며, 레일 위를 주행 가능하도록 이동식으로 제작하여 발사패드(Launch Pad)와 발사시험 시 대피장소인 안전지역 (Safety Zone) 간을 자체 구동력을 이용하여 이동한다.
후속연구
국내 최초로 개발 중인 소형위성발사체인 KSLV-Ie 국내 우주발사체 연구개발의 기본 토대 로서 개 발의 성 공여 부가 국가우주개 발 중장기계획을 완수하는데 대단히 중요한 역할을 담당할 것이다. KSLV-I 우주발사체는 100 kg 급 과학기술 위성을 지구 저궤도 (Perigee 300±20km & Apogee 1500±150km)에 안전하고 정확하게 투입하는 임무를 수행하게 되며 발사시험은 현재 건설 중인 고흥 우주센터에서 실시될 예정이다.
KSLV-I 우주발사체는 100 kg 급 과학기술 위성을 지구 저궤도 (Perigee 300±20km & Apogee 1500±150km)에 안전하고 정확하게 투입하는 임무를 수행하게 되며 발사시험은 현재 건설 중인 고흥 우주센터에서 실시될 예정이다. 우리나라 우주개발의 전초기지로 자리 잡을 우주센터는 전남 고흥군 외나로도에 150만평 규모로 세워지며 발사장에는 발사체의 단별조립, 총 조립, 점검, 인증시험 및 발사 사전시험 등을 효율적으로 수행하기 위한 발사체 조립시설, 발사대, 추진제 공급시설, 발사통제시스템 및 부대시설 등 의지상장비를 개발하고 제작, 구축 후 운용할 예정이다.
KSLV-I 우주발사체는 100 kg 급 과학기술 위성을 지구 저궤도 (Perigee 300±20km & Apogee 1500±150km)에 안전하고 정확하게 투입하는 임무를 수행하게 되며 발사시험은 현재 건설 중인 고흥 우주센터에서 실시될 예정이다. 우리나라 우주개발의 전초기지로 자리 잡을 우주센터는 전남 고흥군 외나로도에 150만평 규모로 세워지며 발사장에는 발사체의 단별조립, 총 조립, 점검, 인증시험 및 발사 사전시험 등을 효율적으로 수행하기 위한 발사체 조립시설, 발사대, 추진제 공급시설, 발사통제시스템 및 부대시설 등 의지상장비를 개발하고 제작, 구축 후 운용할 예정이다. 발사대는 조립타워, 발사패드, 엄비리칼 타워, 화염유도로 등으로 구성되며, 추진제 공급시설은 추진제를 공급, 배출 및 모니터링하는 설비들로 구성된다.
이들 지상장비들은 발사체의 여러 기계장치 그리고 전기, 전자장치와 인터페이스를 가지게 되며 발사체의 발사운용과정에 최적의 조건을 제공하여야 한다. 또한 우주센터에는 위성 시험동, 단별 조립동, 위험물 취급소, 고체 모터 동, 추진기관 시험동, 낙뢰방지시설 등의 부속 시설과 발사체의 비행정보를 수신하는 추적시스템인 추적레이다와 원격자료 수신장비 등의 설치를 위한 추적소, 그리고 발사운용에 따른 모든 시험 장치와 시설들을 통제하고 모니터링하는 임무 통제센터 (Mission Control Center)가 개발되어 운용될 계획이다. 우주발사체 발사를 위한 발사장 개발은 국내기술로 개발한 인공위성을 국내개발한 발사체에 실어 국내에 구축되는 발사장에서 발사 성공을 목표로 한다는 점에서 개발의 의의가 중요하고 크다고 할 수 있다.
구성품으로는 발사패드와 안전지역간의 이동을 위한 구동시스템과 발사체 총 조립, 점검, 시험 등의 작업을 수행하기 위해 운용자가 발사체에 접근이 용이하도록 발사체의 주요 작업 높이에 설치되는 Working Platform, 외부로부터 발사체의 각 단별 조립체를 조립타워 내부로 인양하기 위한 Overhead Crane, Trap Door 및 Folding Floor 등과 작업자의 층간 이동 용이성을 위한 Elevator, 조립 공구 및 검사 장비 사용을 위한 전원공급장치, 공압 공급설비 등이 운용상 편리하게 개발하여 구축될 예정이다.
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