초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
재사용발사체 개념설계 및 비교는 케로신/메탄/수소를 연료로 사용하는 3종의 재사용발사체를 구성하여, SS) 700 km에 1.8톤∼ GTO 2.5 톤 투입이 가능하도록 하였으며, 나로우주센터에서 발사하고 발사지점으로 착륙하는 경우와 드론쉽 착륙의 가능성을 확인하였다.

해외 미래발사체로 프랑스, 미국, 독일, 일본 등에서 국가기관과 민간에서 수행하는 소형 FORG부터 Falcon9에 이르는 재사용발사체를 조사하였고, 이 중 우리나라 상황에 맞는 3톤급 비행체 개발을 목표로 수직이착륙 시연이 가능하도

Ⅳ. 연구개발결과
재사용발사체 개념설계 및 비교는 케로신/메탄/수소를 연료로 사용하는 3종의 재사용발사체를 구성하여, SS) 700 km에 1.8톤∼ GTO 2.5 톤 투입이 가능하도록 하였으며, 나로우주센터에서 발사하고 발사지점으로 착륙하는 경우와 드론쉽 착륙의 가능성을 확인하였다.

해외 미래발사체로 프랑스, 미국, 독일, 일본 등에서 국가기관과 민간에서 수행하는 소형 FORG부터 Falcon9에 이르는 재사용발사체를 조사하였고, 이 중 우리나라 상황에 맞는 3톤급 비행체 개발을 목표로 수직이착륙 시연이 가능하도록 서브시스템별로 무게 할당을 하고 모델링을 구현하였다. 공력핀을 이용한 재사용 발사체 1단의 유도제어 최적화를 위해 공력계수 CFD 해석, 하중 해석을 수행하였고, 이를 토대로 구조경량화를 수행할 수 있었다. 또한 공력핀을 가지는 발사체의 공력 해석을 수행하고, 공력핀 기반 G&C 최적화 연구 절차를 수립하였다.

또한 위성고객 수요에 대응할 수 있도록 다양한 위성 다중탑재 형태와 분리개념을 토대로 위성 베이형상과 위성배치/분리 관련 선행특허를 조사하여 국내에 등록된 선행특허를 회피하는 방안을 도출하였다. 삽입형베이와 기둥형베이의 자중, 응력, 중력가속도 및 모달해석을 통해 최대 변위가 설계요구조건을 만족시키는 범위 내에 있음을 확인하였고, 스마트글라스를 활용한 VR 다중위성 분리를 시연하였다.

적층제조의 경우 SLM(Selective Laser Melting) 방식 동합금 소재의 1톤급 메탄 연소기 및 점화기를 개발하였고, CT 촬영으로 실린더 및 노즐부위의 적층제작 균일성을 확인한 후 점화기 연소시험 및 단일인젝터 연소시험을 성공적으로 수행하였다. 점화 플러그는 일반 산업용 제품을 이용하여 제작 단가를 낮추었다. 동시에 인코넬 소재의 1톤 및 3톤급 메탄 연소기도 제작하였으며, 특히 이 경우에는 적층제조기법을 최대한 활용하여 3차원적으로 복잡한 형상의 인젝터 헤드를 설계 제작에 성공하여 무게와 제작단가를 획기적으로 낮출 수 있었다. 이 연소기 또한 3D 공정설계, 변형해석을 완료하였고 적층제조 후 CT촬영 및 시제품의 절단으로 제작성을 확인하였다. 동합금 연소기 및 인코넬 연소기의 연소성능 입증을 위해 후속 자체과제가 계속 되기를 희망한다.

엔진에 추진제를 공급하는 펌프는 주어진 추진제를 최대한 활용할 수 있는 팽창식싸이클 터보펌프와 폭넓은 회전수 조절 범위가 가능한 전기펌프의 두 가지 방식을 개발하고 있다. 팽창식 터보펌프는 펌프 밸런싱을 맞춘 성능해석, 펌프의 1D 형상설계 및 CFD 해석 후, 제작 공정을 검토하기 위한 3D 모델링을 수행하였다. 또한 3D 프린팅 시제로 구현가능성을 1차 확인하였다. 전기펌프도 유사한 과정을 수행했으며, 특히 적층제조 전기펌프의 제작공정을 설계, 구현하였다. 또 전기펌프용 모터를 제작하였으며, 배터리 팩의 기본 설계를 완료하고 시제품을 제작하였다.

우주수송분야의 강건한 생태계 조성을 위해 위성 고객 기반 설문조사 및 컨설팅을 실시하여 발사체 선정 시 중요 고려요인을 조사하였고 소속기관(민간/교육/연구/정부)별 선호도 차이를 확인할 수 있었다. 또한 국내 소형발사체 이용시 kg 당 발사비용 지불의향이 최소 1만불kg에서 최대 7만불/kg에 이르며, 평균 엔드유저일수록 지불의향가격이 높음을 확인되어 국내발사서비스 가격의 기준을 잡는데 활용할 수 있게 되었다. 또한 고객 니즈에 입각한 대한민국 우주수송산업의 SWOT 분석과 주요국의 우주수송 현황을 조사하여 우주수송분야 생태계 조성을 위한 추진과제 24종을 도출하고, 신뢰성/비용효과성/상생협력생태계 진화의 카테고리로 8종으로 조정한 후 4차 설문조사를 통해 우선과제 3종(발사체고정가격 경쟁조달 체계, 상업우주수송을 위한 법/제도 마련과 자금조달모델)에 대해 심층 분석하였다. 뿐만아니라, 2030∼2045 국내 위성발사수요기반 공급되어야 하는 연간 발사횟수는 최소 4회(보수적)에서 최대 10회(낙관적)에 이름을 확인하였고, 발사경쟁력확보를 위한 정부의 초기 지원 정도에 따라 각각의 경우에 대한 BC는 0.6∼1.31에 이르는 것으로 추정되었다.

(출처 : 요 약 문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목차 ... 9
• 표목차 ... 11
• 그림목차 ... 14
• 제 1 장 서론 ... 21
• 제 1 절 연구개발 목적 및 필요성 ... 21
• 1. 연구개발 목적 ... 21
• 2. 연구개발 필요성 ... 21
• 제 2 절 연구개발 내용 및 범위 ... 24
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제 1 절 국내외 기술 현황 ... 25
• 1. 국외 현황 ... 25
• 2. 국내 현황 ... 39
• 제 2 절 현기술상태의 취약성 ... 40
• 제 3 절 앞으로의 전망 ... 41
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 42
• 제 1 절 개요 ... 42
• 제 2 절 우주수송분야 고객요구에 근거한 미래발사체 설계 ... 43
• 1. 위성 수요 기반 소형발사체 개발 및 잠재 고객 조사 ... 43
• 2. 우주수송분야 우주생태계 육성 ... 45
• 3. 다양한 우주수송체계 개념설계 ... 48
• 4. 다기준 의사결정법을 적용한 우주수송체계 비교 ... 65
• 제 3 절 미래우주수송분야 핵심기술 선행연구 ... 113
• 1. 다중위성 탑재 구조물 개념설계 ... 113
• 2. 1톤 메탄연소기 적층제작 ... 155
• 3. 적층제작을 활용한 저비용 제작 가능성 검증 및 모델 검증용 폴리머 연소기 제작 ... 176
• 4. 팽창식사이클 엔진용 터보펌프 예비설계 ... 184
• 5. 전기펌프 배터리 팩 시제품 제작 ... 192
• 6. 3톤 전기펌프용 메탄연소기 적층제작 ... 198
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 202
• 제 1 절 목표 달성도 ... 202
• 제 2 절 관련 분야에의 기여 ... 203
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 204
• 제 6 장 참고문헌 ... 206
• 부록. 상업우주수송 생태계 조성을 위한 핵심추진과제 심층분석 및 경제적 파급효과업데이트 ... 211
• 끝페이지 ... 448