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2014년 2월 16일 일요일

풍선을 이용한 대기권 재진입 시스템 ?





 우주선이 지구나 혹은 화성처럼 대기를 가진 행성에 착륙하려할 때는 엄청난 마찰열을 견디고 대기권으로 진입해야 합니다. 따라서 대기권 재진입 시에 마찰을 견디기 위해서 아주 튼튼하고 열과 마찰에 잘견디는 방열판을 가지고 있게 마련입니다. 하지만 이와 같은 방열판은 매우 무겁고 비용도 많이드는 문제가 있습니다. 


 추가로 화성처럼 대기가 옅은 행성의 경우 또 다른 문제가 있는데 방열판과 낙하산에 의한 감속만으로는 충분히 속도를 줄일 수 없어 결국 역추진 로켓이 필요해진다는 점입니다. 화성에 착륙한 비교적 큰 탐사선인 큐리오시티 로버의 경우 착륙에 역추진 로켓이 별도로 필요했습니다. 이것이 의미하는 바는 같은 중량의 탐사선이라도 더 큰 로켓으로 발사해야 한다는 것이죠. 이것은 결국 비용의 상승으로 이어집니다. 


 나사의 과학자들은 아주 오래전부터 풍선이 여기에 대한 대안이 될 수 있다고 생각해 왔습니다. 열과 마찰에 잘견디는 소재로 풍선을 만들어 방열판의 역할을 대신하게 만들면 별도의 역추진 로켓 없이 효과적인 감속이 가능해 대기권 재진입이 수월해 진다는 것입니다. 이런 풍선 방열판은 사실 지구에 재진입시에 보다 화성 대기에 진입하고자 하는 경우에 상당히 유용할 것으로 보입니다.


 사실 나사는 우주 개발의 초창기에 프로젝트 에코 (Project Echo) 라는 풍선 모양의 방열/감속 판을 개발했지만 실제 감속을 하는데는 실패했습니다. 이후 화성 탐사 계획인 바이킹 프로젝트에서 다시 이 방열판에 대한 아이디어가 나왔지만 당시의 소재기술로는 도저히 재진입시의 열과 마찰을 견딜 만한 풍선을 만들 수가 없었습니다. 하지만 세월이 흐르고 기술이 진보하자 다시 여기에 도전할 수 있는 가능성이 보이고 있습니다. 


 나사의  Inflatable Re-entry Vehicle Experiment (IRVE-3) 개발팀은 IRVE-3 라는 새로운 풍선 모양의 대기권 재진입 시스템을 개발하고 있습니다. (아래 사진 및 영상 참조)









(IRVE-3 의 모습   The Inflatable Re-entry Vehicle Experiment (IRVE-3) is an inflatable heat shield effective at hypersonic velocities.  Credit : NASA )



(동영상 )  


 2012 년 7월 23일 나사는 IRVE - 3 를 실제 테스트 했는데 56 cm 지름으로 접혀진 IRVE - 3 는 준궤도 (suborbital) 로켓에 실려 지구 표면에서 최고 450 km 높이까지 올라갔다가 다시 대기권에 재진입하면서 3 미터 지름의 방열판으로 펼쳐졌습니다. 그리고 6 분간의 테스트 동안 성공적으로 지구 대기권에 재진입할 수 있다는 것을 입증했습니다.


 보다 많은 테스트가 남아 있지만 성능과 안전성이 확보되면 이와 같은 모자 모양의 풍선 방열판은 더 널리 사용될 수 있을 것입니다. 이 신기술은 대기권 재진입 우주선의 중량을 줄이는 것은 물론 다른 행성 탐사를 나서는 우주선들에게도 도움이 될 수 있을 것입니다. 


 나사는 IRVE - 3 이후 지름이 거의 8 미터에 달하는 대형 버전인 High Energy Atmospheric Reentry Test (HEART) 을 계획하고 있습니다. HEART 는 ISS 에서 부터 지구 대기권 재진입을 테스트할 우주선으로 여기까지 진행되면 풍선 형식의 대기권 재진입 시스템의 응용은 가시화 될 것으로 생각됩니다. 이게 가능해진 이유는 역시 소재 기술의 발달이 바탕이 될 수 있다고 할 수 있는데, 아무리 좋은 아이디어라도 역시 가능하려면 역시 다른 제반 기술이 발달해야 한다는 것을 알 수 있는 사례 같습니다.



(The High Energy Atmospheric Reentry Test (HEART) is a design concept for a flight test that would demonstrate a larger HIAD with a diameter of almost 30 feet (8 meters)



 참고 





  

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