전 NE 과학자 협의회장 이 충시 박사




   Vol-No : 10-48   Author : 이 충시
5. 한국도 우주정복, 꿈의 실현 가능성이 보인다. ( Korea’s cosmic conquest, dreams come true KARI(Korea Aerospace Research Institute) !

newspaper update 12/14/2018



본편에서는 지난달 , 2018년 11월28일 꿈의 한국형 발사체, ‘누리3호(Nuri 3)’의 대부분을 한국자체진의 시험발사 성공으로, 우주정복(宇宙征服)에 한국도 꿈의 실현 가능성을 갖었으며, 다음 달에는 12월 28일 화성(火星/Mars)에 도착한 NASA의 ‘InSight’우주선의 안착과, 12월 8일 달에 안착한 중국의 Change-4’(月探査船/Lunar Probe Rover)의 성공으로 인간의 무한도전(無限挑戰) 인 새삶의 낙원(樂園)을 찾는 경쟁이 시작된것으로 간주하여, 많은 가능성을 이미 발견했으며 또 찾고 있음을 6. & 7편에 싣고자 합니다.
지난 2016년 3월부터 6월까지의 우주발사체의 일반사항(1 편/The Grapevine Times, Vol.NO.: 08-08,2/19/2016에서는 한국형 우주선의 달 탐사는 언제쯤 가능한가, 2편/08-12 3/18/2016 및 3편/08-16,4/15/2016에서는 우주발사체의 개발, 4편/08-16, 5/27/2016에서는 우주개발 관련 역사)을 관찰했으며 필자가 1960년 TV앞에서 인류가 지구와 가장 근거리의 달나라에 첫발을 디디던 영상을 볼 때가 어제 같은데, 이젠 원거리의 금성(Mars)에서 삶의 터전의 가능성을 찾고 있어 이를 관찰하고자 합니다


5-1.한국형 ‘누리오’ 시험발사 성공(韓國型宇宙船 試驗發射 成功/The KoreanType of Successful Launch of ‘Ruri’)

우리기술로 개발한 한국형 로캣 ‘누리호’는 전날 오전 발사대로 이송됬고 금일 연료와 산화제주입을 거쳐 최종발사를 하게됨니다. 2018년 11월 28일오전 8시, 한국형 발사체의 시험용 로켓이 조립동에서 그모습을 드러냈고, 특수 무진동 차량에 실려 발사대로 이송됐고 시험발사체는 정오무렵 기립이 완료됐습니다.

설계와 제작, 조립까지 독자기술로 완성됐는데, 시험발사가 최종 결정됐습니다
지난 2013년 나로호 발사이후 5년만인 금일 , 11월 28일, 오후 3시 59분, 58초로, 마침내 75t급, 액체연료엔진의 시험발사체가 나로우주센타 중력을 거슬러 날아 올라갔습니다. 원래 지난달 25일에 시험발사가 예정돼, 있었지만 추진제가압계통에서 이상이발견돼 일정이 한차례 연기됐습니다. 과학기술정통부는 앞서 발사 예행연습이 정상적으로 수행됐고오늘 기립(Standing)이후에도 모든 점검이 마무리됐다고 밝혔습니다.

당일, 오전에는 발사관리위원회를 개최해 기상 상황 등을 종합적으로 검토한 뒤 오후 2시 30분경에, 최종 발사시간을 발표했고, 그날 오후 4시쯤 시험발사가 이뤄질 것으로 예상하ㅇ300톤급추력을 지닌 3단로켓 ‘누리호’의 개발과정에서 중간시험이라고 볼 수있는 이번 발사에는 75톤엔진 1기를 장착한 시험발사체가 사용됐습니다.

5-2. 누리호시험발사체의발진현항(宇宙船發進現恒/Development Satus of Nuri Test Launch )

항공 우주연구원의 발사체 추진기관 개발 단장의말에 의하면 “75톤 엔진의 성능을 보는 것이 주된목적이기 때문에, Fig.3.와같이 ,75톤추력을 140초이상인 151초로 연소해서 비행이 정상적으로 이뤄졌으며, 일단 시험비행은 성공했다고 판단할 수 있겠습니다.”라고 알렸다.

엔진이 정상적인 추력을 발휘하면 시험용 로켓은 발사 최대 고도인 207km에 도달하고 10여분동안비행후 제주와 일본 오키나와 사이 공해상에 추락했다. 나로호 이후 자력으로 개발한 한국형 발사체의 시험발사가 성공적으로 이뤄졌습니다

항우연•기업 등 1200여명이 개발에 참여하여 자체개발한 75t의 Engine으로 1단기술’이 관문 4개엔진을 묶는 시험이 폭발위험 연소불안정 난관 뚫고 성공함으로 300t급 추력의 한국형 우주 발사체 누리호가 2021년 완성을 목표로 한창 개발되고 있으며, 이 75t급 시험발사체는 누리호를 향해 나아가는 이들의 먼길에 청신호가 되고 있습니다. 연료탱크제작은 무게를 줄이기위해 두께를 2-3mm 조정후, 2021년 1.5t의 실용위성을 싣고 날아오를 300t급 우주 발사체의 시험발사는 아니었지만, 이제 연구자들은 중요한징검다리 하나를 건넜다. 75t급 추력의 엔진을 4개묶으면 300t급 엔진의 한국형 발사체가 완성된다. 발사체 개발엔 항우연연구진 255명과 외부 협력업체를 비롯해모두 1200여명이 참여하고 있다.

5-3. 누리호발사조건들(宇宙船發射條件/The Space launch Important Conditions)

발사 10분전, 시험 발사체 발사는 한차례 연기되는 진통을 겪은 뒤에 이뤄졌다. 본래 10월 25일 발사 예정이었으나 발사전 점검과정에서 추진제 가압계통에서 압력 감소현상이 발견돼 일정이 늦춰졌다. 발사일 오전엔 상공의 바람 상황에서 심상찮은 조짐이보여 발사 일정을 또 연기해야 할지도 모를 상황이 벌어지기도 했다.

“발사때 가장 위험한 순간을 두가지로 말한다면, 하나는 불안정한 이륙의 순간이고 다른하나는 고층풍이다. 고층풍이 강하면 발사체가 밀리기 때문에 자세제어(姿勢制御/Attitude control)Programing을할때 반드시 고려해야 한다. 그래서 ‘라디오존데/Radio Ozone equipment’(풍선모양의대기측정장치)를 띄워 고층풍을 모니터링한다.”

시험발사체 발사성공을 두고서 항우연의 한연구자는 페이스북에 ‘30년에 걸친 노력의 결실’이라는 감격을 전하기도 했다. 1990년대부터 이어진 한국과학로켓(KSR) 시리즈의 개발노력이 75t 시험 발사체의 밑거름이 되었다는 것이다.

발사체 개발 일정이 크게 앞당겨지면서 현실적으로 자력개발이 어려워졌다. 그런상황에서 “13t급 액체 엔진과학로켓 3호를 성공적으로 발사한게 2002년이었다. 큰성과였고 이를 바탕으로 한국형 우주발사체의꿈을 꾸게 되었다. 그런상황에서 선택한 것이 선진국 기술협력이었고, 러시아가 함께하게 됐다.

성과를 잇지 못한 것은 아쉬운 일이다.
하지만 지금 생각해보면 러시아와 함께 나로호를발사한 경험은 큰 도움이 되었다. 아시다시피 발사대를 함께 만들었고 실제 발사과정을 경험했다. 한국형 우주발사체를 자력으로 개발할 수 있겠다는 자신감도 나로호 경험 덕분이었다고 생각한다.” 이제 75t 엔진 4개묶어 1단로켓으로 지구중력을 거슬러거대 발사체를 날아 오르게 하는 데에는 엄청난 추진력이 필요하다.
하지만 그런 추력을 내기 위해선 많은 연료를 짧은시간에 안정적으로 분사하고 연소하는 고압, 고온, 극저온의 기술이 함께 조화를 이루어야한다

*구조비:‘연료가 연소된 이후의 발사체 무게’를 ‘연료를 탑재한 발사체무게’ 로 나눈 값을 ‘구조비’ 라하는데 낮을수록 발사체 성능은 높게 평가된다. 좋은 발사체는 구조비가 7~8% 수준이지만 이번 시험 발사체는 10%를 넘겼다. 갈길이 멀다. 연료탱크 무게를줄이는게 중요한 문제이고, 그래서 시험 발사체의 연료탱크 벽안쪽은 격자무늬구조로 만들었다. 격자무늬부분을 남기고 나머지는 2~3㎜두께까지 파냈다. 격자문틀에 한지를 바른 한옥 방문과 비슷하다.”

*발사체 무게: 발사체무게를 줄이는게 그렇게 힘든가!
장“ 발사체를 설계할때 목표로 삼는 비행성능을 내는데에 허용되는 총무게 값이 나온다. 그 무게를 엔진, 연료탱크 등 개발연구팀에 배분한다. 그러면 연구팀들은 서로 허용무게를 더 많이 배분해 달라고 요구하지만 전체시스템을 위해선 어쩔 수 없는 일이다. 무게를 줄이는게 매우 어렵다. 발사체무게의 92~93%가 추진제 연료다. 그걸 빼고 이미 줄일데까지 줄인발사체장치와 설비에서 무게를 더줄이기는 정말 어려운일이다.”

*발사추력: 장영순 단장에 의하면,“발사추력을 높이려면 연소기에서 될수록 더 많은연료를 더빠르게연소해야한다. 시험발사체에선 중대형자가용의 연료보다 더 많은 250㎏의 연료를 1초만에 연소한다. 섭씨 3000도 되는 고온과 고압, 그리고 산화제(액체산소) 연료탱크의 극저온(영하 183도) 같은 서로 다른 극한환경에서 일어나 엄청난 음향 진동이 일어날 수있다고 합니다.

의견수렴(意見收斂/Opinion): 이제 남은 가장 중요한 과제는 무언가!
장단장:“75t 엔진을 4개묶어 1단로켓을 완성하는‘클러스터링’(여러개를하나로묶음) 기술이 중요하다. 75t급 액체 연료 엔진 4개를 묶어 과연 300t급 1단로켓을 완성할 수 있을까하는 것이다. 2020년 중반기에 1단 로켓의 연소시험이 예정돼있다. 장단장은 “이연소시험을 통과해야 한국형 우주발사체가 가능한지가 확실해질 것”이라고 발켰습니다. 1년 반가량 시간은 남아있지만 발사체 연구자들의 마음은 바쁘다.Ref:KARI

*연재 중이던 아리랑편을 몇 달미루고, 다음달에는 12월 28일 화성(火星/Mars)에 도착한 NASA의 ‘InSight’ 우주선의 안착과, 12월 8일 달에 안착한 중국의‘ Change-4’(月探査船/Lunar Probe Rover)의성공으로 인간의 무한도전(無限挑戰)인 새삶의 낙원(樂園)을 찾는 경쟁이 시작된 것같으며 많은 가능성등을 6. & 7편에 싣고자 합니다.

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