[논문]액체 추진기관 기술 동향

이태호; 이창환

doi:10.6108/kspe.2013.17.5.132

액체 추진기관 기술 동향
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한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.17 no.5, 2013년, pp.132 - 139

이태호 (ReSeat Program, Korea Institute of Science and Technology Information) , 이창환 (Informetrics Research Team, Korea Institute of Science and Technology Information)

초록
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액체 추진제 로켓이 큰 추력과 특히 무게 대비 추력 때문에 세계적으로 널리 사용되고 있다. 액체 추진기관은 기계적으로 복잡한 시스템이지만 발사 성공률은 고체 추진기관과 거의 비슷하게 나타나고 있다. 일반적으로 액체추진기관은 성숙된 기술이지만, 우주 탐험에 대한 새로운 관심은, 추력과 수명요구의 다양성에 따른 생산과 사용의 간편성, 그리고 설계 마진 등을 갖는 새로운 엔진 종류의 개발을 필요로 하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Liquid-propellant rocket engines are widely used all over the world, thanks to their high performances thrust, in particular high thrust-to-weight ratio. The sucess rate of the launching of the liquid propulsion is similar to the solid one even though it has more complex mechanical system. In general, liquid propulsion is seemed as a mature technology, the requirements of a renewed interest for space exploration has led to the development of a family of new engines, with more design margins, simpler to use and to produce associated with a wide variety of thrust and life requirements.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 새로 출범하는 정부에서는 2020년 대 초에 달 탐사를 목표로 하고 있다. 이러한 상황에서 세계 여러 나라의 발사체 기술 동향, 특히 액체 추진기관의 기술 동향을 조사하여 향후 우리나라의 연구개발에 참조가 되기를 기대하며 본 조사를 수행하였다.

제안 방법

연마된 냉각 채널을 갖고 있는 구리 내벽이 니켈 구조 재킷과 연결되도록 하는 것이다. 액체산소/액체수소의 MBB/Rocketdyne 합작 프로젝트에 이 획기적인 기술을 적용하였고, 이 재생 냉각 기술이 Ariane 1-4 발사 3단의 HM7 엔진에, 후에 VULCAIN,AESTUS와 VINCI에 사용하였다. 프랑스의 Snecma가 주도적 역할을 하고 있다 [18].

대상 데이터

2006년 NASA는 Ares I과 V의 상단 조립을 Boeing 회사에, 설계는 Pratt &Whitney Rocketdyne을 선정하여 J-2X 엔진의 개발과 시험을 하였다. Ares V의 부스터는 현재 Delta IV발사체에 사용 중인 RS-68 극저온 엔진의 개량형을 사용할 것이다. 또 NASA에서 달 탐사의 하강 단에 수소 펌프 공급(pump-fed) 성능 급의 엔진 필요를 인지하고, 두 가지 선행 연구를 수행 중인데, CECE(common extensible cryogenic engine) 프로그램에 의한 큰 교축 기술을 Pratt &Whitney Rocketdyne에서, 그리고 Northrop Grumman은 핀틀 분사 기술을 통한 LOX/수소 추진을 기초로 한 교축 기술을 추구 중이다.
이런 추진제 연료를 특성상 석유(petroleum) 계열, 극저온(cryogen), 자연 발화 연소성 연료인 접촉 발화성 추진제(hypergol)로 구분하기도 한다[6,8]. 석유는 원유를 정제한 것이거나 탄화수소의 복합 혼합물인데, RP-1로 불리는 정제된 등유(kerosine)가 미국에서 사용되었고, 산화제로는 액체 산소를 사용하였다. 등유는 극저온 연료 보다는 낮은 비추력을 나타내고 있으나, 일반적으로 접촉 발화성 추진제보다는 좋다.
미국에서는 액체 산소와 RP-1을 사용한 추진제가 Atlas와 Delta II 발사체의 1단 부스터에 사용되었고, Saturn 1B와 Saturn V 로켓 1단에도 사용하였다[8,12]. 액체 산소/액체 수소의 추진제가 우주 왕복선 주 엔진에 사용되었고, SaturnV와 Saturn 1B의 상단에, Centaur 상단에도 적용되었다. 1960년대 초에 프랑스에서는 액체 산소/액체 수소의 극저온 추진제를 사용하여 HM4를, 러시아에서는 RD 56과 57을 개발하였다.
그리고 IRFNA/UDMH는 미 육군의 전술 미사일 Lance(1972-91)에 사용되기도 하였다. 유럽에서 적용된 저장성 추진제 계열의 로켓은 탐사 로켓(sounding rocket) Veronique와 Vesta, 그리고 Diamant 발사체 1단 사용한 엔진으로 Vexin(질산과 테레빈유)과 Valois(N₂O₄와 UDMH)가 있고 Europa 발사체 2단에 프랑스에는 개발한 Coralie, 독일에서 설계한 3단의Astris도 저장성 추진제를 사용하였다. 또 현재 EADS Astrium St에서 적용한 Ariane 5 상단의AESTUS는 NTO/MMH를 사용하고 있다.
한편 이러한 로켓 개발에서 가스 발생기를 사용하여 큰 압력의 엔진을 개발하기 시작하였는데, 실제로는 여러 단(staged)으로 구성하여 해결하였다. 초기에 단 연소는 독일 MBB (Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh)와 러시아에서 수행하였다. 1960년대 말기에 독일 Ottobrunn의 MBB에서 고 압력 연소실을 설계할 수 있는 새로운 기술을 개발하였다.

성능/효과

그 뒤가 미국으로 1400회를 상회하고 있다. 자료 중에 2회 이하 발사국인 영국, 브라질, 호주,등을 제외하면, 인디아, 이스라엘은 성공률이 60%대이어서 개발 중에는 성공률이 낮음을 간접적으로 추론할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하이드라진(hydrazine)과 질산의 결합과 같은 저장성 추진제의 장점은 무엇인가?	발사체용 추진기관에 사용하는 액체 추진제는 중력 가속도를 이겨내는 큰 추력과 함께 추진제 질량을 줄이기 위해 비추력이 커야한다. 우주 발사체용으로 사용하는 것은 우주에서 사용하는 추진시스템에 비하면 단시간의 추력과 큰 비추력을 고려하여, 극저온(cryogenic) 추진제가 선호되고, 비 우주 응용에 적용하는 것은 하이드라진(hydrazine)과 질산의 결합과 같은 저장성 추진제가 이용되는데 이것은 발사 준비시간이 수 분에서 수 시간으로 짧은 것이 이점이다. 우주선 추진제는 신뢰성과 장기간(수 년)의 임무 수명을 고려하여 저장성과 자동 점화성(hypergolic) 특성을 갖고 있다[4-6].
	우주 발사체용과 비 우주 응용에 적용하는 추진제는 각각 무엇인가?	발사체용 추진기관에 사용하는 액체 추진제는 중력 가속도를 이겨내는 큰 추력과 함께 추진제 질량을 줄이기 위해 비추력이 커야한다. 우주 발사체용으로 사용하는 것은 우주에서 사용하는 추진시스템에 비하면 단시간의 추력과 큰 비추력을 고려하여, 극저온(cryogenic) 추진제가 선호되고, 비 우주 응용에 적용하는 것은 하이드라진(hydrazine)과 질산의 결합과 같은 저장성 추진제가 이용되는데 이것은 발사 준비시간이 수 분에서 수 시간으로 짧은 것이 이점이다. 우주선 추진제는 신뢰성과 장기간(수 년)의 임무 수명을 고려하여 저장성과 자동 점화성(hypergolic) 특성을 갖고 있다[4-6].
	액체 추진제를 사용한 시스템을 사용한 최초 우주 발사체는 무엇인가?	액체 추진제를 사용한 시스템이 나타난 것은 로켓 개척 시기인 1926년에 Robert Goddard에 의해서 처음 등장하였고, 그 후 1940년대에 Von Braun과 그의 동료들에 의하여 탄생한 일명 A-4라고도 알려진 V-2 로켓이 있다. 그리고 진정한 의미의 최초 우주 발사체인 소련의 Sputnik 1이 1957년에 발사되었다. 이후 미국, 유럽 등에서 활발한 연구 개발이 일어나 Titan, Delta, Atlas,Ariane 등이 나타났다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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