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1단 우주 발사체 개발을 위한 노력 - linear aerospike를 테스트하는 ARCA



(The ACRA Haas 2CA (top) and the Demonstrator 3 rocket(Credit: ARCA))


(The linear spike engine will eventually power the Haas 2CA SSTO rocket(Credit: ARCA))


(The completed test engine next to a mock up of the Haas 2CA rocket(Credit: ARCA))


 ARCA라는 기업에서 과거 X-33에 사용된 바 있는 리니어 에어로스파이크 (Linear Aerospike) 엔진을 이용한 로켓을 개발하고 있습니다. 여기에 대해서 설명하기 위해서 일반적인 우주 로켓 디자인에 대해서 간단한 이해가 필요합니다. 현재의 다단식 로켓은 고도에 따라 엔진 구조를 최적화하기 위해 여러 개의 다른 로켓을 사용합니다. 


 결국 로켓의 추진력은 로켓 엔진에서 분사되는 기체와 외부의 압력 차이로 인해 생깁니다. 그런데 해수면에서 대기압과 높은 고도에서의 대기압은 상당한 차이가 발생합니다. 따라서 전통적인 로켓 엔진은 해수면 높이와 고도 100km에서의 효율성을 동시에 만족시키기 어렵습니다. 이를 타개할 해결책은 여러 단의 로켓을 만들어 필요한 탈출 속도를 확보함과 동시에 각 고도에서 최적화된 로켓을 사용하는 것입니다. 하지만 결국 이런 구조로 인해 구조가 복잡해지고 가격이 비싸집니다. 


 리니어 에어로스파이크 엔진은 기존의 로켓 엔진과는 달리 길쭉하게 생긴 가변형 구조를 지녀 이 문제를 해결할 수 있습니다. 본래 이 엔진이 개발된 이유는 1단식 로켓 (SSTO, Single-Stage-To-Orbit)를 개발하기 위한 것이었습니다. 우주 왕복선을 대체할 저렴한 1단 로켓을 개발하려 했던 것이죠. 하지만 기술적 어려움과 비용 문제로 X-33 프로젝트는 결국 취소되고 말았습니다. 




 ARCA는 바로 이 리니어 에어로스파이크 엔진을 이용해서 Haas 2CA라는 로켓을 개발하려고 생각하고 있습니다. 저렴한 1단 로켓을 이용해 소형 상업용 위성 시장에 진입하려 하는 것입니다. 그 가능성을 테스트하기 위해 ARCA는 Demonstrator 3를 발사할 예정입니다. 목표는 고도 120km까지 로켓을 쏘아올려 리니어 에어로스파이크 엔진의 기술적 가능성을 검증하는 것입니다. 



(동영상) 


 이 로켓은 독특하게도 70%의 과산화수소와 혼합된 RP-1 (정제된 형태의 케로신이라고 함) 을 단일 연료로 사용하며 사실 그렇기 때문에 추력이 높지 않을 것 같지만, 효율적인 엔진 덕분에 충분한 힘을 낼 수 있다고 합니다. 해수면에서의 추력은 4.2t 정도라고 하네요. 


 과연 상업적으로 성공할 수 있을지는 아직 판단이 어렵지만, 매우 흥미로운 시도인 점은 분명합니다. 일단 발사에만 성공해도 기술적으로는 놀라운 성과라고 할 수 있을테니 말이죠. 


 참고 


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