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논문 상세정보

재사용 발사체 및 미래추진기관 기술발전 전망 및 방향

Technology Development Prospects and Direction of Reusable Launch Vehicles and Future Propulsion Systems

초록

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

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 prospects and direction of reusable launch vehicles and future propulsion systems of various countries are presented.

본문요약 

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문제 정의
  • LAPCAT-I 단계에서는 극초음속 비행체에 적용할 수 있는 TBCC 엔진과 RBCC 엔진 기술에 대해 연구하였다.

    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.

    본 논문에서는 위와 같이 진행되고 있는 현재 세계 각국의 재사용 발사체 및 미래추진기관에 대한 기술발전 전망과 방향에 대하여 소개하고자 한다.

  • 스카이론은 최대 200회의 재사용 비행, 고도 300km 까지 15톤의 화물을 배달할 수 있는 무인 재사용 우주왕복선 개발을 목적으로 하고 있다.

    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.

  • 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.

    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.

  • 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.

    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.

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질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PDE 엔진
PDE 엔진은 무엇인가?
데토네이션 파에 수반하는 압축 효과를 활용하는 엔진으로 램제트 엔진보다 큰 압력비와 비추력이 가능하여 해외에서도 연구가 활발히 진행되고 있는 엔진

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 발사체
재사용 발사체에서 내세우고 있는 장점은 무엇인가?
1회 발사에 약 1억 달러가 소요되는 기존 우주왕복선과 비교하여 낮은 발사비용을 장점으로 내세우고 있다.

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.

재사용 발사체 및 미래추진기관 분야의 국제적 경쟁력을 확보
우리나라가 재사용 발사체 및 미래추진기관 분야의 국제적 경쟁력을 확보하기 위해서 어떤 투자가 필요한가?
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.

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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참고문헌 (29)

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