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III. 연구개발수행 내용 및 결과
고성능 소형위성의 발사기회를 분석한 결과 소형위성은 아직까지 대형 발사체를 활용한 Ride share (Hitch a Ride； Piggyback) 로 궤도에 가고 있으나, 적정 시간과 적정 궤도간 불일치 발생 시 비용효과성을 확보하기 어려운 문제가 남아있다. 이에 따라 소형위성에 적합한 전용 발사에 대한 요구가 증가했다. 국내에서 발사서비스 산업의 생태계를 활성화 하려면 소형위성에 적합한 발사체의 성능 실증과 주기적 발사를 통한 신뢰성 확보, SI 전문기업과 우주기술기업간의 Joint Ve

III. 연구개발수행 내용 및 결과
고성능 소형위성의 발사기회를 분석한 결과 소형위성은 아직까지 대형 발사체를 활용한 Ride share (Hitch a Ride； Piggyback) 로 궤도에 가고 있으나, 적정 시간과 적정 궤도간 불일치 발생 시 비용효과성을 확보하기 어려운 문제가 남아있다. 이에 따라 소형위성에 적합한 전용 발사에 대한 요구가 증가했다. 국내에서 발사서비스 산업의 생태계를 활성화 하려면 소형위성에 적합한 발사체의 성능 실증과 주기적 발사를 통한 신뢰성 확보, SI 전문기업과 우주기술기업간의 Joint Venture 등 산업화 전략의 수립, 우주 전문 펀드 조성을 통해서 위성 제작비용을 확보하는 자금조달 방식의 개발, 시험 인프라 공동 활용 촉진을 위한 법제도적 마련이 동시에 이루어질 필요가 있다.

New Space 시대에 새롭게 각광받고 있는 3D 프린팅으로 알려진 적층 제조(Additive Manufacturing, AM) 방법으로 전기펌프 메탄 엔진의 핵심 제품인 연소기를 제작할 수 있는지 검토하고 AM으로 기존 방식으로 설계된 연소기의 제작비용을 줄일 수 있는지 검토하여 그 결과를 요약해서 제시하고 관련 기술적 내용은 부록으로 별첨하였다.

소형발사체 상단 엔진은 그 추력 수준이 3-4톤 급으로 새롭게 개발할 필요가 있으며, 이를 빠른 일정과 저비용으로 현실화하기 위해서 우크라이나의 FireFly Aerospace Ukraine(이하 FFAU) 와의 국제공동협력으로 예비설계 검토회의를 진행하였고 그 결과를 요약해서 제시하고 관련 기술적 내용은 부록으로 별첨하였다.

뉴스페이스 시대를 대표하는 미국 로켓 벤처 기업의 도전, 현재와 미래 발사체에 대한 전반적인 조망, AM 기술에 대한 포괄적인 학습 등을 위한 단기 강좌를 기획하여 진행하였고, 이 강좌에는 연구원뿐만 아니라 산업체와 학계에서도 참여할 수 있도록 추진하였다.

이번 기획연구에서는 국내 우주분야 1세대들이 연구원에 대부분 남아있는 상황을 고려해서 연구원 내부의 전문가를 모시고 소형위성과 지상국, 메탄 연소기 개발과 시험설비, 전기펌프 소개, 발사체 비용 분석, Spacex의 위성-발사체 패키지 접근방식, 다단엔진 분야의 국제협력 상황, 아마존 지상국 공유 사업, 중국의 상용 우주 프로그램에 관한 세미나를 수행했다. 실제로 소형발사체 개발 중인 대표기업 버진 오빗(사)를 초대해서 그들의 가치 제안에 관해서 토론하는 기회를 마련했다.

본 기획연구에는 다양한 배경지식을 지닌 연구자들이 참여했기 때문에 소형발사체 개발에 관해서 각기 다른 전략과 의견을 교환할 기회를 마련하였다. 한국추진공학회 추계학회에서 뉴스페이스 관련 특별세션을 마련하여 그간의 기획연구 결과를 공유하였고, 소형위성 및 활용 측면에서 발사서비서의 필요성과 요구조건을 들어볼 기회를 마련하고자 연구원 내의 전문가와 관련기관을 초대하여 패널 토론을 수행하였다.

해외 우주수송시스템 트렌드 변화를 조사하기 위해서 미국 Space Tech Expo에서 논의된 공공-민간 협력, 심우주 탐사를 위한 국제협력, 적층제작기법, 저궤도 소형 군집위성 운용을 위한 통신 기술 및 지상국 운용 소프트웨어 기슬과 유럽 Space Tech Expo에서 논의된 소형위성 (SmallSat) 특별 세션 그리고 중국 우한시에서 열린 상용 우주 포럼의 참가 후기 등 을 요약해서 제시하였다.

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• 목차 ... 10
• 제1장 서론 ... 13
• 제1절 연구개발의 목적 ... 13
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 14
• 1. 연구개발의 과학기술, 사회경제적 중요성 ... 14
• 제3절 연구개발의 범위 ... 17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제1절 우주수송 분야 기술개발 현황 ... 18
• 1. 현재 운용 중인 발사체 ... 18
• 2. 현재 개발 중인 발사체 ... 19
• 제2절 적층 제조 분야 기술개발 현황 ... 20
• 1. 미국 AM 연소기 개발 동향 ... 20
• 2. 유럽 AM 연소기 개발 동향 ... 21
• 3. AM 터보펌프 개발 동향 ... 22
• 4. 국내 엔진 부품 개발의 AM 활용 ... 23
• 제3절 메탄 엔진 분야 기술개발 현황 ... 24
• 1. 메탄 엔진의 장점 ... 24
• 2. 러시아의 메탄 엔진 개발 ... 25
• 3. 최근 메탄 엔진 개발 ... 25
• 4. 국내 상단용 메탄 엔진 개발의 고려 사항 ... 26
• 제4절 상단 시스템 분야 기술개발 현황 ... 27
• 1. 정밀 가공 기법 ... 28
• 2. 고효율 용접 기법 ... 28
• 3. 피로 수명을 고려한 제품 설계 ... 28
• 4. 배관 조합체 경량화 ... 29
• 5. 상단 구조의 최적화 ... 30
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
• 제1절 New Space 시대의 우주수송 전략 ... 32
• 1. 소형위성 시장의 성장 ... 32
• 2. 소형위성 발사 서비스 의미와 시장 동향 ... 33
• 3. 국내 소형위성 발사 서비스 발전을 위한 전략적 고려사항 ... 35
• 제2절 엔진 핵심부품의 AM 제작기법 ... 36
• 1. AM을 이용한 연소기 부품 제작 ... 36
• 제3절 AM 제작 기반 3톤급 엔진시스템 예비설계 ... 40
• 1. AM 제작 기반 3톤급 엔진 스킴 ... 40
• 2. AM 제작 기반 3톤급 연소기 예비설계 ... 42
• 3. AM 제작 기반 3톤급 터보펌프 예비설계 ... 43
• 4. AM 제작 기반 3톤급 엔진 제어용 밸브들 예비설계 ... 44
• 제4절 단기 강좌 기획 ... 45
• 1. 메탄 액체로켓 엔진 기초 및 설계 ... 45
• 2. 발사체 선정, 설계와 성능, 활용에 관한 교육 (Launch Vehicle Selection, Design, Performance and Use) ... 47
• 3. MIT AM online 강좌 ... 50
• 제5절 자체 세미나 개최 ... 53
• 1. 원내 자체 세미나 개최 목록 ... 53
• 2. LaucherOne Monica Jan과의 질의 응답 정리 ... 54
• 제6절 전략회의 발표내용 및 회의록 ... 59
• 1. 발표내용 #1 (박정호, 정호진 발표) ... 59
• 2. 발표내용 #2 (임석희 발표) ... 62
• 3. 발표내용 #3 (박순영 발표) ... 63
• 4. 발표내용 #4 (박재성 발표) ... 65
• 5. 발표내용 #5 (최영인 발표) ... 66
• 6. 발표내용 #6 (이기주 발표) ... 68
• 7. 토론회 후기 ... 68
• 제7절 추진공학회 특별세션 초록 및 발표내용 ... 69
• 제8절 New Space 기슬 동향 조사 ... 89
• 1. Space Tech Expo(USA) ... 89
• 2. International Space Development Conference(ISDC) ... 115
• 3. Space Tech Eepo(Europe) ... 117
• 4. China [International] Commercial Aerospace Forum (CCAF) ... 120
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 124
• 제1절 연구개발목표 및 수행 평가 ... 124
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 127
• 제1절 연구개발 결과 활용 방안 ... 127
• 제2절 우주기술 개발 사업간 연계 활용 방안 ... 128
• 부록1. 뉴스페이스 시대 우주수송의 경제성 및 상업화 방안 ... 131
• 부록2. AM 제작 기반 3톤급 엔진시스템 예비설계 ... 213
• 부록3. 적층제조를 이용한 로켓엔진 부품 제작 ... 237
• 끝페이지 ... 272