• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.17-23
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• 2020

달 탐사에서 발사체 상단은 주로 저궤도에 투입된 탐사선을 38만 km의 거리에 있는 달까지 투입해주는 역할을 한다. 국외의 경우 상단(Upper Stage)은 달 탐사선을 지구-달 전이궤적에 투입 후 탐사선과 분리되고, 달 탐사선은 그 이후 자체 추진제를 이용하여 중간 경로 수정 기동 및 달 궤도 진입을 수행한다. 본 연구는 새롭게 제시되는 소형 액체상단을 기술하였다. 습질량이 총 2.9톤인 액체상단을 이용할 경우 달 탐사선을 지구-달 전이궤적 투입뿐만 아니라 달 궤도 진입까지 수행할 수 있다. 본 연구는 나로 우주센터에서 발사할 경우를 기준으로 허용 가능한 달 탐사선의 질량 범위를 도출하고, 탐사선의 허용 가능한 임무 범위도 다양하게 기술하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권4호
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• pp.54-63
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• 2022

500 kg의 페이로드를 500 km 태양동기궤도에 이송가능한 소형발사체의 상단에 사용될 3톤급 액체로켓엔진을 설계하고 있다. 소형발사체의 1단에는 비행시험으로 검증된 75톤급 엔진을 사용한다. 상단용 엔진은 액체산소와 액체메탄을 연료로 사용되는데, 이 추진제 조합은 공통격벽탱크를 적용하여 무게 감소가 가능하고 비추력도 높다. 상단엔진의 사이클로는 저압으로 운용되어 신뢰성이 높은 팽창식 사이클을 채택했으며, 노즐 확대비 120이상에서 360초를 상회하는 비추력 성능을 보일 것으로 평가되었다. 엔진의 주요구성품인 연소기와 터보펌프는 목표 비용을 맞추기 위하여 적층제조된다. 엔진은 자가증기가압과 롤추력제어를 위하여 가열된 증기메탄을 제공하고, 이러한 기능을 가진 상단 추진기관시스템은 심우주탐사 등 다양한 임무에 확대 적용 가능할 것으로 기대된다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권5호
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• pp.107-121
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• 2020

전기펌프 사이클을 상단 엔진으로 사용하는 2단형 소형발사체의 성능 해석을 수행하였다. 1단은 한국형발사체 시험발사체를 사용하고 상단은 액체메탄과 케로신(RP-1)을 연료로 사용하는 전기펌프 사이클엔진을 상정하였다. 상단 질량 예측을 위한 모델을 제시하고, 총 역적을 고정한 상태에서 20~40 kN의 추력과 연소압력 3~6 MPa, 노즐 확대비 60~100의 범위에 대하여 해석을 실시하였다. 최대 속도증분을 가지는 혼합비를 제시하고 단 질량 예측을 통해 LEO(Low Earth Orbit)와 SSO(Sun Synchronous Orbit) 궤도투입 성능을 계산하였다. 액체메탄, RP-1 두 경우 모두 추력 20 kN, 연소압력 3 MPa, 확대비 100의 경우에 최대 궤도투입중량의 결과를 보였으며, 이 때의 혼합비는 액체메탄의 경우 3.49, RP-1의 경우 2.75이다. 또한 ASTOS를 이용하여 LEO 임무일 경우의 1단 및 페어링의 낙하점을 분석하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권3호
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• pp.54-65
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• 2022

2단형 소형위성발사체 상단 메탄엔진에 다중점화가 가능한 간결한 점화기를 개발하고 있다. 첫 번째로 적층제조 기술을 활용하여 믹싱헤드와 일체형으로 다중점화장치를 설계 및 제작하였다. 두 번째로 연소기 헤드에 공급되는 점화 추진제를 주-추진제 배관에서 분기하여 공급함으로써 점화가스 저장을 위한 별도의 고압 용기가 필요없다. 1톤급 액체산소/액체메탄 엔진 연소기 헤드에 일체형으로 고안된 신규 점화기에 대해서 점화기 단독시험, 연소기 점화시험 및 연소기 성능시험 등의 다양한 시험을 수행하였고, 안정적인 점화 성능을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권1호
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• pp.53-63
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• 2024

액체 로켓 엔진의 작동 신뢰성 확보를 위하여 높은 효율과 점화 성능을 가진 점화기가 필수적이다. 본 연구에서는 450 N급 메탄-산소 액체 로켓 엔진에 사용할 수 있는 스파크 토치 방식의 점화기를 개발하였으며, 이를 위해 수치해석, 제작 및 검증을 수행하였다. 구체적으로, 점화 성능 확보를 위해 점화기 출구에서의 엔탈피를 최대화하도록 질량 유량, 노즐 면적비, 연료-산화제 혼합비 및 세장비를 설계변수로 설정하고 파라메트릭 해석을 수행하였으며, 3차원 반응 유동 수치해석을 통해 출구 열량을 산출하였다. 나아가, 도출된 설계를 바탕으로 점화기를 제작하여 연소 실험을 수행하였으며, 안전을 고려하여 설정한 최대 압력 이내에서 수치해석 결과에 부합하는 점화 성능 확보가 가능한 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 설계 및 제작한 점화기는 차후 소형 우주발사체 상단 엔진 등 실제 추진 시스템 구성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.