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나로호와 한국형발사체를 연계한 달탐사 발사체 개념설계

Conceptual Design of a Launch Vehicle for Lunar Exploration by Combining Naro-1 and KSLV-II

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.42 no.8, 2014년, pp.654 - 660  

양원석 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University) ,  김소연 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University) ,  최정열 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University)

초록
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본 논문에서는 달 탐사위성을 위한 발사체로 한국형발사체(KSLV-II)와 나로호(KSLV-I)를 이용한 새로운 발사체에 대한 개념 연구를 수행하였다. 달 궤도 진입은 300 km 저고도에서 TLI를 수행해야 하므로 발사체의 목표성능을 한국형발사체와 동일하게 300 km 저고도에 2.6 ton의 물체를 올려놓을 수 있도록 설정하였다. 본 연구에서 제안하는 발사체는 나로호의 1단부와 한국형발사체의 2-3단부를 결합한 형태로서 검증된 발사체를 이용함으로써 기존의 한국형발사체에 비해 개발기간을 단축시킬 수 있고 발사체의 선택의 폭을 ?힐 수 있는 장점이 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a conceptual design of a launch vehicles is proposed by combining Naro-1 and KSLV-II. For trans-lunar injection (TLI) to lunar orbit at 300 km LEO, the target performance is defined same as that of KSLV-II, which delivers an object of 2.6 tons into 300 km LEO. The proposal launch vehi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 당초 2021년 발사체 개발과 2025년 달 착륙선 계획에 비추어 이 계획은 상당히 도전적인 과제라고 할 수 있을 것이다. 따라서 본 논문에서는 개발기간을 크게 단축시키면서 검증된 신뢰성을 확보할 수 있는 달 탐사 발사체 개념으로서 한국형발사체(KSLV-II)의 2,3단과 나로호(KSLV-I)의 1단을 연계하는 방안을 제시하고자 한다.
  • 새 정부의 국정과제로 제시된 달탐사 계획의 일정을 충족시키기 위하여 한국형발사체 계획과 나로호 사업을 연계한 달 탐사 발사체 개발 방안을 제시하였다. 한국형발사체 사업에서 순차적으로 먼저 개발되는 3단과 2단을 활용하고 기존에 검증된 나로호 발사체의 1단을 활용함으로써, 한국형발사체 사업의 완료 이전에 한국형발사체와 동등 혹은 그 이상의 발사 능력을 가지는 신뢰성 있는 달 탐사 발사체를 개발할 수 있을 것으로 여겨진다.

가설 설정

  • 액체로켓을 부스터로 활용할 경우, 75톤급 엔진을 발사체 양쪽에 장착하여 총 320 ton의 추력을 발생시킨다. Table 2의 성능표에서 액체로켓 부스터의 성능은 한국형발사체의 2단부 성능을 참고하여 연료량을 줄인 형태로 가정하였다. 다만 액체 로켓부스터는 지상용 노즐을 사용해야 하므로 비추력은 297 s 이다.
  • 고체로켓부스터를 활용하는 방안으로써, 나로호 2단으로 이용된 20톤급 고체 기술을 이용하여, 8개의 Strap-on 부스터를 장착하는 경우를 가정하였다. 이 경우 총 373 ton의 추력을 가지므로 한국형발사체의 추력을 크게 상회하며, 필요에 따라 부스터의 수를 조절하여 발사 추력의 크기를 조절할 수 있다.
  • 계산에 앞서 비교적 간단한 계산을 위해 몇 가지 가정을 하였다. 먼저 추진제 유량은 고도상승에 관계없이 일정하도록 가정하였고 관성 비행은 없다고 가정하였으므로 각 단의 분리 후 다음 단의 점화까지의 시간은 생략하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
장기적으로 우주자원 선점의 기반이 되는 것은? 달 탐사는 발사체와 인공위성으로 대표되는 우주과학기술을 향상시키고 국가의 위상과 국민의 자긍심을 고취시키며 장기적으로 우주자원 선점의 기반이 된다. 국제적으로 달 탐사는 1957년 소련이 최초의 인공위성을 발사한 직후인 1958년부터 시작되었으며 역사적인 아폴로 계획 이후로 달 탐사 계획이 중단되었다가, 1994년 미국의 클레멘타인을 시작으로 루나프로스펙터, LRO등 달 탐사가 새로이 시작되고 있다.
국제적으로 달 탐사는 언제 되었는가? 달 탐사는 발사체와 인공위성으로 대표되는 우주과학기술을 향상시키고 국가의 위상과 국민의 자긍심을 고취시키며 장기적으로 우주자원 선점의 기반이 된다. 국제적으로 달 탐사는 1957년 소련이 최초의 인공위성을 발사한 직후인 1958년부터 시작되었으며 역사적인 아폴로 계획 이후로 달 탐사 계획이 중단되었다가, 1994년 미국의 클레멘타인을 시작으로 루나프로스펙터, LRO등 달 탐사가 새로이 시작되고 있다. 일본은 1990년 기술실증 위성인 히텐을 달에 보내 달 탐사에 성공하였으며, 또한 2007년 아폴로 계획이후 가장 큰 규모의 탐사로 셀레네 위성을 보냈다.
인도는 어떤 위성으로 달 탐사를 하였는가? 중국은 2007년 창어-1을 달에 보내며 달 탐사의 막을 열었다. 인도는 3차원 고해상도 지도 제작이 가능한 찬드라얀-1 위성을 달에 보내는데 성공하였다[1-3].
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참고문헌 (16)

  1. Lee, G. H., Yoo, M. J., Kim, S. K., and Lee, S. R., "Current Development Status of Propulsion System for Foreign Lunar Orbiter," Proceeding of the 2009 KSAS Fall Conference, 2009, pp.1157-1160. 

  2. "National Long-Term Space Development Plan," Ministry of Science, ICT and Future Planning, Nov. 2013. 

  3. Choi, N. M., Yong, S. S., Ju, G. H., Lee, S. R., and Sim, E. S., "Validity and Mission of Korean Lunar Exploration," Proceeding of the 2008 KSAS Fall Conference, 2008, pp.1288-1291. 

  4. "National Space R&D Roadmap," Ministry of Education, Science and Technology, Nov. 2011. 

  5. Receptive Committee of the 18th Presidency, "Administrative Goals," Cheongwadae, Feb. 2013, pp.50. 

  6. Park, T. H., "Development Status and Plan of Korea Space Launch Vehicle II," Proceeding of the 2011 KSPE Fall Conference, 2011, pp.6. 

  7. Song, E. J., Park, C. S., Cho, S. B., Noh, W. R., JU, K. H., Choi, N. M., and Lee, S. R., "Mission Design for a Lunar Orbiter Launched by KSLV-II," Proceeding of the 2008 KSAS Fall Conference, Vol. 2, 2008, pp.1311-1316. 

  8. Kim, H. D., Ju, K.H., Choi, K. H., Lee, S. R., and Sim, E. S., "Mission Design Considerations for a Lunar Orbiter," Proceeding of the 2008 KSAS Fall Conference, 2008, pp.1297-1300. 

  9. Lee, S. R., "Direction of Technology Development for Korea Lunar Exploration," KSAS Magazine, Vol. 1, No. 3, 2009, pp.51-57. 

  10. Kim, S. J., "An Introduction to the Space Technology Development through NARO Space Launch Vehicle," Proceeding of the 2012 KSPE Fall Conference, 2012, pp.3. 

  11. Weihs, H., Longo, J., and Turner, J., "The Sharp Edge Flight Experiment SHEFEX II, a Mission Overview and Status," AIAA 2008-2542. 

  12. Noh, W. R., Cho, S. B., Sun, B. C., Choi, K. S., Jung, D. W., Park, C. S., Oh, J. S., and Park, T. H., "Mission and System Design Status of Korea Space Launch Vehicle-II succeeding Naro Launch Vehicle," Proceeding of the 2012 KSAS Fall Conference, 2012, pp.233-239. 

  13. Oh, B. S., Lee, J. H., Roh, W. R., Joh, M., Park, J. J., Cho, G. R., "The Conceptual Design of Launch Vehicle," Journal of Korean Society for Aeronautical and Space Science, 2002, pp.130-141. 

  14. Sutton, G. P., and Biblarz, O., Rocket Propulsion Elements, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2010, pp.110-153. 

  15. Yang, W.-S., Choi, J.-Y., "Performance Analysis of KSLV-II Launch Vehicle with Liquid Boosters," Journal of Korean Society for Aeronautical and Space Science, Vol. 42, No. 7, 2014, pp.544-551. 

  16. "Main Contents and Expectation of Korea-US New Missile Guideline," Policy Newsletter of Cheongwadae, Vol. 135, Oct. 2012. 

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