(During a series of test firings at NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, 3-D printed rocket engine parts worked together successful under the same conditions experience inside rocket engines used in space. The turbopump was tested at full power, pumping 1,200 gallons of liquid hydrogen per minute and the injector produced 20,0000 pounds of thrust.
Credits: NASA/MSFC/David Olive)
(Engineers prepare a 3-D printed breadboard engine made up of 75 percent of the parts needed to build a rocket engine for a test at NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama.
Credits: NASA/MSFC/Emmett Given)
이전에 몇 차례 전해드린 것처럼 나사는 3D 프린터를 이용해서 로켓 엔진을 제작하는 연구를 진행 중에 있습니다. 복잡하게 생긴 로켓 엔진은 불행히 대량 생산이 어렵기도 하지만, 사실 로켓 발사를 그렇게 자주하는 게 아니라서 대량 생산 시설을 만드는 것은 낭비라고 할 수 있습니다.
복잡하지만 소량 생산해야 하는 부품이라면 3D 프린터가 답이 될 수 있습니다. 특히 로켓 부품은 3D 프린터로 출력하는 방식이 오히려 전통적인 생산 방법보다 최대 10배 정도 빨라질 수 있다고 합니다. 다만 높은 고온 고압 환경을 견뎌야 하는 문제가 있기 때문에 지금까지 실용화는 쉽지 않았지만, 나사의 엔지니어들은 이제 여러 가지 문제를 극복해 실용화를 눈앞에 두고 있습니다.
최근 나사의 마셜 우주 비행 센터의 연구팀은 75%정도를 3D 프린터로 출력한 테스트 엔진인 브레드보드(breadboard) 엔진의 연소 시험을 성공적으로 진행했습니다. 이 테스트에서 3D 프린터로 출력된 주요 부위들은 매우 극한적인 연소 테스트를 잘 견뎌냈습니다.
예를 들어 연료를 공급하는 터보펌프(turbopump)의 경우 9만 rpm이라는 엄청난 회전속도를 견뎌냈고, 연료를 주입하는 인젝터는 영하 240도의 극저온에서 작동했습니다. (참고로 액체 산소와 수소를 연료로 사용) 그리고 엔진 자체는 섭씨 3315도의 고온에서 2만 파운드의 추력을 견뎌냈습니다.
(엔진 연소 테스트1)
(엔진 연소 테스트2)
(엔진 엔소 테스트3)
(엔진 설명)
나사의 엔지니어들은 이 엔진이 화성 착륙선이나 혹은 화성 로켓의 2단 이상 부위에 사용될 수 있다고 보고 있습니다. 물론 궁극적인 목표는 모든 엔진을 3D 프린터로 값싸고 빠르게 출력하는 일입니다. 더 나아가 복잡하게 부품을 조립하고 용접하는 대신 한번에 복잡한 부품을 출력하므로써 고장의 위험성도 낮출 수 있다고 보고 있습니다.
예를 들어 터보펌프는 3D 프린터로 출력하므로써 부품수를 45% 줄였고 인젝터의 경우 200 개 정도 적은 부품을 사용할 수 있다고 합니다.
3D 프린터로 출력된 부품을 사용한 엔진이 기존의 로켓 부품과 비슷한 성능만 보이더라도 사실 성공이라고 할 수 있는데, 제작에 걸리는 시간과 비용이 훨씬 줄어들기 때문입니다.
과연 3D 프린터가 우주 부분에서 혁신을 일으킬 수 있을지 결과가 주목됩니다.
참고
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