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우주비행기 열보호 시스템의 설계 및 개발 현황
Design and Development Status of a Thermal Protection System for a Spaceplane 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.3, 2018년, pp.79 - 85  

윤용식 (한국항공우주연구원) ,  최기혁 (한국항공우주연구원)

초록
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지구 재진입 비행체와 태양계 행성의 대기권 진입 비행체의 개발 요구가 증가하고 있다. 일반적으로 대기권 진입에는 대기 항력과 가열 환경이 동반하여 이에 따른 열보호 자재의 선정과 열보호 시스템의 설계와 적용이 매우 중요하다. 본 논문에서는 대기권 진입 환경과 우주 비행기의 열보호 자재의 종류와 특징을 고찰하였다. 그리고 우주비행기에 사용하는 열보호 시스템의 설계 및 활용 현황 등에 대하여 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The demand for the development of atmospheric entry vehicles, dealing with reentry and solar-system planet exploration, is increasing. Generally, atmospheric drag and heating accompany the entry into atmospheric air. Accordingly, the selection of the thermal protection materials and the design and a...

주제어

#지구 재진입   #대기 항력   #우주비행기   #우주비행체   #열 보호 시스템   #열보호 자재  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 다음에 재사용 TPM과삭마 TPM의 특징과 단열 과정을 고찰하고 TPM 및 TPS 설계를 위한 고려 사항과 모델링 방법 등도 고찰하였다. 그리고 여러 종류의 TPM 및 TPS에 대한 적용 및 활용 방법 그리고 개발 현황에 대해서도 기술하였다.
  • 본 논문에서는 대기권 진입의 극한 환경을 기술하고 대기권 진입 비행체에 사용되는 TPM의 선정 및 TPS의 설계 기법 그리고 그에 대한 적용 및 활용 등에 대하여 고찰하였다.
  • 본 논문에서는 대기권 집입 환경과 TPM 및 TPS의 설계 기법 그리고 TPM 및 TPS의 개발 현황 등에 대하여 고찰하였다. 또 대기권 진입에 따른 극초음속과 그에 수반되는 3000 K의 온도 환경 및 재진입 비행기의 운전 기법 등을 기술하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열 보호 자재(ThermalProtection Material, 이하 TPM)이란? 이와 같은 가혹한 유동 환경에 노출되는 비행체를 보호하기 위해 고도로 강화된 내열 재료로 비행체를 보호해야 한다. 이러한 열 보호 구조물을 열 보호 시스템(Thermal Protection System, 이하 TPS)라 하고TPS에 사용되는 소재를 열 보호 자재(ThermalProtection Material, 이하 TPM)이라 한다.
우주 비행체가 겪는 대기 항력(atmospheric drag)과 공기 역학적 가열 환경을 설명하시오 일반적으로 우주 비행체는 지구나 행성의 대기권을통과하면서 대기 항력(atmospheric drag)과 공기 역학적 가열 환경을 거치게 된다. 즉 우주비행체가 대기층을 통과하는 과정은 먼저 저밀도 공기층에서 감속한후 고밀도 공기층으로 자유 낙하하므로 빠른 속도로공기와 부딪치면서 1,100 ℃∼ 3,300 ℃ 이상의 고온으로 가열되며 이때 공기가 연소되지 않아 플라즈마화가 된다. 특히 대기권 진입에 따른 수천도의 온도 발생은 우주 비행체의 고속 비행으로 공기를 빠르게 밀쳐내어 그 충격파로 인한 단열압축 현상 때문이다.
대기권 진입에 따른 수천도의 온도 발생 원인은? 즉 우주비행체가 대기층을 통과하는 과정은 먼저 저밀도 공기층에서 감속한후 고밀도 공기층으로 자유 낙하하므로 빠른 속도로공기와 부딪치면서 1,100 ℃∼ 3,300 ℃ 이상의 고온으로 가열되며 이때 공기가 연소되지 않아 플라즈마화가 된다. 특히 대기권 진입에 따른 수천도의 온도 발생은 우주 비행체의 고속 비행으로 공기를 빠르게 밀쳐내어 그 충격파로 인한 단열압축 현상 때문이다. 이와 같은 가혹한 유동 환경에 노출되는 비행체를 보호하기 위해 고도로 강화된 내열 재료로 비행체를 보호해야 한다.
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참고문헌 (7)

  1. Boris Chertok, "Rockets and People", NASA History Series, 2006. 

  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_entry#cite_not e-4, 2018 

  3. G. H. Kim, "Spaceplane Concept Design and TPS Technology Introduction," KARI Seminar, June, 2017. 

  4. B. Laub and E. Venkatapathy, "Thermal Protection System Technology and Facility Needs for Demanding Future Planetry Missions," International Workshop on Planetary Probe Atmospheric Entry and Descent Trajectory Analysis and Science, Lisbon, Portugal, October 2003. 

  5. D. Curry, "Thermal Protection System Needs," The Boeing Company, November 2011. 

  6. E. Venkatapathy(Lead) and 90 Co-authors, "Thermal Protection System Technologies for Enabling Future Sample Return Missions," White Paper to the NRC Decadal Primitive Bodies Sub-Panel, NASA ARC, 2010. 

  7. E. Venkatapathy, B Laub, G.J. Hartman, J.O. Arnold, M.J. Wright, Jr. G.A. Allen, "Thermal Protection Systems Development, Testing, and Qualification for Atmospheric Probes and Sample Return Missions," JASR 9731, March 10, 2009. 

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