소형발사체 상단의 사이클 및 ED 노즐 적용에 따른 성능 분석 연구

초록

과거의 우주발사체 및 우주개발은 국가경쟁력 확보를 위해 정부 주도로 진행되었으나, 뉴스페이스(NewSpace) 패러다임이 등장하며 민간 사업체 주도의 저비용 발사체 개발이 가속화되고 있다. 과학기술정보통신부는 2018년에 제3차 우주개발 진흥 기본계획을 통해 소형위성 수요 증가에 대비하여 고성능 및 고효율 발사체의 핵심 기술의 확보가 필요함을 강조하였다. 앞서 언급한 최근 트렌드에 따라 발사체의 성능 향상 및 구조비 개선을 위한 다양한 연구가 수행 중이며, 전기펌프 사이클 및 ED 노즐 적용도 이를 위한 하나의 방안이 될 수 있다. 전기펌프 사이클은 전기모터를 이용하여 펌프를 구동하는 방식으로 가스발생기를 필요로 하지 않아 신뢰도가 높고 추력제어가 용이하며, 터빈을 구동하기 위한 별도의 가스가 필요하지 않기 때문에 타 사이클 대비 높은 비추력 성능을 꾀할 수 있다. 하지만 배터리의 무게로 인하여 건조 중량이 크다는 단점이 있으나 최근 배터리의 기술 발전으로 인한 경량화 가능성으로 인해 미국과 유럽 등 주요 국가에서 연구가 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 사이클에 따른 성능 해석을 통해 전체 상단 발사체의 성능 개량에 어느 정도의 영향을 미치는지 분석을 하였다. 또한, SSO 궤도 투입 임무에서 사이클 및 ED 노즐 적용 시 가스발생기 사이클을 기준으로 비교하여 정량적인 성능 향상도를 확인하였다.