[논문]재사용 발사체 및 미래추진기관 기술발전 전망 및 방향

김춘택; 양인영; 이경재; 이양지

doi:10.5139/jksas.2016.44.8.686

재사용 발사체 및 미래추진기관 기술발전 전망 및 방향
Technology Development Prospects and Direction of Reusable Launch Vehicles and Future Propulsion Systems 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.44 no.8, 2016년, pp.686 - 694

김춘택 (Engine System Research Team, Korea Aerospace Research Institute) , 양인영 (Engine System Research Team, Korea Aerospace Research Institute) , 이경재 (Engine System Research Team, Korea Aerospace Research Institute) , 이양지 (Engine System Research Team, Korea Aerospace Research Institute)

초록
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과거 냉전시절의 우주개발은 성능이라는 목표에 초점이 맞추어져 있었다. 하지만 냉전 이후 경제성이 우주개발에 있어서 중요한 목표가 되었으며, 이러한 경제성을 확보하기 위한 중요한 수단으로 재사용 발사체에 대한 관심과 연구가 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이와 같이 진행되고 있는 현재 세계 각국의 재사용 발사체 및 미래추진기관에 대한 기술발전 전망과 방향에 대하여 소개하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

During the Cold War, all space developments were focused on the performance only. However economy becomes more important for space development after the Cold War. There is a growing interest in reusable launch vehicle to secure the economic feasibility. In this paper, technology development prospect...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2005년부터 2008년 4월까지 1단계인 LAPCAT-I이 진행되었으며 2008년 10월부터 LAPCAT-II가 진행되고 있다. LAPCAT-I 단계에서는 극초음속 비행체에 적용할 수 있는 TBCC 엔진과 RBCC 엔진 기술에 대해 연구하였다.
본 논문에서는 위와 같이 진행되고 있는 현재 세계 각국의 재사용 발사체 및 미래추진기관에 대한 기술발전 전망과 방향에 대하여 소개하고자 한다.
스카이론(Skylon)은 영국 리액션 엔진사의 단단 궤도진입 발사체로 공기 흡입식 복합사이클 로켓추진 엔진인 SABRE(Synergistic AirBreathing Rocket Engine)를 추진시스템으로 장착한다. 스카이론은 최대 200회의 재사용 비행, 고도 300km 까지 15톤의 화물을 배달할 수 있는 무인 재사용 우주왕복선 개발을 목적으로 하고 있다.
하단을 재사용하고 상단은 소모성으로 하되 하단의 역할을 크게 하고 상단의 크기를 줄이고자 하는 연구 개발 추세도 있다. 예로서 2011년에 시작된 ALASA(airborne launch assist space access) 프로그램은 45 kg의 초소형 위성을 발사 1회 당 비용을 100만 달러 이내로 하는 것을 목적으로 한다. 이에 대해 보잉은 스크램제트 엔진을 사용하여 소형 위성의 발사 단가를 획기적으로 줄일 수 있는 SLV(small launch vehicle)를 제안하였다.
2005년 JAXA는 JAXA 비전을 발표하였다[27]. 이에 따르면 JAXA는 2025년까지 재사용 발사체 기술을 확립하여 유인 재사용 수송 시스템 개발의 기초를 마련하며, 국제 공동 협력으로 초음속 유인 수송기를 개발하고 극초음속 비행기 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위하여 JAXA는 RBCC 엔진과 TBCC 엔진을 동시에 연구하고 있다.

제안 방법

예로서 2011년에 시작된 ALASA(airborne launch assist space access) 프로그램은 45 kg의 초소형 위성을 발사 1회 당 비용을 100만 달러 이내로 하는 것을 목적으로 한다. 이에 대해 보잉은 스크램제트 엔진을 사용하여 소형 위성의 발사 단가를 획기적으로 줄일 수 있는 SLV(small launch vehicle)를 제안하였다. 이 비행체는 3단으로 구성되어 1단은 마하 4.

대상 데이터

이에 대해 보잉은 스크램제트 엔진을 사용하여 소형 위성의 발사 단가를 획기적으로 줄일 수 있는 SLV(small launch vehicle)를 제안하였다. 이 비행체는 3단으로 구성되어 1단은 마하 4.5까지, 2단은 마하 10까지 가속하는 공기흡입 추진기관이며 3단은 고체 로켓이다. 이러한 개념은 이후 보잉의 F-15E에 발사체를 장착하여 발사하는 개념으로 전환된 것으로 판단된다[19].

이론/모형

본 프로젝트에서 개발하고 있는 SABRE 엔진은 LACE(Liquid Air Cycle Engine) 엔진에서 파생된 엔진으로 1980년대 중단된 영국의 SSTO 프로젝트 HOTOL(Horizontal Take-Off and Landing)에서 제시된 설계를 기본으로 하였다.

후속연구

이를 위해서는 현재 로켓 부분에 비해 상대적으로 기술 확보가 더딘 공기흡입형 추진기관 부분에 대한 투자 확대가 필요하다. 다만 재사용 발사체는 실용화 단계까지 오랜 기간 많은 투자가 필요하므로 우선은 공기흡입형 추진기관 기술을 민간 부분과 군사 부분이 공용할 수 있는 기술로서 개발한다면 요소 기술을 조기에, 경제적으로 확보하는 데 도움이 될 것으로 판단된다. 이러한 예는 미국의 X-51 프로그램에서도 찾아볼 수 있다.
SSTO 비행체에는 RBCC 엔진을 사용하여야 한다. 앞서 기술한 것처럼 이러한 복합추진기관 기술은 공기흡입 극초음속 추진기관 기술과 병행하여 개발하는 것이 필요하다.
우리나라의 경우 현재 발사체용 로켓 기술에 대한 완전한 국산화를 추진하고 있으므로, 이를 기반으로 공기흡입형 추진기관인 램제트 및 스크램제트 엔진 기술을 융합한 복합추진기관을 사용하는 SSTO 혹은 TSTO를 개발한다면 재사용 발사체 및 미래추진기관 분야의 국제적 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
현재 국내에서는 모든 우주개발 역량이 발사체 및 달탐사에 집중되고 있는 실정이다. 이들 계획 이후에 지속적으로 우주강국으로 도약하기 위한 일환으로 재사용 발사체 및 미래 추진분야에 대하여 세계적인 연구동향 및 우주개발 중장기 계획을 고찰하고 우리의 상황에 맞는 중장기 로드맵을 수립하여 지속적으로 연구하는 것이 필수적이라고 판단된다. 아래에는 이상과 같은 연구를 통하여 도출한 중장기 로드맵 제안 사항을 기술하였다.
이상과 같은 재사용 발사체 및 미래추진기관 개발 로드맵을 바탕으로 국가적인 역량을 결집한다면 앞으로의 우주 개발 시대를 선도할 수 있는 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PDE 엔진은 무엇인가?	PDE 엔진은 데토네이션 파에 수반하는 압축 효과를 활용하는 엔진으로 램제트 엔진보다 큰 압력비와 비추력이 가능하여 해외에서도 연구가 활발히 진행되고 있는 엔진이다. 데토네이션 파를 주기적으로 생성하여 추력을 생성하며, 정지상태에서도 데토네이션 발생이 가능하여 지상에서부터 추력발생이 가능한 극초음속 기관이다.
	재사용 발사체에서 내세우고 있는 장점은 무엇인가?	차세대 엔진인 세이버(SABRE)를 장착한 스카이론은 이륙 후 초음속으로 가속 후 지구저궤도로 진입할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 이러한 재사용 발사체들은 1회 발사에 약 1억 달러가 소요되는 기존 우주왕복선과 비교하여 낮은 발사비용을 장점으로 내세우고 있다. 스페이스 X사는 팔콘 엔진을 통하여 발사비용을 회당 5천만 달러까지 낮출 수 있을 것으로 예상하고 있으며, 리액션 엔진사에서는 세이버 엔진을 통하여 스페이스 X보다 낮은 금액인 1천만 달러까지 발사비용을 줄일 수 있을 것으로 예상하였다.
	우리나라가 재사용 발사체 및 미래추진기관 분야의 국제적 경쟁력을 확보하기 위해서 어떤 투자가 필요한가?	이를 위해서는 현재 로켓 부분에 비해 상대적으로 기술 확보가 더딘 공기흡입형 추진기관 부분에 대한 투자 확대가 필요하다. 다만 재사용 발사체는 실용화 단계까지 오랜 기간 많은 투자가 필요하므로 우선은 공기흡입형 추진기관 기술을 민간 부분과 군사 부분이 공용할 수 있는 기술로서 개발한다면 요소 기술을 조기에, 경제적으로 확보하는 데 도움이 될 것으로 판단된다. 이러한 예는 미국의 X-51 프로그램에서도 찾아볼 수 있다.

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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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