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2014년 4월 20일 일요일

재사용 가능한 우주로켓을 위한 여정 - 팔콘 9 V1.1



 이전에 몇차례 블로그를 통해서 소개드린 것 처럼 미국의 민간 우주 로켓 개발사인 스페이스 X (Space X) 는 ISS 에 물자를 공급하는 임무를 수행하는 드래곤 우주선을 발사하고 있습니다. (드래곤에 대해서는 : http://blog.naver.com/jjy0501/100158684055  참조, COTS 에 대해서는  http://jjy0501.blogspot.kr/2012/06/cots-demo-flight-2.html 참조) 스페이스 X 의 미래 계획 가운데 하나는 여러번 재사용이 가능한 로켓 (SpaceX reusable launch system) 을 개발하는 것입니다. 


 사실 재사용 가능 로켓의 개발은 오래전부터 있었던 우주 개발자들의 꿈이었습니다. 왜냐하면 현재 발사되는 값비싼 우주 로켓은 1 회용이라 비용 절감을 매우 어렵게 만들고 있기 때문입니다. 이를 타개하기 위한 역사상 가장 대담한 시도는 우주 왕복선이었는데 최초 계획과는 달리 거대한 연료탱크를 1 회용으로 사용하게 된데다 구조가 복잡해지면서 오히려 기존의 방식보다 더 비싼 발사 수단이 되고 말았습니다. 


 이후에도 여러차례 재사용이 가능한 발사체 개발에 많은 나라들이 매달렸으나 현재까지 우주 왕복선 발사에 사용한 SRB (Solid Rocket Booster) 같은 보조 로켓 부스터 이외에는 성공 사례가 드문게 현실입니다. 스페이스 X 가 중형 상업용 로켓으로 개발한 팔곤 9 발사체의 경우 V 1.0 은 통상의 중형 로켓이지만 V 1.1 에서는 이 회사가 야심차게 추진하는 재사용 가능 로켓의 기술적 테스트를 시행할 예정으로 있습니다. 그리고 2 차 시험 발사가 현지 시각으로 2014 년 4월 18일 진행되었습니다. 발사는 스페이스 X3 드래곤 우주선을 성공적으로 우주로 실어날랐지만 재사용 가능 로켓의 테스트는 아직 진행 중입니다. 



(발사되는 드래곤 우주선  April 18, 2014 -- The upgraded two-stage Falcon 9 launch vehicle (version 1.1) is a heavier rocket with increased performance capability, redesigned first-stage, upgraded Merlin engines, upgraded avionics and software.
Image Credit: NASA ) 



(발사 도중 분리 영상) 


 이번 발사에서 드래곤 우주선은 2.5 톤 정도의 화물 (여기에는 새 우주복과 로보넛의 다리등도 포함되어 있습니다) 을 국제 유인 우주 정거장 (ISS) 에 전달하고 여기서 테스트한 결과물들을 지구로 수송하는 임무를 수행합니다. 여기에는 우주에서 실험한 200 마리의 초파리도 포함된다고 하네요. (음 우주에서 온 초파리라고 하니까 뭔가 공포 영화의 느낌이) 드래곤 우주선의 지구 귀환과는 별도로 이번 발사때의 팔콘 9 V1.1 우주선은 1 단 로켓의 역분사와 착륙을 위한 별도의 착륙용 다리도 가지고 있습니다. 



(재사용 팔콘 로켓의 컨셉 )   


 팔콘 9 V1.1 로켓은 높이 68.4 미터에 달하는 2 단 로켓으로 중량 506 톤급 로켓입니다. 1 단은 9 개의 멀린 1D (Merlin 1D) 엔진을 사용하는데 5,885 kN 의 추력을 가지고 있고 2 단은 1 개의 멀린 Vaccum 엔진을 사용하며 801 kN 의 추력을 가지고 있습니다. 저지구궤도 (LEO) 까지의 페이로드는 13,150 kg 입니다. 위의 컨셉 영상으로는 1/2 단 모두 재활용하고 드래곤 우주선도 일부는 재활용하는 것으로 되어 있습니다. 


 한가지 특징이라면 1/2 단 모두 별도의 감속 로켓이 있는 것이 아니라 주 로켓 엔진을 감속에 사용하며 이를 위해서 180 도 회전한다는 것입니다. 참고로 착륙하는 방식은 이 회사에서 테스트 중인 그래스호퍼 로켓과 비슷합니다.  (   http://jjy0501.blogspot.kr/2013/08/x-space-x-grasshopper.html 참조)


 다만 이런 컨셉은 말은 쉬워도 실제 테스트는 간단하지 않습니다. 이 로켓이 최고 마하 10 의 속도로 80 km 상공을 날아야 하기 때문이죠. 그러면 공기 저항과 마찰이 엄청나 사실 180 도 회전이 말처럼 쉽지 않습니다.

 2013 년 9월 29 일 있었던 V1.1 의 첫번째 1 단 로켓 테스트에서 일단 재진입 까지는 그럭저럭 유지되었으나 이후 로켓이 회전하면서 파괴되어 그 파편만 건질 수 있었습니다. 이번에는 아직 결과가 나오지 않았지만 워낙 기술적으로 힘든 일이라 스페이스 X 도 처음부터 성공을 기대하지는 않고 있는 상태입니다. 



(발사대를 벗어나는 팔콘 9 V1.1 / SpaceX-3   The SpaceX Falcon 9 rocket launches from the Cape Canaveral Air Force Station in Florida.
Image Credit: NASA TV)  


 아무튼 완전 재사용이 가능한 로켓의 개발은 우주 개발의 역사에서 오랜 도전 과제였습니다. 그런데 지금까지 사실 근접한 성공 사례가 없다는 것은 그만큼 개발이 쉽지 않다는 반증이겠죠. 지금까지 실패의 중요한 원인이었던 1 단 완전 재사용 로켓의 개발대신 여러개의 재활용 가능한 다단계 로켓을 개발하려는 시도가 과연 성공할 수 있을지 궁금합니다. 



 참고 







       

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