[논문]액체로켓엔진 기술 전망

조원국; 하성업; 문인상; 정은환; 김진한

doi:10.5139/jksas.2016.44.8.675

액체로켓엔진 기술 전망
Perspective of Technology for Liquid Rocket Engines 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.44 no.8, 2016년, pp.675 - 685

조원국 (Korea Aerospace Research Institute) , 하성업 (Korea Aerospace Research Institute) , 문인상 (Korea Aerospace Research Institute) , 정은환 (Korea Aerospace Research Institute) , 김진한 (Korea Aerospace Research Institute)

초록
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액체로켓엔진의 향후 연구 분야를 제안하였다. 가스발생기 사이클 엔진은 고압화를 통한 다운사이징, 가격경쟁력 확보가 중요 이슈가 될 것이다. 다단연소 사이클 엔진 분야에서는 초고압 터보펌프 개발과 내산화성 소재 개발이 필요할 것으로 기대된다. 로켓엔진 시스템 해석기술 분야에서는 해석 시간절감을 위한 통합화 경향이 예상된다. 이외에도 비용절감을 위한 재사용이 가능한 부스터급 메탄엔진, 3D 프린터를 활용한 제작, 내열/내산화성 소재 개발 등이 주요 연구 주제가 될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A research area on liquid rocket engine has been suggested. Downsizing through combustion pressure rise and low price are major issues to gas generator cycle engines. A very high pressure turbopump and material against oxidizer rich environment may be necessary technologies for staged combustion cycle engines. Integrated analysis saving computing time is the trend of rocket engine systems analysis area. Other important research topics are the methane engine for reusable booster to reduce the cost, 3D printing and materials for high temperature or oxidizer rich environment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2 참조)[3]에 성공한 바 있다. 국내의 액체로켓엔진 개발은 가압식 엔진에서 시작하여 가스발생기 사이클 엔진으로 개발난이도를 높여가고 있으며 이에 본 문서에서는 보다 앞선 방식의 액체로켓엔진 기술을 고찰하고 차세대 액체로켓엔진의 개발 방향을 제안하고자 한다[6].
이중 화학반응을 이용한 로켓엔진은 추진제에 따라서 고체추진제와 액체추진제로 구분된다. 본 연구에서는 액체로켓엔진으로 범위를 한정하여 추진제 종류, 엔진 사이클, 해석, 소재/제작 분야에서 필요한 기술 대해서 고찰을 수행하였다.
화학로켓 엔진의 고성능화를 위한 기술 분야를 제안하였다. 가스발생기 사이클 엔진은 고압화를 통한 성능 향상과 가격경쟁력 확보가 중요할 것으로 판단된다.

대상 데이터

최초의 액체로켓엔진은 R.H. Godard 박사의 실험용 로켓 (1926)에 장착된 것으로 가솔린과 액체산소를 추진제로 사용하였다. 최초의 탄도미사일인 독일의 V2 (1942) (Fig.
Godard 박사의 실험용 로켓 (1926)에 장착된 것으로 가솔린과 액체산소를 추진제로 사용하였다. 최초의 탄도미사일인 독일의 V2 (1942) (Fig. 3[7] 참조)는 연료로 알콜과 물의 혼합물을 산화제로 액체산소를 사용하였다. 2차 대전 이후 미국과 구소련을 주도로 로켓 개발이 진행되었으며 탄도미사일 개발을 목적으로 한 것이 대부분이었다.

후속연구

LE-9은 업그레이드를 통해서 비추력이 감소한 예로써 로켓엔진의 성능이 비추력만으로 평가되지는 않는 다는 것을 알 수 있다. 로켓엔진은 추력, 비추력, 무게, 신뢰도, 외형크기, 개발비, 생산단가, 운용비용 등 수많은 공학적 그리고 비공학적 인자들을 종합적으로 판단해서 가치를 평가받게 될 것이다.
이 분야에 대한 국내의 수준은 이제 막 검토를 시작한 수준이다. 이렇듯 코팅은 소재 자체의 기본적인 특성에 특별한 기능을 추가할 수 있는 기술로 향후에도 다양한 부분에 대한 기술과 기능이 개발될 것으로 기대된다.
시스템 해석 기술은 통합 환경을 구현함으로써 소요시간 단축을 이룰 것이다. 이외에도 재사용을 위한 메탄엔진, 3D프린팅을 활용한 제작, 내열/내산화성 소개 기술 등이 주요 연구 주제가 될 것으로 판단된다.
그러나 정밀주조에 대한 국내 수요가 크지 않다 보니 발사체 분야에 꼭 필요한 기술임에도 불구하고 이에 대한 국내 수준은 높지 않은 편이다. 향후 부품 경량화와 가공비용 절감을 위해서 개선되어야 할 분야이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	처음 인류가 우주로 진출한 것은 언제인가?	지구와 우주의 경계를 통상 100 km로 생각하고 있다. 멀지 않은 거리지만 인류가 우주로 진출한 것은 1957년 구소련의 스푸트니크 1호 발사가 처음이다. 치올코프스키가 1898년 ‘로켓에 의한 우주 공간의 탐구’를 보고한 이래 수많은 종류의 우주추진 장치가 개발되었지만 엔진의 자중 이상 추력을 발생할 수 있는 엔진은 화학 로켓엔진 (추력/무게비 10-2~100)과 핵추진 엔진 (추력/무게비 10-2~30) 밖에 없다[1].
	엔진의 자중 이상 추력을 발생할 수 있는 엔진에는 무엇이 있는가?	멀지 않은 거리지만 인류가 우주로 진출한 것은 1957년 구소련의 스푸트니크 1호 발사가 처음이다. 치올코프스키가 1898년 ‘로켓에 의한 우주 공간의 탐구’를 보고한 이래 수많은 종류의 우주추진 장치가 개발되었지만 엔진의 자중 이상 추력을 발생할 수 있는 엔진은 화학 로켓엔진 (추력/무게비 10-2~100)과 핵추진 엔진 (추력/무게비 10-2~30) 밖에 없다[1]. 핵추진 엔진은 안전성 문제로 개발이 취소되었으므로 지구의 중력을 벗어나는 현실적인 방법은 화학 로켓엔진이 유일하다고 하겠다.
	빠르게 발사준비가 가능한 저장성 추진제를 주로 사용한 이유는 무엇인가?	3[7] 참조)는 연료로 알콜과 물의 혼합물을 산화제로 액체산소를 사용하였다. 2차 대전 이후 미국과 구소련을 주도로 로켓 개발이 진행되었으며 탄도미사일 개발을 목적으로 한 것이 대부분이었다. 이러한 이유로 빠르게 발사준비를 할 수 있는 저장성 추진제가 많이 사용되었다.

참고문헌 (32)

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https://en.wikipedia.org/wiki/BE-4
https://www.rocketlabusa.com/about-us/propulsion/

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